一個(gè)充滿傳感器的世界將如何改變我們

　　一個(gè)充滿傳感器的世界將會(huì)如何改變我們所見、所聞、所思和生活的方式?這里有一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)你試著數(shù)數(shù)，現(xiàn)在有多少傳感器圍繞在你身邊。你的計(jì)算機(jī)上有攝像頭和微型麥克風(fēng)，智能手機(jī)中有GPS傳感器和陀螺儀，健身追蹤器中有加速計(jì)……如果你在一個(gè)現(xiàn)代化的辦公大樓上班，或住在新裝修的房子里，傳感器會(huì)不斷探測(cè)你的行動(dòng)以及周圍環(huán)境的溫度和濕度。傳感器在我們的生活中已無(wú)所不在，這是因?yàn)樗鼈円沧裱柖桑簜鞲衅饕恢痹谧兊酶?、更便宜、更?qiáng)大。陀螺儀和加速計(jì)現(xiàn)在已經(jīng)是智能手機(jī)的標(biāo)配，但幾十年前，它們還都是體積龐大、價(jià)格昂貴的設(shè)備。因此在過去，這類設(shè)備的應(yīng)用僅限于為宇宙飛船或?qū)棇?dǎo)航。同時(shí)，隨著微電子設(shè)計(jì)、能源和電磁波譜管理的不斷發(fā)展，即便是成本不到1美元的芯片，也能將一個(gè)傳感器陣列連接到一個(gè)低功率的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中。

　　這個(gè)巨大的傳感器網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生信息量會(huì)龐大到不可思議，但其中絕大部分信息對(duì)我們來說都是不可見的，似乎被一道無(wú)形的墻圍了起來，只有特定設(shè)備的特定程序(比如調(diào)節(jié)恒溫器，或者記錄你每天走了多少步的應(yīng)用程序)，才能訪問并使用這些數(shù)據(jù)。

　　如果我們能消除這種界限，計(jì)算機(jī)和通訊行業(yè)都將會(huì)發(fā)生重大變革。一旦我們開發(fā)出相關(guān)的通訊協(xié)議，允許設(shè)備和應(yīng)用程序之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(目前已經(jīng)有人在做這件事了)，那么任何程序都可以獲取任何器物中的傳感器的數(shù)據(jù)。如果這一設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)，那么馬克·魏澤爾(MarkWeiser)在23年前的那篇《21世紀(jì)的計(jì)算機(jī)》(發(fā)表于1991年9月的《科學(xué)美國(guó)人》)中所預(yù)言的普適計(jì)算時(shí)代(ubiquitouscomputing)，就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

　　普適計(jì)算時(shí)代的來臨不會(huì)是漸進(jìn)式的，我們相信這將會(huì)是一個(gè)革命性的轉(zhuǎn)變，正如互聯(lián)網(wǎng)的迅猛普及。在谷歌地圖、推特等手機(jī)應(yīng)用上，以及推出這些應(yīng)用的那些行業(yè)巨頭上，我們已經(jīng)看到，普適計(jì)算的革命性轉(zhuǎn)變已經(jīng)開始萌芽。但是，只有當(dāng)各種設(shè)備都能從無(wú)處不在的傳感器上獲取數(shù)據(jù)時(shí)，技術(shù)創(chuàng)新才會(huì)出現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)。環(huán)境信息的整合者，將成為下一批市值達(dá)到10億美元級(jí)別的科技公司，它們會(huì)利用我們身邊的傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，開發(fā)出全新的應(yīng)用程序。

　　要預(yù)測(cè)普適計(jì)算以及傳感器數(shù)據(jù)將對(duì)我們的日常生活產(chǎn)生何種影響，其難度不亞于在30年前預(yù)知互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)如何改變世界。幸好，我們可以用“媒介理論”作為參考：上世紀(jì)60年代，通信理論學(xué)家馬歇爾·麥克盧漢說過，電子媒體(主要是電視)將會(huì)成為人體神經(jīng)系統(tǒng)的延伸。如果麥克盧漢今天還健在的話，不知道他會(huì)怎么看待傳感器的普及。當(dāng)傳感器變得無(wú)處不在，當(dāng)它們收集到的數(shù)據(jù)能以全新的方式成為人體感官信息的一部分，人類感知的邊界將在何處?當(dāng)我們的感知不受時(shí)間、空間和尺度的限制，我們又該如何定義“存在”的概念?

　　可視化的傳感器數(shù)據(jù)

　　我們利用所有的感官來認(rèn)知世界，但對(duì)于大多數(shù)數(shù)字信息，我們只能用移動(dòng)設(shè)備上的、小塊的二維屏幕來顯示。因此，我們受困于信息瓶頸，這并不是什么新奇的觀點(diǎn)。在這個(gè)信息爆炸的時(shí)代，我們發(fā)現(xiàn)自己越來越無(wú)法維持在這個(gè)世界中的存在感了。然而，只要我們能夠?qū)W會(huì)正確利用這些龐大的數(shù)據(jù)資源，希望的曙光就將出現(xiàn)。因此，我們?cè)诼槭±砉W(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)花費(fèi)數(shù)年時(shí)間，致力于將傳感器網(wǎng)絡(luò)收集的信息轉(zhuǎn)換成人們熟悉的“感官語(yǔ)言”。

　　當(dāng)年，網(wǎng)景(Netscape)瀏覽器為我們提供了一個(gè)訪問互聯(lián)網(wǎng)龐大數(shù)據(jù)的渠道，我們正在開發(fā)的軟件瀏覽器能幫助我們獲取并利用即將涌來的傳感器數(shù)據(jù)洪流。目前用來開發(fā)這類瀏覽器的最佳工具是一款名為Unity3D的視頻游戲引擎，通過這款引擎，數(shù)百萬(wàn)名游戲玩家可以在不斷變化的三維環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)、快捷的互動(dòng)。我們則利用它開發(fā)了一款名為DoppelLab的應(yīng)用程序，能夠接收環(huán)境中所有的傳感器數(shù)據(jù)流，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像形式，投射在建筑物的三維模型上。以多媒體實(shí)驗(yàn)室為例，DoppelLab會(huì)收集整座大樓的傳感器數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)顯示器上。只需觀察屏幕，用戶就可以隨時(shí)瀏覽每個(gè)房間的溫度、訪客及人員的活動(dòng)，甚至乒乓球在智能球臺(tái)上的位置。

　　除了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，“雙重實(shí)驗(yàn)室”還能將大樓中所有麥克風(fēng)采集到的聲音匯總到一起，創(chuàng)建一個(gè)虛擬的聲音環(huán)境。當(dāng)然，為了保護(hù)隱私，傳感器會(huì)在傳輸聲音之前，對(duì)音頻信息進(jìn)行處理。經(jīng)過處理后，聲音里的信息是無(wú)法理解的，但保留了環(huán)境的背景音和說話者的聲音特質(zhì)。“雙重實(shí)驗(yàn)室”的使用者還可以查找過去某一時(shí)刻的信息——使用者可以從各個(gè)角度觀察某一時(shí)刻的情形，或者通過快進(jìn)，查看不同時(shí)間尺度的數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)日常很難發(fā)現(xiàn)的周期性現(xiàn)象。

　　“雙重實(shí)驗(yàn)室”一類的瀏覽器軟件有許多直接的商業(yè)價(jià)值——例如可用于安裝了多種傳感器的大型建筑的虛擬控制平臺(tái)。以往，當(dāng)大樓管理者想要追蹤暖氣系統(tǒng)的問題時(shí)，他必許整理并查看大量表格和圖表，對(duì)異常的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸納，才有可能最終找到問題的根源。如果使用“雙重實(shí)驗(yàn)室”，管理者可以及時(shí)了解所有房間的當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度，快速發(fā)現(xiàn)溫度異常的樓層或房間。此外，規(guī)劃者、設(shè)計(jì)人員和居住者可以了解大樓內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的使用情況，以及樓里的人們什么時(shí)候會(huì)聚集在一起，通常會(huì)聚集在哪里，如何改變?nèi)藗兊墓ぷ骰蚪涣鞣绞?

　　不過，我們開發(fā)“雙重實(shí)驗(yàn)室”，并非出于商業(yè)目，而是為了探索一個(gè)更宏大也更有趣的問題：普適計(jì)算將會(huì)如何改變“存在”這個(gè)詞的基本含義?

　　重新定義“存在”

　　隨著傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬旅行或?qū)⒆兂涩F(xiàn)實(shí)，實(shí)時(shí)“存在”于遙遠(yuǎn)的某個(gè)地方也成為可能。到那時(shí)，“這里”和“現(xiàn)在”這兩個(gè)詞，也許會(huì)有新的含義。我們?cè)诘俚埋R什農(nóng)場(chǎng)開展了名為“實(shí)境觀測(cè)站”的項(xiàng)目，目標(biāo)是帶領(lǐng)實(shí)體和虛擬訪客體驗(yàn)不斷變化的自然環(huán)境。我們計(jì)劃在“實(shí)境觀測(cè)站”的基礎(chǔ)上，結(jié)合“雙重實(shí)驗(yàn)室”，來探索“存在”這個(gè)詞概念的變化。

　　自2010年以來，在政府與民間環(huán)保組織的共同努力下，美國(guó)馬薩諸塞州南部250英畝(約101公頃)的蔓越莓沼澤，已經(jīng)被改造成一個(gè)受保護(hù)的沿海濕地系統(tǒng)，統(tǒng)稱為蒂德馬什農(nóng)場(chǎng)，我們的同事格洛里安娜·達(dá)文波特是農(nóng)場(chǎng)的共同擁有者之一。達(dá)文波特在多媒體實(shí)驗(yàn)室中主要研究紀(jì)錄片未來的發(fā)展，她有一個(gè)很好的想法，就是在環(huán)境中布置多種傳感器，自動(dòng)拍攝“紀(jì)錄片”。在她的協(xié)助下，我們正在開發(fā)一個(gè)能記錄生態(tài)變化，并允許人們體驗(yàn)這些信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)。在蒂德馬什農(nóng)場(chǎng)，我們架設(shè)了數(shù)百個(gè)無(wú)線傳感器，用來測(cè)量溫度、濕度、水分、光、運(yùn)動(dòng)、風(fēng)、聲音、樹干液流，以及多種化學(xué)物質(zhì)的濃度水平。

　　借助于高效的電源管理方式，這些傳感器只靠電池就可持續(xù)工作數(shù)年。其中，某些傳感器會(huì)使用太陽(yáng)能電池，其功率的提升可以滿足音頻傳輸?shù)男枨?mdash;—甚至包括微風(fēng)、鳥鳴，以及雨滴落在樹葉上的聲音。我們的同事還在蒂德馬什農(nóng)場(chǎng)安裝復(fù)雜的生態(tài)傳感器，比如水下光纖溫度表以及可以測(cè)量水中溶氧含量的設(shè)備。所有這些數(shù)據(jù)都會(huì)傳輸?shù)椒?wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶可以通過不同的應(yīng)用程序，查詢和使用這些數(shù)據(jù)。

　　應(yīng)用某些程序，生態(tài)學(xué)家可以查看沼澤中的環(huán)境數(shù)據(jù)。還有些程序則是專門為普通用戶設(shè)計(jì)的。比如，我們正在開發(fā)一款類似“雙重實(shí)驗(yàn)室”的瀏覽器，可以通過任何聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，訪問虛擬的蒂德馬什農(nóng)場(chǎng)。在這個(gè)虛擬農(nóng)場(chǎng)中，我們對(duì)沼澤的地貌進(jìn)行了數(shù)字仿真模擬，生成了虛擬的樹木和植被。同時(shí)利用游戲引擎，加入了由傳感器收集到的噪聲和數(shù)據(jù)，讓你在不同的位置，聽到不同的聲音，獲得身臨其境的感受。作為虛擬體驗(yàn)者，你可以在沼澤上漂浮，傾聽身邊的響動(dòng);或是探索不同的區(qū)域，感受環(huán)境的變化;抑或潛入水底，聆聽水下麥克風(fēng)收集的聲音。真實(shí)環(huán)境中的風(fēng)也會(huì)被傳感器偵測(cè)到，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，吹動(dòng)虛擬叢林。

　　“實(shí)境觀測(cè)站”只是一個(gè)展示性項(xiàng)目，而并非實(shí)用系統(tǒng)的原型。但我們不難想象在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用的場(chǎng)景。比如，農(nóng)民使用類似的系統(tǒng)，可以查看大量的傳感器數(shù)據(jù)，隨時(shí)追蹤農(nóng)場(chǎng)中的濕度、農(nóng)藥、肥料情況，甚至動(dòng)物活動(dòng)。而市政機(jī)構(gòu)則可以對(duì)風(fēng)暴、洪水等自然災(zāi)害進(jìn)行跟蹤，尋找處于危險(xiǎn)中的人群，及時(shí)提供幫助。實(shí)際上，對(duì)于我們的日常生活來說，這種技術(shù)并非遙不可及。我們?cè)缫蚜?xí)慣在外出用餐之前先使用Yelp(美國(guó)類似于“大眾點(diǎn)評(píng)”的軟件)查詢餐廳的評(píng)價(jià)。未來，這類軟件也許還會(huì)讓我們看到餐廳里的環(huán)境情況(是否吵鬧，是否擁擠)。

　　這種可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程“存在”的方式，或許已經(jīng)接近于時(shí)空穿越了。我們經(jīng)常會(huì)在旅途中會(huì)打開“雙重實(shí)驗(yàn)室”，只是為了聽聽大樓里的聲音，感受一下實(shí)驗(yàn)室里的活動(dòng)。這種體驗(yàn)，讓我們有了家就在身邊的感覺。同樣，路途中的游子們，也可以通過這種技術(shù)，瞬間“回到”在家中，并和家人一起，共度美好的時(shí)光。

　　感知的延伸

　　有一點(diǎn)是毋庸置疑的，可穿戴設(shè)備將會(huì)在下一波計(jì)算大潮中扮演至關(guān)重要的角色。在我們看來，可穿戴計(jì)算機(jī)與傳感器具有天然的互補(bǔ)性，兩者可以完美結(jié)合在一起，成為人體感知能力的補(bǔ)充和延伸。

　　多年來，研究人員一直在不斷嘗試，將可穿戴傳感器和制動(dòng)器作為人體的輔助設(shè)備，把傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺梭w的感知器官，這個(gè)過程叫做感知替換。近年來的許多研究都顯示，神經(jīng)可塑性確實(shí)存在——我們的大腦可以適應(yīng)新的刺激，也就是說，傳感器有可能作為“額外感覺器官”，融入我們的感覺系統(tǒng)。不過，要把傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，與人類的感知體驗(yàn)有機(jī)結(jié)合在一起，我們還有很長(zhǎng)的路要走。

　　我們相信，要發(fā)揮可穿戴設(shè)備的最大潛力，提升人體的外部感知能力，面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題是，如何更好掌控穿戴者的注意力。今天的高科技可穿戴設(shè)備，如谷歌眼鏡，其功能就像一個(gè)第三方的服務(wù)中介，會(huì)根據(jù)周邊環(huán)境，為我們提供相關(guān)的信息，或?yàn)槲覀兺扑]一些服務(wù)(比如用戶經(jīng)過電影院時(shí)，會(huì)推薦近期熱播的大片)。但是，這些“建議”經(jīng)常會(huì)毫無(wú)征兆地突然跳出來，之前沒有任何預(yù)示。這種機(jī)械式的建議方式讓人十分頭疼甚至厭煩，但在我們的神經(jīng)系統(tǒng)里，類似情況是絕對(duì)不會(huì)發(fā)生的。我們的感知系統(tǒng)讓我們能動(dòng)態(tài)處理不同的外部刺激，過濾掉那些與當(dāng)前關(guān)注的事物無(wú)關(guān)的刺激。我們正在進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以了解可穿戴設(shè)備能否像人類大腦一樣，將注意力集中在重要工作上，同時(shí)對(duì)周圍環(huán)境保持一定的關(guān)注度。

　　我們的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是要確定，在實(shí)際應(yīng)用中，可穿戴設(shè)備能否分辨出使用者正在聆聽哪一組聲源。我們希望利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果，能讓用戶仿佛身處自然環(huán)境中，可以“不經(jīng)意”地聽到周邊環(huán)境發(fā)出的各種聲音，就像我們?cè)诘俚埋R什農(nóng)場(chǎng)中做的那樣。想象一下，最初你的注意力集中在一個(gè)遙遠(yuǎn)的湖心小島上，然后慢慢地，你開始聽到遠(yuǎn)方的聲音，這種感覺就像你可以隨心所欲地調(diào)整聽覺的靈敏度(在現(xiàn)實(shí)中，我們的耳朵不可能聽到那么遠(yuǎn)的地方傳來的聲音)。再次進(jìn)入想象的世界——你正沿著一條小溪散步，但水底的聲音卻可以清晰地傳入耳中，偶一抬頭，就會(huì)聽到枝頭鳥兒的歌聲飄來。這種數(shù)字化信息的傳輸方式將成為一個(gè)重要的里程碑，未來人體的感知器官和傳感器網(wǎng)絡(luò)極有可能通過信息流，實(shí)現(xiàn)相互之間的連接?；蛟S在不久的將來，這一設(shè)想將由植入人體感覺器官或神經(jīng)系統(tǒng)的傳感器來實(shí)現(xiàn)。我們希望這些設(shè)備及其提供的信息，能夠作為我們現(xiàn)有感知能力的補(bǔ)充，而非取代它們。

　　美夢(mèng)還是噩夢(mèng)?

　　對(duì)于包括我們自己在內(nèi)的許多人來說，我們剛剛描述的世界似乎讓人覺得有些毛骨悚然。對(duì)“存在”的重新定義，代表我們與環(huán)境的關(guān)系，以及我們與他人的關(guān)系都不得不發(fā)生改變。更令人擔(dān)心的是，普適計(jì)算對(duì)于個(gè)人隱私產(chǎn)生的巨大影響。但我們?nèi)匀幌嘈?，在科技進(jìn)步的同時(shí)，我們可以采用很多方法來保護(hù)自己。

　　10年前，我們的研究團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)開展過一個(gè)項(xiàng)目，馬特·萊伯維茲在媒體實(shí)驗(yàn)室里架設(shè)了40個(gè)攝像頭和傳感器。他為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都設(shè)計(jì)了一個(gè)巨大的開關(guān)，使用者可以輕易發(fā)現(xiàn)并關(guān)閉傳感器。在現(xiàn)今的世界里，攝像頭、麥克風(fēng)等傳感器幾乎無(wú)處不在，就算有開關(guān)，也很難一一關(guān)閉。我們必須有更加有效的解決方法。

　　其中的一個(gè)解決方案是，讓傳感器可以對(duì)環(huán)境和人的個(gè)體偏好做出響應(yīng)。幾年前，我們團(tuán)隊(duì)的成員龔南葳就在這個(gè)方向上做了一些探索。她開發(fā)了一個(gè)特別的鑰匙環(huán)，這個(gè)裝置實(shí)際上是一個(gè)無(wú)線信標(biāo)發(fā)射器，可以不停地發(fā)射無(wú)線信號(hào)，將使用者的個(gè)人偏好“告知”周邊的傳感器。鑰匙環(huán)上有一個(gè)標(biāo)有“NO”字樣的按鈕，一旦按下這個(gè)按鈕，當(dāng)前環(huán)境中的所有傳感器都無(wú)法接收到相應(yīng)的信息，這樣就可以確保，在這段時(shí)間里，使用者的所有隱私信息不會(huì)外泄。

　　任何解決方案都必須要保證以下兩點(diǎn)：一是要確保周邊所有傳感器都能接收到使用者發(fā)出的請(qǐng)求;二是確保這些請(qǐng)求能切實(shí)執(zhí)行。要開發(fā)這樣的通訊協(xié)議，首先要面對(duì)技術(shù)和法律上的種種限制。為了克服這些問題，全球各地的開發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開展了多項(xiàng)探討和研究。例如，法律可以將某人周圍所有傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的所有權(quán)賦予這個(gè)人，個(gè)人有權(quán)選擇是否對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，或限制這些數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)中。

　　“雙重實(shí)驗(yàn)室”和“實(shí)境觀測(cè)站”項(xiàng)目有一個(gè)共同的目標(biāo)，就是首先在安全的空間內(nèi)，了解這些技術(shù)會(huì)對(duì)隱私權(quán)產(chǎn)生何種影響。這樣，我們就可以在那些災(zāi)難性的影響真正來臨之前，找到有效的應(yīng)對(duì)方案。美國(guó)國(guó)家安全局(NSA)前雇員愛德華·斯諾登讓我們了解到信息透明的重要性，在一個(gè)開放的社會(huì)，只有制定相關(guān)的法律措施，才能真正消除隱私權(quán)受到的威脅。除此之外，我們認(rèn)為，在軟硬件開發(fā)過程中，向全民化開源，是防止隱私受到系統(tǒng)性侵犯的最好手段。

　　與此同時(shí)，這個(gè)由傳感器驅(qū)動(dòng)的世界將給我們帶來的全新體驗(yàn)也開始慢慢出現(xiàn)，未來的前景令我們興奮不已。全新的科技完全具備將我們的身體與周圍環(huán)境融為一體的能力。這些工具可以讓我們擺脫對(duì)智能手機(jī)的依賴，回歸到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中——它們會(huì)讓我們更加真實(shí)地存在于這個(gè)世界。