背景

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是時(shí)下非常熱門的科技領(lǐng)域之一，它一度被譽(yù)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的“世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮”。如今，越來越多的物體，例如智能手機(jī)、智能家居、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、汽車等都加入到了物聯(lián)網(wǎng)中。

（圖片來源：維基百科）

為了擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模，科學(xué)家們正通過努力讓更多的普通物體變成物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。之前，筆者曾介紹過這方面的兩個(gè)典型研究案例。

案例一：美國普渡大學(xué)和弗吉尼亞大學(xué)的研究人員們開發(fā)出可從表面剝離的微型薄膜電子電路。這些薄膜電子設(shè)備可通過修剪，粘貼到任何物體的表面上，讓這個(gè)物體成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

（圖片來源：普渡大學(xué) / Chi Hwan Lee）

案例二：美國加州大學(xué)圣迭戈分校與威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的工程師們開發(fā)出一種可印刷的金屬標(biāo)簽。它可以粘貼到日常用品上，將這些物品變成物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

（圖片來源：Xinyu Zhang）

創(chuàng)新

近日，美國密歇根大學(xué)開發(fā)出一項(xiàng)基于RFID的新技術(shù)，使得煎鍋、藥瓶、瑜伽墊、咖啡杯以及其他無數(shù)的非電子物體都可以轉(zhuǎn)化為物聯(lián)網(wǎng)傳感器。

這個(gè)稱為“IDAct”的系統(tǒng)，在目前約142億的物聯(lián)網(wǎng)“智能”電子器件與幾百億非物聯(lián)網(wǎng)的日?！胺侵悄堋蔽矬w之間的鴻溝上架起了橋梁。密歇根大學(xué)的研究人員們稱，這是朝著真正沉浸式的物聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)邁出的關(guān)鍵一步。

電氣工程與計(jì)算機(jī)工程系副教授阿蘭森·桑普爾（Alanson Sample）、華盛頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系前研究生李漢川（音）、華盛頓大學(xué)的施韋塔克·帕特爾（Shwetak Patel）、英特爾公司的萬江易（Chieh-yih Wan） 和勞爾·沙爾（Raul Shal） 一起開發(fā)了這項(xiàng)技術(shù)。這項(xiàng)研究得到了英特爾實(shí)驗(yàn)室的支持。

技術(shù)

IDAct采用了RFID閱讀器和僅需花費(fèi)幾美分的無需電池的RFID標(biāo)簽，可以感知到房間中人體的出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)，并檢測(cè)到足夠的物體運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，從而判斷你是否已經(jīng)移動(dòng)了藥瓶或者做了頓飯。標(biāo)簽可以通過貼紙的形式粘貼在幾乎任何物體上，RFID閱讀器可以集成到日常物體例如燈泡中。

在一項(xiàng)最新研究中，這項(xiàng)技術(shù)以超過96%的精度精準(zhǔn)檢測(cè)到了特定的活動(dòng)。

多年來，RFID 標(biāo)簽一直被用于追蹤物體，應(yīng)用于運(yùn)輸和防盜方面。這些標(biāo)簽從閱讀器的信號(hào)中吸收足夠的電磁能量，以廣播簡單獨(dú)特的代碼。過去，閱讀器只不過是獲取這個(gè)代碼，以判斷物體出現(xiàn)與否（打開還是關(guān)閉、有無信號(hào)）。

（圖片來源：Eric Brockmeyer/Disney Research）

IDAct 通過提供一種更加細(xì)致地從RFID標(biāo)簽讀取信號(hào)的方法，改善了上述情況。它可以檢測(cè)到從標(biāo)簽返回的信號(hào)中的細(xì)微差異，檢測(cè)到物體什么時(shí)候被移動(dòng)過，或者是否有人正在觸摸它。它也可以檢測(cè)到室內(nèi)電磁場的變化，例如推斷是否有人出現(xiàn)。

桑普爾表示：“每個(gè)物體都會(huì)以特定的方式引起電磁干擾。我們使用這個(gè)信息以及來自RFID標(biāo)簽的信息，以獲取到特定空間中正發(fā)生著的情況的詳細(xì)圖景?！?/p>

然后，這些改良的信號(hào)會(huì)通過現(xiàn)場計(jì)算機(jī)運(yùn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來分析，從而推斷出房間內(nèi)正在發(fā)生什么情況。在測(cè)試階段中，這種處理是通過一個(gè)筆記本電腦來完成的，但是桑普爾希望必要的硬件未來將最終集成到RFID閱讀器本身之中。

團(tuán)隊(duì)為志愿者的房間裝備一系列的RFID閱讀器，然后為家居用品貼上RFID標(biāo)簽，來測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)。當(dāng)房間有人時(shí)，他們采集了每個(gè)房間26小時(shí)的數(shù)據(jù)；當(dāng)房間沒人時(shí)，他們也采集了兩個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)作為對(duì)照。

安裝在天花板上的RFID閱讀器采集來自房間中IDAct貼紙的數(shù)據(jù)。（圖片來源：密歇根大學(xué)）

價(jià)值

這篇論文的作者桑普爾表示：“在一個(gè)想象的世界中，你的藥瓶可追蹤藥物攝入量，你的水杯可以監(jiān)測(cè)你的水合程度。甚至瑜伽墊都能知道你的運(yùn)動(dòng)狀況，可以相應(yīng)地調(diào)整燈光、溫度和背景音樂?！?/p>

這篇論文的領(lǐng)導(dǎo)作者李漢川（音）表示：“因?yàn)檫@些物體的普遍存在性，在提升它們的感知能力以及在它們周圍創(chuàng)造交互應(yīng)用方面，我們看到了重大的機(jī)遇?！?/p>

這項(xiàng)技術(shù)也可以應(yīng)用于照顧老人，例如悄悄監(jiān)測(cè)藥物和日?；顒?dòng)，幫助老人更長時(shí)間的保持獨(dú)立，無需昂貴和侵入式的生活護(hù)理。

桑普爾表示：“你可以想象，輔助工具可以通過這項(xiàng)技術(shù)，監(jiān)測(cè)老年人的日?；顒?dòng)，幫助他們?cè)谧约杭抑写L的時(shí)間。它可以檢測(cè)到飲食、睡眠或者服藥方面的變化，例如在病情惡化以及在急診室中死亡之前。”

目前，團(tuán)隊(duì)正在計(jì)劃尋找能夠打造這項(xiàng)技術(shù)使之應(yīng)用于老年人護(hù)理環(huán)境中的工業(yè)合作伙伴。