物联网领域正涌入大批不领工资的“数据科学家”

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AIoT智联网是AI（人工智能）和IoT（物联网）技术在实际应用中的落地融合。近年来，智联网AIoT一词热度剧增，她正在以极快的速度从襁褓中的婴儿长大成人。

昨天，All inAIoT还是单个企业的市场宣言；今天，AIoT in All已经成为各行各业尝试转型以及寻找下一增长点的主力。

根据中国信息通信研究院统计预测数据显示，2020年全球人工智能市场将达到6800亿元人民币。据研究机构Markets and Markets在2019年发布的报告称，2019年全球AIoT市场规模为51亿美元。到2024年，这一数字将增长至162亿美元，复合年增长率为26.0%。

AIoT的成熟，一方面需要企业的重视与投入，另一方面需要技术的支撑与迭代。上周，我们谈到阿里投百亿加速AIoT布局的“大手笔”；这周，我们来看看AIoT的领域吹起的技术“新风向”。

在文章《一文读懂即将引爆的TinyML：在边缘侧实现超低功耗机器学习》中，我曾经介绍过一个新趋势：TinyML，并提到将会持续追踪TinyML的进展。

TinyML是指在毫瓦（mW）功率范围以下的设备上，实现机器学习的方法、工具和技术。这里的关键词是“毫瓦功率范围以下的设备”。TinyML功耗极低，不仅适用于边缘硬件，还可用于物联网终端设备，支持各种不同的电池驱动的设备，和需要始终在线的应用。

这些设备包括智能摄像头、远程监控设备、可穿戴设备、音频采集硬件以及各种传感器等…TinyML是一个新兴领域，是快速增长的机器学习技术和应用，是一片巨大的、未被充分开发的蓝海。

最近TinyML与AutoML正在快速融合，构建嵌入式自动化机器学习算法，发挥更大的效力。

AutoML全称是Automated Machine Learning，自动化机器学习，这是2014年以来，机器学习和深度学习领域最炙手可热的领域之一。

我们都知道，机器学习的应用需要大量的人工干预，这些人工干预表现在：特征提取、模型选择、参数调节等各个方面。AutoML试图将这些与特征、模型、优化、评价有关的重要步骤进行自动化地学习，使得机器学习模型无需人工干预即可被应用。

就在今年3月，谷歌证明了AutoML可以走得更远。根据谷歌已将代码开源的AutoML-Zero，如今有可能仅使用基本的数学运算作为构建块，就可以自动“进化”为完整的机器学习算法。

因此本文将介绍TinyML与AutoML相结合的最新进展，值得你关注的包括：

• TinyML与AutoML“携手”的最大价值体现在哪里？
• 嵌入式自动化机器学习算法的具体应用场景有哪些？
• 这个领域的初创公司和各类资源的情况如何？

TinyML+ AutoML的价值何在？

21世纪最性感的工作是什么？

你可能已经脑补了五花八门的答案，但《哈佛商业评论》（Harvard Business Review）认为是“数据科学家”。HBR在文章中写道，“如果‘性感’意味着拥有非常抢手的稀有品质，那么数据科学家就是。”

数据科学家很难招到、工资很高、更难留住，这也许是每个试图尝试AI应用的物联网企业都会头疼的问题。

数据显示，在2018年，初级数据科学家的平均工资为11.5万美元/年，能够管理10至15人团队的数据科学家则可以拿到35万美元的年薪。

2019年，全球对数据科学家的需求量是供应量的1.5倍。超过40%的公司认为招聘不到数据科学家是严重阻碍他们竞争力的原因之一。超过60%的公司试图通过内部培训，让现有员工变身成为数据科学家。

在物联网领域，数据科学家除了稀有，还面临另一个问题：在物联网终端，很多AI绝技无法施展。分布最广的物联网设备往往体积很小、电量有限。它们被作为终端硬件，通过嵌入式传感器采集各种数据；计算能力有限，对功耗极为敏感。物联网领域占比超过95%以上，都是需要超低功耗、占用极少存储空间、完成实时数据处理的场景。能够在这类设备上实现机器学习的人才，更是精英中的高阶精英。

TinyML与AutoML“携手”，就是试图让物联网领域的机器学习，突破人才稀缺和硬件受限的掣肘，让机器学习算法在物联网终端自我进化，让非技术人员可以轻松的使用人工智能进行数据分析，让原本“物以稀为贵”的机器学习以亲民的方式“飞入百姓家”。

TinyML在《一文读懂即将引爆的TinyML：在边缘侧实现超低功耗机器学习》中已有详细介绍，此处重点来说AutoML。

什么是AutoML？

为了更好的理解AutoML，清华校友翟伟所在公司Qeexo通过一个有趣的对比进行了解释。

在某种程度上，人工智能与印刷术非常相似，它们的诞生都是人类历史上的巨大转折，而且演进过程也有一定的可比性。

印刷术发明之前，文化的传播主要靠手抄的书籍。手抄费时、费事，又容易抄错、抄漏，既阻碍了文化的发展，又给文化的传播带来不应有的损失。

就像在人工智能诞生之前，工程师们要自己写计算程序完成数据分析，不仅效率低而且有可能存在很多误判。

印章和石刻给印刷术提供了直接的经验性启示，用纸在石碑上墨拓的方法，直接为雕版印刷指明了方向。

雕版印刷的版料，一般选用纹质细密坚实的木材，然后把木材锯成一块块木板，把要印的字写在薄纸上，反贴在木板上，再根据每个字的笔划，用刀一笔一笔雕刻成阳文，使每个字的笔划突出在板上。木板雕好以后，就可以印书了。

就像在人工智能的初始阶段，工程师们为每个用例，从零开始写机器学习的代码，一个用例对应一块“雕版”，在不同用例之间代码很难重复利用，灵活性差、对工程师的技艺要求高。

活字制版避免了雕版的不足，只要事先准备好足够的单个活字，就可随时拼版，大大地加快了制版时间。活字版印完后，可以拆版，活字可重复使用，且活字比雕版占有的空间小，容易存储和保管。这样活字的优越性就表现出来了。

就像随着人工智能的发展，工程师们开始使用解耦的思维，使用现有的机器学习模块与框架活用拼凑AI。这个阶段开发一个上手的应用或许很简单，但是要开发真正的产品却很难，需要一个团队的专业人士，花费几个星期的时间完成。

而现在，我们每个人都知道如何使用电脑打字，并使用打印机将文稿印出。

AutoML就是试图将人工智能也带入到同样阶段的做法，让一位非专业人士，花费几分钟的时间，即可完成多个人工智能模型。在这个阶段，合适的AutoML工具是关键。

谷歌最近发布了一篇论文名为《AutoML-Zero：从零开始的自动机器学习》，AutoML-Zero:Evolving Machine Learning Algorithms From Scratch。

AutoML-Zero这个名字难免让人产生联想。当年AlphaGo战胜了人类最强棋手，但前提是它先学会了人类棋谱，离不开人类指导。接着谷歌又推出了AlphaGo Zero，只让AI知道围棋规则，从零开始学下棋，结果再次登上棋艺顶峰。

AutoML-Zero似乎想要证明，既然AI能从零学习围棋，也可以从零开始摸索机器学习算法。

谷歌这篇论文的全文可以通过文末的提示下载阅读。

现在谷歌已将AutoML-Zero的开源程序提交到GitHub，普通电脑只需5分钟就能体验一下它的实际效果。GitHub网址：

https://github.com/google-research/google-research/tree/master/automl_zero

应用场景有哪些？

目前一些智能可穿戴设备，包括智能耳机和智能手表已经在使用相关技术。通过加速度传感器和陀螺仪辅以相应的嵌入式自动化机器学习算法，可以更好的分析用户行为，并且支持自定义手势创建、情境感知、活动分类、步态分析，提供更加贴合用户自身的服务。

智能家居也是应用场景之一。智能水壶和智能灶台可以通过声学传感器和算法，检测水是否烧开、烧开的水是否溢出、壶和锅的温度有没有过高。还可以监测智能微波炉中的玉米花是否爆开，以便及时关闭设备。

当然，你也许会想，这些场景都是“小儿科”，只有在最复杂的工业场景中实现应用，才能验证“TinyML+AutoML”嵌入式自动化机器学习算法真正有效。如你所料，有些企业正在将嵌入式机器学习自动算法用于预测性维护。

对于预测性维护（PDM）的发展阶段进行简单划分，可分为4个阶段：

• PDM 1.0—反应性维护：当问题出现时再来解决它，例如救火。
• PDM 2.0—预防性维护：包括外观检测，以及能够提供更具体、更客观的有关机器或系统状况相关信息的定期资产检测。
• PDM 3.0—基于规则的预测性维护：也就是“状态监测”。传感器持续收集来自设备的数据，并根据预先设定的规则，包含在预先设定的临界值出现时发出警报。
• PDM 4.0—基于机器学习的预测性维护：依靠大量的历史数据或者测试数据，结合为不同情境定制的机器学习算法，预测错误出现的时间和位置，然后发出警报。

PDM 4.0是通过先进的分析技术对资产的技术条件、使用、环境、维修历史、其他类似设备以及任何可能与之相关的大数据进行分析，预测未来将会发生的故障，并最终制定出最有效的预防措施。

在这个过程中，听声能力很重要，就像维护维修专家能够通过汽车引擎的声音，来诊断车辆的问题一样，工业设备如果拥有了一双远程的“顺风耳”，结合振动分析，就可以让PDM方案更精确。声音同样还能被用于诊断液体泄露、管道腐蚀和液位测量。

PDM4.0还面临一个规模化应用的窘境，由于每个设备的安装条件、载重性能和外部环境都不相同，单一的AI模型可能无法在类似的电机上批量复制。

TinyML+AutoML使用时间序列传感器，包括模拟和数字麦克风，可以自适应的创建AI模型。通过声音传感与分析，有助于识别预测性维护应用的问题。

初创公司&各类资源

关于TinyML+AutoML，有很多现成的工具和软件可以使用，物联网企业不需要招聘昂贵的数据科学家，也不需要扩充团队，就可以初步尝试。

这里介绍比较有代表性的初创公司和资源，包括QEEXO、MindsDB和Cartesiam。

• QEEXO

这家公司成立于2012年，总部位于加利福尼亚州山景城，机器学习的研发团队位于宾夕法尼亚州匹茨堡，在北京和上海拥有工程师团队。

目前已经有260多种硬件平台，超过3亿台设备，搭载了QEEXO的机器学习引擎。

知名的包括在华为手机中嵌入的指关节操作技术。

指关节操作功能通过使用指关节在屏幕上敲击或勾画，快速调用系统功能，支持利用指关节双击全屏截屏、敲击并画圈局部截屏、敲击并画字母S滚动截屏、双指关节双击录屏、直线分屏等5种手势操作。今年5月，荣耀发布了新机荣耀X10，指关节操作功能首次下放给了“千元机”。

QEEXO与瑞萨电子等领先硬件厂商进行合作，完成了多种硬件的适配。QEEXO可支持Arm Cortex – M0到M4核的单片机，如瑞萨RA6M3组单片机产品。

据悉，QEEXO的自动机器学习算法将在亚马逊AWS上架，以SaaS年度订阅的方式提供服务，并将在下周周一，6月8日进行全球商用版Qeexo AutoML的正式发布。

• MindsDB

MindsDB公司成立于2017年，总部位于加利福尼亚州伯克利，源自美国加州大学伯克利分校的研究项目，其同名服务已在GitHub上发布开源版本。GitHub网址：https://github.com/mindsdb/mindsdb#mindsdb

最近MindsDB完成了一笔300万美元的融资，用于扩充团队和验证商业模式。

• Cartesiam

Cartesiam公司创立于2016年，总部位于法国土伦，商务运营中心位于巴黎和纽约，主要实现让普通的ARM微控制器都能运行的无监督学习AI。

最近MindsDB完成了一笔300万美元的融资，用于扩充团队和验证商业模式。

●Cartesiam

Cartesiam公司创立于2016年，总部位于法国土伦，商务运营中心位于巴黎和纽约，主要实现让普通的ARM微控制器都能运行的无监督学习AI。

今年2月，Cartesiam发布了一个名为NanoEdge AI Studio的软件系统，该系统能够安全地生成AI算法，并且生成的算法只需两分钟就可在ARM微处理器上运行，容量大小仅为4~16KB RAM。

法国的工业电子制造商Eolane与Cartesiam合作推出了一款名为Bob Assistant的温度/振动传感器，主要用于预测工业维修。目前，该解决方案已经被许多欧洲客户所采用，成为首个大规模部署的工业4.0预测性维护解决方案。

5月19日，Cartesiam发布了针对STM32开发板优化的新版NanoEdge AI Studio软件工具。STM32是意法半导体开发的微控制器。新版提供一个新的硬件平台选项，让开发者可以直接选择意法半导体的Nucleo-F401RE或Nucleo-L432KC开发板。在选择之后，用户可以解锁设计流程的最后一步，下载可在所选硬件平台上立即运行的自定义机器学习库。

----写在最后----

看似微小的TinyML和自我进化的AutoML蕴含大机会，物联网企业需要转变的首先是思维，积极拥抱和勇于尝试，或许就会开辟一番新天地。

本文总结：

• TinyML与AutoML正在快速融合，构建嵌入式自动化机器学习算法。
• TinyML与AutoML“携手”，让原本“物以稀为贵”的机器学习以亲民的方式“飞入百姓家”。
• 嵌入式自动化机器学习算法具有广泛的应用领域，包括智能家居硬件、智能可穿戴设备、建筑物振动监测和工业预测性维护。
• 这个领域中比较有代表性的初创公司和资源，包括QEEXO、MindsDB和Cartesiam。

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