一個充滿傳感器的世界將如何改變我們

　　一個充滿傳感器的世界將會如何改變我們所見、所聞、所思和生活的方式?這里有一個有趣的實驗：請你試著數(shù)數(shù)，現(xiàn)在有多少傳感器圍繞在你身邊。你的計算機上有攝像頭和微型麥克風，智能手機中有GPS傳感器和陀螺儀，健身追蹤器中有加速計……如果你在一個現(xiàn)代化的辦公大樓上班，或住在新裝修的房子里，傳感器會不斷探測你的行動以及周圍環(huán)境的溫度和濕度。傳感器在我們的生活中已無所不在，這是因為它們也遵循摩爾定律：傳感器一直在變得更小、更便宜、更強大。陀螺儀和加速計現(xiàn)在已經(jīng)是智能手機的標配，但幾十年前，它們還都是體積龐大、價格昂貴的設(shè)備。因此在過去，這類設(shè)備的應用僅限于為宇宙飛船或?qū)棇Ш健Ｍ瑫r，隨著微電子設(shè)計、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，也能將一個傳感器陣列連接到一個低功率的無線通信網(wǎng)絡中。

　　這個巨大的傳感器網(wǎng)絡所產(chǎn)生信息量會龐大到不可思議，但其中絕大部分信息對我們來說都是不可見的，似乎被一道無形的墻圍了起來，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，計算機和通訊行業(yè)都將會發(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)備和應用程序之間進行數(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)想得以實現(xiàn)，那么馬克·魏澤爾(MarkWeiser)在23年前的那篇《21世紀的計算機》(發(fā)表于1991年9月的《科學美國人》)中所預言的普適計算時代(ubiquitouscomputing)，就會成為現(xiàn)實。

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

　　要預測普適計算以及傳感器數(shù)據(jù)將對我們的日常生活產(chǎn)生何種影響，其難度不亞于在30年前預知互聯(lián)網(wǎng)絡將會如何改變世界。幸好，我們可以用“媒介理論”作為參考：上世紀60年代，通信理論學家馬歇爾·麥克盧漢說過，電子媒體(主要是電視)將會成為人體神經(jīng)系統(tǒng)的延伸。如果麥克盧漢今天還健在的話，不知道他會怎么看待傳感器的普及。當傳感器變得無處不在，當它們收集到的數(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?當我們的感知不受時間、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知世界，但對于大多數(shù)數(shù)字信息，我們只能用移動設(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。在這個信息爆炸的時代，我們發(fā)現(xiàn)自己越來越無法維持在這個世界中的存在感了。然而，只要我們能夠?qū)W會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，我們在麻省理工學院媒體實驗室的團隊花費數(shù)年時間，致力于將傳感器網(wǎng)絡收集的信息轉(zhuǎn)換成人們熟悉的“感官語言”。

　　當年，網(wǎng)景(Netscape)瀏覽器為我們提供了一個訪問互聯(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)百萬名游戲玩家可以在不斷變化的三維環(huán)境中進行實時、快捷的互動。我們則利用它開發(fā)了一款名為DoppelLab的應用程序，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。以多媒體實驗室為例，DoppelLab會收集整座大樓的傳感器數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)實時呈現(xiàn)在計算機顯示器上。只需觀察屏幕，用戶就可以隨時瀏覽每個房間的溫度、訪客及人員的活動，甚至乒乓球在智能球臺上的位置。

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

　　“雙重實驗室”一類的瀏覽器軟件有許多直接的商業(yè)價值——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。以往，當大樓管理者想要追蹤暖氣系統(tǒng)的問題時，他必許整理并查看大量表格和圖表，對異常的溫度數(shù)據(jù)進行分類歸納，才有可能最終找到問題的根源。如果使用“雙重實驗室”，管理者可以及時了解所有房間的當前溫度和設(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候會聚集在一起，通常會聚集在哪里，如何改變?nèi)藗兊墓ぷ骰蚪涣鞣绞?

　　不過，我們開發(fā)“雙重實驗室”，并非出于商業(yè)目，而是為了探索一個更宏大也更有趣的問題：普適計算將會如何改變“存在”這個詞的基本含義?

　　重新定義“存在”

　　隨著傳感器和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬旅行或?qū)⒆兂涩F(xiàn)實，實時“存在”于遙遠的某個地方也成為可能。到那時，“這里”和“現(xiàn)在”這兩個詞，也許會有新的含義。我們在蒂德馬什農(nóng)場開展了名為“實境觀測站”的項目，目標是帶領(lǐng)實體和虛擬訪客體驗不斷變化的自然環(huán)境。我們計劃在“實境觀測站”的基礎(chǔ)上，結(jié)合“雙重實驗室”，來探索“存在”這個詞概念的變化。

　　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)被改造成一個受保護的沿海濕地系統(tǒng)，統(tǒng)稱為蒂德馬什農(nóng)場，我們的同事格洛里安娜·達文波特是農(nóng)場的共同擁有者之一。達文波特在多媒體實驗室中主要研究紀錄片未來的發(fā)展，她有一個很好的想法，就是在環(huán)境中布置多種傳感器，自動拍攝“紀錄片”。在她的協(xié)助下，我們正在開發(fā)一個能記錄生態(tài)變化，并允許人們體驗這些信息的傳感器網(wǎng)絡。在蒂德馬什農(nóng)場，我們架設(shè)了數(shù)百個無線傳感器，用來測量溫度、濕度、水分、光、運動、風、聲音、樹干液流，以及多種化學物質(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，某些傳感器會使用太陽能電池，其功率的提升可以滿足音頻傳輸?shù)男枨?mdash;—甚至包括微風、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)場安裝復雜的生態(tài)傳感器，比如水下光纖溫度表以及可以測量水中溶氧含量的設(shè)備。所有這些數(shù)據(jù)都會傳輸?shù)椒掌魃系臄?shù)據(jù)庫中，用戶可以通過不同的應用程序，查詢和使用這些數(shù)據(jù)。

　　應用某些程序，生態(tài)學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)計的。比如，我們正在開發(fā)一款類似“雙重實驗室”的瀏覽器，可以通過任何聯(lián)網(wǎng)的計算機，訪問虛擬的蒂德馬什農(nóng)場。在這個虛擬農(nóng)場中，我們對沼澤的地貌進行了數(shù)字仿真模擬，生成了虛擬的樹木和植被。同時利用游戲引擎，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。作為虛擬體驗者，你可以在沼澤上漂浮，傾聽身邊的響動;或是探索不同的區(qū)域，感受環(huán)境的變化;抑或潛入水底，聆聽水下麥克風收集的聲音。真實環(huán)境中的風也會被傳感器偵測到，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，吹動虛擬叢林。

　　“實境觀測站”只是一個展示性項目，而并非實用系統(tǒng)的原型。但我們不難想象在現(xiàn)實生活中應用的場景。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)，隨時追蹤農(nóng)場中的濕度、農(nóng)藥、肥料情況，甚至動物活動。而市政機構(gòu)則可以對風暴、洪水等自然災害進行跟蹤，尋找處于危險中的人群，及時提供幫助。實際上，對于我們的日常生活來說，這種技術(shù)并非遙不可及。我們早已習慣在外出用餐之前先使用Yelp(美國類似于“大眾點評”的軟件)查詢餐廳的評價。未來，這類軟件也許還會讓我們看到餐廳里的環(huán)境情況(是否吵鬧，是否擁擠)。

　　這種可以實現(xiàn)遠程“存在”的方式，或許已經(jīng)接近于時空穿越了。我們經(jīng)常會在旅途中會打開“雙重實驗室”，只是為了聽聽大樓里的聲音，感受一下實驗室里的活動。這種體驗，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，共度美好的時光。

　　感知的延伸

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

　　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)可塑性確實存在——我們的大腦可以適應新的刺激，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)絡的數(shù)據(jù)，與人類的感知體驗有機結(jié)合在一起，我們還有很長的路要走。

　　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，其功能就像一個第三方的服務中介，會根據(jù)周邊環(huán)境，為我們提供相關(guān)的信息，或為我們推薦一些服務(比如用戶經(jīng)過電影院時，會推薦近期熱播的大片)。但是，這些“建議”經(jīng)常會毫無征兆地突然跳出來，之前沒有任何預示。這種機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，類似情況是絕對不會發(fā)生的。我們的感知系統(tǒng)讓我們能動態(tài)處理不同的外部刺激，過濾掉那些與當前關(guān)注的事物無關(guān)的刺激。我們正在進行相關(guān)實驗，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，同時對周圍環(huán)境保持一定的關(guān)注度。

　　我們的第一個實驗是要確定，在實際應用中，可穿戴設(shè)備能否分辨出使用者正在聆聽哪一組聲源。我們希望利用這個實驗獲得的結(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，就像我們在蒂德馬什農(nóng)場中做的那樣。想象一下，最初你的注意力集中在一個遙遠的湖心小島上，然后慢慢地，你開始聽到遠方的聲音，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)實中，我們的耳朵不可能聽到那么遠的地方傳來的聲音)。再次進入想象的世界——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重要的里程碑，未來人體的感知器官和傳感器網(wǎng)絡極有可能通過信息流，實現(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)有感知能力的補充，而非取代它們。

　　美夢還是噩夢?

　　對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“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。更令人擔心的是，普適計算對于個人隱私產(chǎn)生的巨大影響。但我們?nèi)匀幌嘈?，在科技進步的同時，我們可以采用很多方法來保護自己。

　　10年前，我們的研究團隊曾經(jīng)開展過一個項目，馬特·萊伯維茲在媒體實驗室里架設(shè)了40個攝像頭和傳感器。他為每一個節(jié)點都設(shè)計了一個巨大的開關(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、麥克風等傳感器幾乎無處不在，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。

　　其中的一個解決方案是，讓傳感器可以對環(huán)境和人的個體偏好做出響應。幾年前，我們團隊的成員龔南葳就在這個方向上做了一些探索。她開發(fā)了一個特別的鑰匙環(huán)，這個裝置實際上是一個無線信標發(fā)射器，可以不停地發(fā)射無線信號，將使用者的個人偏好“告知”周邊的傳感器。鑰匙環(huán)上有一個標有“NO”字樣的按鈕，一旦按下這個按鈕，當前環(huán)境中的所有傳感器都無法接收到相應的信息，這樣就可以確保，在這段時間里，使用者的所有隱私信息不會外泄。

　　任何解決方案都必須要保證以下兩點：一是要確保周邊所有傳感器都能接收到使用者發(fā)出的請求;二是確保這些請求能切實執(zhí)行。要開發(fā)這樣的通訊協(xié)議，首先要面對技術(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)團隊已經(jīng)開展了多項探討和研究。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)賦予這個人，個人有權(quán)選擇是否對這些數(shù)據(jù)進行加密，或限制這些數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡中。

　　“雙重實驗室”和“實境觀測站”項目有一個共同的目標，就是首先在安全的空間內(nèi)，了解這些技術(shù)會對隱私權(quán)產(chǎn)生何種影響。這樣，我們就可以在那些災難性的影響真正來臨之前，找到有效的應對方案。美國國家安全局(NSA)前雇員愛德華·斯諾登讓我們了解到信息透明的重要性，在一個開放的社會，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，這個由傳感器驅(qū)動的世界將給我們帶來的全新體驗也開始慢慢出現(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智能手機的依賴，回歸到現(xiàn)實環(huán)境中——它們會讓我們更加真實地存在于這個世界。