无处不在的传感器扮演着什么角色

在我们生活的现代世界中充满了各种各样的电子传感器，它们通过网络连接在一起。但是，大多数传感器产生的数据对于我们来说是不可见的，只能用于特定的应用程序。一旦能够消除这种障碍，让任何联入网络的计算机都能使用这些数据，我们或许就将迈入普适计算的全新时代。

但普适计算时代的来临不会是渐进式的，我们相信这将会是一个革命性的转变，正如互联网的迅猛普及。在谷歌地图、推特等手机应用上以及推出这些应用的那些行业巨头身上，我们已经看到，普适计算的革命性转变已经开始萌芽。但是，只有当各种设备都能从无处不在的传感器上获取数据时，技术创新才会出现爆炸式的增长。环境信息的整合者，将成为下一批市值达到 10亿美元级别的科技公司，它们会利用我们身边的传感器产生的数据，开发出全新的应用程序。

可视化的传感器数据

我们利用所有的感官来认知世界，但对于大多数数字信息，我们只能用移动设备上小小的二维屏幕来显示。在这个信息爆炸的时代，我们发现自己越来越无法维持在这个世界中的存在感了。然而，只要我们能够学会正确利用这些庞大的数据资源，希望的曙光就将出现。因此，我们在麻省理工学院媒体实验室（ Medialab）的团队花费数年时间致力于将传感器网络收集的信息转换成为人们熟悉的“感官语言”。

当年，网景（ Netscape）浏览器为我们提供了一个访问互联网庞大数据的渠道，我们正在开发的软件浏览器能帮助我们获取并利用即将涌来的传感器数据洪流。目前用来开发这类浏览器的最佳工具是一款名为 Unity3D的视频游戏引擎，通过这款引擎，数百万名游戏玩家可以在不断变化的三维环境中进行实时、快捷的互动。我们则利用它开发了一款名为“双重实验室”（DoppelLab）的应用程序，能够接收环境中所有的传感器数据流，并将数据转化为图像形式，投射在建筑物的三维模型上。以多媒体实验室为例，“双重实验室”会收集整座大楼的传感器数据，并将这些数据实时呈现在计算机显示器上。只需观察屏幕，用户就可以随时浏览每个房间的温度、访客及人员的活动，甚至乒乓球在智能球台上的位置。

除了对数据进行可视化处理，“双重实验室”还能将大楼中所有麦克风采集到的声音汇总到一起创建一个虚拟的声音环境。当然，为了保护隐私，传感器会在传输声音之前对音频信息进行处理。经过处理后，声音里的信息是无法理解的，但保留了环境的背景音和说话者的声音特质。“双重实验室”的使用者还可以查找过去某一时刻的信息——使用者可以从各个角度观察某一时刻的情形，或者通过快进，查看不同时间尺度的数据，从而发现平常很难观察到的周期性现象。

“双重实验室”一类的浏览器软件有许多直接的商业价值——例如可以搭建一个虚拟平台，用于对安装了多种传感器的大型建筑进行控制。以往，当大楼管理者想要追踪暖气系统的问题时，他必须整理并查看大量表格和图表，对异常的温度数据进行分类归纳，才有可能最终找到问题的根源。如果使用“双重实验室”，管理者可以及时了解所有房间的当前温度和设定温度，快速发现温度异常的楼层或房间。

感知的延伸

有一点是毋庸置疑的，可穿戴设备将会在下一波计算大潮中扮演至关重要的角色。在我们看来，可穿戴计算机与传感器具有天然的互补性，两者可以完美结合在一起，成为人体感知能力的补充和延伸。

多年来，研究人员一直在不断尝试将可穿戴传感器和致动器作为人体的辅助设备，把传感器数据传输到人体的感知器官，这个过程叫做感知替换（ sensory substitution）。近年来的许多研究都显示，神经可塑性确实存在——我们的大脑可以适应新的刺激，也就是说，传感器有可能作为“额外感觉器官”融入我们的感觉系统。不过，要把传感器网络的数据与人类的感知体验有机结合在一起，我们还有很长的路要走。

我们相信，要发挥可穿戴设备的最大潜力，提升人体的外部感知能力，面临的一个关键问题是如何更好地掌控穿戴者的注意力。今天的高科技可穿戴设备，如谷歌眼镜，其功能就像一个第三方的服务中介，会根据周边环境为我们提供相关的信息，或为我们推荐一些服务（比如用户经过电影院时，会推荐近期热播的大片）。但是，这些“建议”经常会毫无征兆地突然跳出来，之前没有任何预示。这种机械式的建议方式让人十分头疼甚至厌烦，但在我们的神经系统里，类似情况是绝对不会发生的。我们的感知系统让我们能动态处理不同的外部刺激，过滤掉那些与当前关注的事物无关的刺激。我们正在进行相关实验，以了解可穿戴设备能否像人类大脑一样将注意力集中在重要工作上，同时对周围环境保持一定的关注度。

我们的第一个实验是要确定，在实际应用中可穿戴设备能否分辨出使用者正在聆听哪一组声源。我们希望利用这个实验获得的结果能让用户仿佛身处自然环境中，可以“不经意”地听到周边环境发出的各种声音，就像我们在蒂德马什农场中做的那样。

想象一下，最初你的注意力集中在一个遥远的湖心小岛上，然后慢慢地，你开始听到远方的声音，这种感觉就像你可以随心所欲地调整听觉的灵敏度（在现实中，我们的耳朵不可能听到那么远的地方传来的声音）。再次进入想象的世界——你正沿着一条小溪散步，但水底的声音却可以清晰地传入耳中，偶一抬头，就会听到枝头鸟儿的歌声飘来。这种数字化信息的传输方式将成为一个重要的里程碑。未来人体的感知器官和传感器网络极有可能通过信息流实现相互之间的连接。或许在不久的将来，这一设想将由植入人体感觉器官或神经系统的传感器来实现。我们希望这些设备及其提供的信息，能够作为我们现有感知能力的补充，而非取代它们。

美梦还是噩梦？

对于包括我们自己在内的许多人来说，我们刚刚描述的世界似乎让人觉得有些毛骨悚然，更令人担心的是普适计算对于个人隐私产生的巨大冲击。但我们仍然相信，在科技进步的同时，我们可以采用很多方法来保护自己。

10年前，我们的研究团队曾经开展过一个项目，马特 ·莱伯维兹（ Mat Laibowitz）在媒体实验室里架设了 40个摄像头和传感器。他为每一个节点都设计了一个巨大的开关，使用者可以轻易发现并关闭传感器。在现今的世界里，摄像头、麦克风等传感器几乎无处不在，就算有开关，也很难一一关闭。我们必须有更加有效的解决方法。

其中的一个解决方案是，让传感器可以对环境和人的个体偏好做出响应。几年前，我们团队的成员龚南葳就在这个方向上做了一些探索。她开发了一个特别的钥匙环，这个装置实际上是一个无线信标发射器，可以不停地发射无线信号，将使用者的个人偏好“告知”周边的传感器。钥匙环上有一个标有“ NO”字样的按钮，一旦按下这个按钮，当前环境中的所有传感器都无法接收到相应的信息，这样就可以确保在这段时间里，使用者的所有隐私信息都不会外泄。

任何解决方案都必须要保证以下两点：一是要确保周边所有传感器都能接收到使用者发出的请求;二是确保这些请求能被切实执行。要开发这样的通讯协议，首先要面对技术和法律上的种种限制。为了克服这些问题，全球各地的开发团队已经开展了多项探讨和研究。例如，法律可以将某人周围所有传感器产生的数据的所有权赋予这个人，个人有权选择是否对这些数据进行加密，或限制这些数据上传到网络中。

“双重实验室”和“实境观测站”项目有一个共同的目标，就是首先在安全的空间内，了解这些技术会对隐私权产生何种影响。这样，我们就可以在那些灾难性的影响真正来临之前，找到有效的应对方案。美国国家安全局（ NSA）前雇员爱德华 ·斯诺登让我们了解到信息透明的重要性，在一个开放的社会，只有制定相关的法律措施，才能真正消除隐私权受到的威胁。

除此之外，我们认为，在软硬件开发过程中向全民化开源，是防止隐私受到系统性侵犯的最好手段。与此同时，这个由传感器驱动的世界将给我们带来的全新体验也开始慢慢出现，未来的前景令我们兴奋不已。全新的科技完全具备将我们的身体与周围环境融为一体的能力。这些工具可以让我们摆脱对智能手机的依赖，回归到现实环境中——它们会让我们更加真实地存在于这个世界。（end）