用1000個(gè)傳感器，打造近未來(lái)的智能家居（下篇）

本文上篇中（點(diǎn)擊此處查看上篇(http://dyxdggzs.com/article/202502/466754.htm)），北陸先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)副校長(cháng)丹康雄教授（TAN Yasuo）以石川科學(xué)園區建造的一座安裝有近1000個(gè)不同種類(lèi)傳感器的智能家居實(shí)證試驗大樓（上圖）為例，說(shuō)明實(shí)現“近未來(lái)”智能家居需要物聯(lián)網(wǎng)及AI技術(shù)的進(jìn)步。那么，理想的智能家居需要哪些技術(shù)？開(kāi)發(fā)和提供這些基礎技術(shù)的供應商，將發(fā)揮什么作用？

構建理想智能家居需引進(jìn)何種技術(shù)？

住宅中生活的人們特征各異，有男女老少，也有生活習慣及價(jià)值觀(guān)等各不相同的人。智能家居便是通過(guò)將前沿的信息通信技術(shù)引進(jìn)如此多樣的場(chǎng)所而實(shí)現的。應引進(jìn)什么樣的技術(shù)，以及其有效性、易用性乃至安全性，都需要從多個(gè)角度進(jìn)行仔細驗證。

石川科學(xué)園區內旨在探討未來(lái)智能家居中所需技術(shù)的實(shí)證試驗大樓，按照建筑學(xué)會(huì )的標準設計設置了房間布局，并明確界定了住戶(hù)的概況（家庭成員構成、每位住戶(hù)的日常行動(dòng)等），居住環(huán)境由此而成。實(shí)證試驗大樓內部和周?chē)惭b了各式傳感器和構成智能家居的多種裝置及設備，對尚未向市場(chǎng)投放的構建智能家居的新技術(shù)、裝置和設備進(jìn)行提前驗證。此外，這里還連接了模擬電力網(wǎng)絡(luò )和廣域通信網(wǎng)絡(luò )的系統，用來(lái)驗證智能家居和社會(huì )能否順利安全地合作運行。

丹教授認為，智能家居的作用應該總是以住戶(hù)為中心，想住戶(hù)所想，支持他們的生活。在開(kāi)發(fā)智能家居的基本技術(shù)和系統時(shí)，需要考慮到住戶(hù)的引進(jìn)目的和屬性是千差萬(wàn)別的。智能家居和智能大樓（即讓建筑本身具備智能化）在構成系統的技術(shù)方面不同。就普通住宅而言，沒(méi)有管理人員來(lái)構建和運行系統。而且，住宅落成后，住戶(hù)往往會(huì )使用初始設計階段所沒(méi)有設想到的機器和設備，并將其連接到家庭網(wǎng)絡(luò )。也就是說(shuō)，開(kāi)發(fā)智能家居的技術(shù)需要以之后不斷多樣化和復雜化為前提。

智能家居標準化技術(shù)需要做到即插即用，一旦連接，就能簡(jiǎn)單穩定地運行。如果智能家居的技術(shù)需要專(zhuān)業(yè)知識，就無(wú)法得到大范圍普及。所以需要引進(jìn)前沿的信息通信技術(shù)，使其在使用時(shí)能做到簡(jiǎn)單方便，就像家電那樣把插頭連接到電源插座上就能使用。

傳感器及電子元件需要如何發(fā)展？

首先，我們期待將數據傳輸到云平臺的通信技術(shù)和與此相關(guān)的電子元件都能取得進(jìn)步。丹教授介紹說(shuō)，在理想情況下，我們希望在一個(gè)普通住宅中安裝大約1000個(gè)不同種類(lèi)的傳感器。然而，在我們用來(lái)驗證新技術(shù)的實(shí)證試驗大樓中，許多傳感器都是通過(guò)有線(xiàn)連為一體的，如果這樣的話(huà)安裝傳感器需要大量的人力和成本，而且很難收集到適當且準確的數據。

當然，也可采取使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)的方法。但是，即使技術(shù)規格上能夠連接數萬(wàn)個(gè)區域，在現實(shí)中也無(wú)法做到在連接1000個(gè)傳感器的狀態(tài)下，無(wú)論何時(shí)都能穩定地傳輸所需的數據量。我們需要一個(gè)系統，以確保每個(gè)節點(diǎn)都能獨立運行，可連接1000個(gè)傳感器，并能順利進(jìn)行數據傳輸。

雖然使用有線(xiàn)系統能較為容易地進(jìn)行穩定的數據傳輸，但仍需更易于安裝的有線(xiàn)技術(shù)。為此，我們成立了一個(gè)相關(guān)團體，旨在于日本推行“單對以太網(wǎng)（Single Pair Ethernet，SPE）”，即能實(shí)現成本更低、空間更省的傳感器連接的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。我們認為，這項技術(shù)對于在住宅內方便地實(shí)現多個(gè)傳感器聯(lián)網(wǎng)非常有效，可望成為一種解決方案。

也就是說(shuō)，要安裝1000個(gè)傳感器，可能需要一些技術(shù)創(chuàng )新。

作為將更多傳感器導入住宅的方法，還可以站在截然不同的角度進(jìn)行探討。

首先是使用內置于現有家電產(chǎn)品和住宅設備中的傳感器。這種使用方法旨在以更少的投資利用更多的傳感器。例如，在實(shí)際驗證其效果的地區，收集聯(lián)網(wǎng)的空氣凈化器等物聯(lián)網(wǎng)家電中的內置傳感器所提供的氣溫及濕度等數據，并存儲到數字田園都市數據合作基礎的云平臺。然后嘗試將這些數據與住戶(hù)信息關(guān)聯(lián)起來(lái)，便能了解每個(gè)老人的生活節奏和居家情況。這一舉措旨在為高齡者提供醫療保健、災害應對措施和能源管理服務(wù)。近年來(lái)的家電產(chǎn)品標配有多種傳感器，能實(shí)現有效且附加價(jià)值較高的功能，其中還有部分機種可以收集空氣質(zhì)量、氣味、灰塵、二氧化碳等富有價(jià)值的信息。我們嘗試將家電產(chǎn)品連接到網(wǎng)絡(luò )，利用能使各個(gè)設備都發(fā)揮其功能的傳感器，以收集其他目的的數據。當然，如果能將那些可收集到更多樣、更準確數據的傳感器搭載到家電產(chǎn)品中，就再好不過(guò)了。

此外，盡管在家庭使用領(lǐng)域尚未實(shí)現，還可考慮賦予傳感器本身移動(dòng)功能的方法。近年來(lái)，為了提高橋梁等道路基礎設施的檢查和維護工作的效率，人們開(kāi)始使用無(wú)人機進(jìn)行檢查。雖然在橋梁的關(guān)鍵點(diǎn)安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器也能收集數據，但使用無(wú)人機可更靈活地根據目的和情況收集數據。此外，住宅內總會(huì )有一些僅靠固定安裝的傳感器無(wú)法解決的地方。此外，也可能出現需要根據具體情況來(lái)集中收集信息的情況。例如，住宅內的家電和設備是否在運行，只要觀(guān)察各自安裝的移動(dòng)顯示LED指示燈等便能一目了然。如果通過(guò)安裝攝像頭來(lái)監控每個(gè)設備，效率會(huì )很低，但如果在清潔機器人等可在住宅內移動(dòng)的設備上安裝傳感器及攝像頭，就能以移動(dòng)方式來(lái)收集信息。

通用多功能傳感器或將問(wèn)世

在智能家居大范圍普及的時(shí)代，為了提高智能家居的整體功能和性能，丹教授認為，各式各樣家用電器即使制造商不同，都應普遍搭載標準化的通用多功能傳感器，以更高的精度收集更多數據，這才是理想的狀態(tài)。

當然，也可以在住宅內各處安裝具有同樣傳感功能的數據收集專(zhuān)用物聯(lián)網(wǎng)終端，但對于設置僅具備傳感功能的設備且持續耗電，有些人可能就會(huì )有抵觸心理吧。因此，在家電產(chǎn)品等中搭載通用多功能傳感器才是更自然的做法。事實(shí)上，某家電制造商已將傳感器及話(huà)筒這些看似超規格的設備與通信模塊一體化后，搭載到自家公司生產(chǎn)的家電產(chǎn)品中。作為物聯(lián)網(wǎng)家電，該公司產(chǎn)品備受好評。

一般來(lái)說(shuō)，傳感器是一種可根據功能及性能進(jìn)行細分的多品種產(chǎn)品。如果對通用多功能傳感器的需求增加，就會(huì )形成少品種大批量生產(chǎn)的局面，那么對于傳感器制造商來(lái)說(shuō)，可能會(huì )出現事業(yè)效率得以提高的裨益，從而可能成就傳感器業(yè)務(wù)的新方案。

跨行業(yè)協(xié)作，跨業(yè)務(wù)共識

智能家居相關(guān)企業(yè)應為多樣化的理想協(xié)作準備的相關(guān)標準和框架。我們需要建立一個(gè)相關(guān)場(chǎng)所，讓多種多樣的公司能夠共同思考智能家居，在討論、合作并達成一致的同時(shí)不斷進(jìn)行技術(shù)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并提供服務(wù)。如果各公司之間無(wú)法順利開(kāi)展合作，那么智能家居也將無(wú)法發(fā)揮其功能，因此各公司都需要在考慮其他公司立場(chǎng)的同時(shí)，不斷推進(jìn)開(kāi)發(fā)和事業(yè)化。明確實(shí)現智能家居的整體藍圖，明確各行業(yè)的職責和定位，并朝著(zhù)達成共識的方向前進(jìn)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

在此過(guò)程中可能會(huì )出現一些并不屬于任意一家公司業(yè)務(wù)范圍的領(lǐng)域，我們認為大學(xué)及國家需要在這些領(lǐng)域提供一些方向性的指導。而一般財團法人電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )（JEITA）的智能家居部會(huì )正在積極開(kāi)展相關(guān)活動(dòng)，以推動(dòng)這種跨行業(yè)跨業(yè)務(wù)的共識。

具有系統思維的元器件廠(chǎng)商

包括傳感器及對實(shí)現通信功能來(lái)說(shuō)不可或缺的電子元件等在內，智能家居中這些不可或缺的技術(shù)的供應商將發(fā)揮很大的作用。

設備制造商往往是在認識到應用市場(chǎng)的規模之后才會(huì )參與公司間合作及行業(yè)團體的活動(dòng)。丹教授認為，就像智能家居一樣，如果能讓設備制造商從共同建設未來(lái)市場(chǎng)的階段便參與進(jìn)來(lái)，那么整個(gè)系統將從設備層面加速進(jìn)化。屆時(shí)，我們就會(huì )去討論智能家居整體系統的理想狀態(tài)，因此我希望看到那些具有系統思維的設備開(kāi)發(fā)商都能積極參與其中。

在Society5.0時(shí)代，各式各樣的設備及系統、乃至政府系統都將實(shí)現數字化連接。除了眼前能看到的業(yè)務(wù)之外，在未來(lái)即將到來(lái)的時(shí)代需要什么樣的設備，我希望大家都能一起去探索。

總結

傳感器等電子元件的進(jìn)化有助于智能家居的高度化和普及。丹教授表示，智能家居需要利用許多不同的傳感器以確保系統能夠時(shí)刻關(guān)注住戶(hù)的狀態(tài)和情況。不過(guò)，他也指出，為了將高度的信息通信技術(shù)更順利地引入家庭并進(jìn)行操作，需要開(kāi)發(fā)出人人都能方便地掌握的技術(shù)。

當然，通過(guò)空氣凈化器等內部搭載的傳感器，智能家居的實(shí)證試驗已經(jīng)開(kāi)始，由此可見(jiàn)，即使利用現有的傳感器及通信零部件，也能實(shí)現智能家居。但是，為了進(jìn)一步提升智能家居的水準，并推行到更多的家庭，則需要從電子元件層面取得技術(shù)方面的進(jìn)化。隨著(zhù)智能家居的構建及不斷進(jìn)化，有可能會(huì )產(chǎn)生與以往傳感器及通信零部件不同的技術(shù)趨勢。

村田制作所一直積精致力于傳感器及通信零部件的開(kāi)發(fā)與提供，以滿(mǎn)足家電產(chǎn)品到數據中心等使用的前沿設備等各式應用設備的要求。我們相信，在開(kāi)發(fā)和供應智能家居所需的新零部件方面，我們將大有作為。