曾经，我们有个常识，电话是两个无法见面的人进行实时交流的工具，电脑则是可以安装应用程序来进行计算的工具。不久之后，电脑发展成实验室不可或缺的工具，电话则为了方便人的使用发展成一种移动设备。在学术会议上，一些讲座经常被电话打断，移动电话迅速成为学术界诟病很多的对象，甚至许多人认为移动电话给学术研究带来了负面影响。智能手机问世后，电话与电脑的角色开始出现相互替代的现象，人们似乎更喜欢用电脑来与他人进行交流，而移动电话的通话功能已经不是第一位了，也可以运行一些非常炫、非常酷的强大应用程序了。而且，随着智能手机应用程序越来越多，它已经演变成一个多功能工具，甚至许多是科学家和研究人员必备的应用程序。基于智能手机的移动计算平台，正在进入我们的实验室。那么，这究竟是一个非常糟糕的现象，还是正在演义一个新的童话故事呢？

在我之前的一篇博文中，曾介绍了荷兰天文学家Frans Snik开展的iSPEX项目。十年前，Snik发明了一种简单的光学装置，可用于测量粉尘、烟尘和其他粒子或气溶胶的密度，以及大气中影响人类健康和气候的各种粒子。当时他发明这个装置是希望有朝一日能用于探测卫星上。2011年，Snik尝试制作了一个可在iPhone上测定这些粒子的装置——通过将入射光转换为包含各种极化信息的光谱并传递到相机中进行测量。他于是就想到，如果利用这种技术让成千上万的人同时进行测量会是什么效果呢？2013年，Snik及其莱顿大学的同事就开始馈赠或出售这个光学器件，并取名为iSPEX，结果引起了全国八千多名iPhone用户的关注。操作方法很简单，用户只需要在iPhone上安装一个附加的光学设备并对着天空拍摄就可以了。仅仅一天之内，大量众包光谱数据就从四面八方汇集到在线数据库中，可用于大气状况的分析，让整个荷兰这一天对大气颗粒物的测定分辨率达到了前所未有的水平。Snik等之后还在地球物理学研究快报（Geophys. Res. Lett.）上发表了一篇论文报道此事。与几年前计划要发射的卫星相比，iSPEX项目的成本只占卫星计划的很小一部分。他们研究小组得到了欧盟更多的赞助，并在欧洲11个城市继续开展类似的探索。

智能手机内置各种传感器，如摄像头、麦克风、加速度计和气压计，如果有一些好的应用程序配合，相信能在公众参与下获得高品质数据。许多研究人员试图寻求通过智能手机来进行科学研究的方法，希望招募更多的公民科学家们用智能手机来收集数据。

在现代社会，借助于社交媒体招聘参与者并不复杂，但仍然是非常耗时的。Snik等在开展iSPEX项目前的启蒙计划宣传，覆盖了荷兰媒体，这吸引了数千公民发送参与请求。然后，他们与荷兰阿默斯福特的慈善肺脏基金会合作，基金会的摇旗呐喊也获得了同样数量的参与者，这些支持者都是关注气溶胶对健康影响的人们。即便如此，iSPEX的研究人员也还是花了一年半的时间进行众包宣传和普及工作，包括产品说明书、视频教程、张贴海报，通过在线出版物呼吁社交媒体支持，其中还要回答各种各样的问题。但他们的努力得到了回报，他们收到了超过6000份意见书。

获取众包数据的技术，对大多数研究者来说也是比较棘手的。将智能手机转换为公民科学的数据采集工具，很可能需要一个相应的应用程序（APP），还可能涉及到设计和制造硬件配件或附加组件。如果一个研究者知道如何编写APP，或者能制造出一种廉价的硬件扩展，那是最好的。但一般的研究人员并非熟练的程序员，只能寻求其他方面的帮助，网上有很多帮助研究人员写应用程序的高手。Snik等就是找到荷兰DDQ公司来帮助制作这个针对公民科学的应用程序的，但这需要更多的资金。如果研究人员缺乏第三方支持的资金，那么只好自己学习编写APP了，其实也不是一件困难的事儿，因为现在网上能找到许多免费的在线教程和论坛。比如，世界上最流行的移动设备操作系统谷歌安卓，就是由一个开发社区提供支持的，可通过教程和指南来实现特定功能。第二个最流行的移动操作系统苹果的iOS，也有类似的社区称为苹果开发者论坛（Apple Developer Forums），微软有微软虚拟学院（Microsoft Virtual Academy）。还有Alison这样的网站提供免费培训，帮助新手开发应用程序的整个编写过程。无论研究目标是什么，最好先从基础做起，然后慢慢增加新的功能，最后实现自己想要做的事儿。

为智能手机制作附加组件是另一个重要挑战，但这样的设备一般不能太复杂。2014年，澳大利亚国立大学Steve Lee等在智能手机摄像头上安装一个豌豆大小的镜头（成本不到1美分），就可以让放大系数达到160倍，这其实就是一个低倍显微镜了。无独有偶，SCiO是一个独立的近红外光谱仪，由以色列的一家初创企业所开发。该设备可对一些材料进行扫描并提供相关的分子信息，然后通过蓝牙无线技术连接到智能手机上。

研究者还需要决定选择哪一种软件平台。Snik等选择了流行的苹果iOS，因为iPhone机型之间具有物理相似性，使得它更容易设计一个兼容的插件。安卓系统虽然有其优势，但在不同机型兼容性上问题比较多。

研究人员还必须准备一个可以容纳海量数据的数据库。如果在全球范围内发布一个应用，可能很快获得了超越预期的数据，这时候可以考虑一些云平台。一旦收集到大量数据，对数据的可靠性判定成了一个新的挑战。

加州大学欧文分校粒子物理学家 Daniel Whiteson等曾开发了一个应用程序CRAYFIS（从智能手机中发现宇宙射线），希望利用智能手机让用户观察和记录高能宇宙射线撞击地球大气层的颗粒物残留。如果在一公里半径内几百部智能手机同时检测到信号或光点，应用程序就将这个事件记录为宇宙射线簇射。如果在一定半径中有更多的光点，那么初级宇宙射线的能量就越大。不过，也有可能这些同步光点来自地方，包括探测器噪声或环境光。Whiteson等为了排除这些问题，就同时记录光点时间和地点的元数据。如果一部智能手机知道放置在某地进行记录，研究人员就能够确定环境光和噪声来源，使真正的宇宙射线信号变得更明显。全球超过15万人登记加入该研究。研究人员希望在正式发布APP之前，要对影响性能的问题进行更多的测试，以免之后将热心的参与者赶走。据说目前正在1000多部手机上进行测试。

利用智能手机众包来收集数据，尽管存在这样或那样的问题，但对研究人员来说还是特别具有吸引力，因为许多有关数据收集的问题是可以克服的。比如，从家用电子产品中获得有关大地震的数据是非常具有吸引力的，也是容易做到的，其中的一个主要障碍，是建筑业主害怕研究人员据此发现有关建筑安全方面的问题。

总之，想利用智能手机进行研究的科学家，首先需要评估某个设备是否能获得他们所需的测量值。然后，就需要确定采用哪种软件平台，并在被正式用于收集数据前尽可能消除错误或bugs，之后，还应确定如何过滤无效数据。另一方面，需要找到招募参与者的好方法。

正如智能手机已经成为许多科学家的日常生活不可或缺的一部分，他们也可能被证明是一个好的实验工具。如果政府将想投资建设新型的基础设施进行数据收集，也许可以考虑智能手机平台，因为这样的基础设施其实已经建成，而且非常强大和灵活。虽然这个巨大的平台已经存在不少时日了，但真正思考如何用于科学研究才刚刚开始。

参考文献
Technology: Smartphone science, Nature 531, 669–671 (31 March 2016) doi:10.1038/nj7596-669a
The scientist and the smartphone, Nature  Methods 7, 87 (2010) doi:10.1038/nmeth0210-87