一個(gè)充滿(mǎn)傳感器的世界將如何改變我們

　　一個(gè)充滿(mǎn)傳感器的世界將會(huì )如何改變我們所見(jiàn)、所聞、所思和生活的方式?這里有一個(gè)有趣的實(shí)驗：請你試著(zhù)數數，現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(fēng)，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(gè)現代化的辦公大樓上班，或住在新裝修的房子里，傳感器會(huì )不斷探測你的行動(dòng)以及周?chē)h(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(jià)格昂貴的設備。因此在過(guò)去，這類(lèi)設備的應用僅限于為宇宙飛船或導彈導航。同時(shí)，隨著(zhù)微電子設計、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(gè)傳感器陣列連接到一個(gè)低功率的無(wú)線(xiàn)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我們來(lái)說(shuō)都是不可見(jiàn)的，似乎被一道無(wú)形的墻圍了起來(lái)，只有特定設備的特定程序(比如調節恒溫器，或者記錄你每天走了多少步的應用程序)，才能訪(fǎng)問(wèn)并使用這些數據。

　　如果我們能消除這種界限，計算機和通訊行業(yè)都將會(huì )發(fā)生重大變革。一旦我們開(kāi)發(fā)出相關(guān)的通訊協(xié)議，允許設備和應用程序之間進(jìn)行數據交換(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據。如果這一設想得以實(shí)現，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(xué)美國人》)中所預言的普適計算時(shí)代(ubiquitouscomputing)，就會(huì )成為現實(shí)。

　　普適計算時(shí)代的來(lái)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變已經(jīng)開(kāi)始萌芽。但是，只有當各種設備都能從無(wú)處不在的傳感器上獲取數據時(shí)，技術(shù)創(chuàng )新才會(huì )出現爆炸式的增長(cháng)。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(huì )利用我們身邊的傳感器產(chǎn)生的數據，開(kāi)發(fā)出全新的應用程序。

　　要預測普適計算以及傳感器數據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(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60年代，通信理論學(xué)家馬歇爾·麥克盧漢說(shuō)過(guò)，電子媒體(主要是電視)將會(huì )成為人體神經(jīng)系統的延伸。如果麥克盧漢今天還健在的話(huà)，不知道他會(huì )怎么看待傳感器的普及。當傳感器變得無(wú)處不在，當它們收集到的數據能以全新的方式成為人體感官信息的一部分，人類(lèi)感知的邊界將在何處?當我們的感知不受時(shí)間、空間和尺度的限制，我們又該如何定義“存在”的概念?

　　可視化的傳感器數據

　　我們利用所有的感官來(lái)認知世界，但對于大多數數字信息，我們只能用移動(dòng)設備上的、小塊的二維屏幕來(lái)顯示。因此，我們受困于信息瓶頸，這并不是什么新奇的觀(guān)點(diǎn)。在這個(gè)信息爆炸的時(shí)代，我們發(fā)現自己越來(lái)越無(wú)法維持在這個(gè)世界中的存在感了。然而，只要我們能夠學(xué)會(huì )正確利用這些龐大的數據資源，希望的曙光就將出現。因此，我們在麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗室的團隊花費數年時(shí)間，致力于將傳感器網(wǎng)絡(luò )收集的信息轉換成人們熟悉的“感官語(yǔ)言”。

　　當年，網(wǎng)景(Netscape)瀏覽器為我們提供了一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)龐大數據的渠道，我們正在開(kāi)發(fā)的軟件瀏覽器能幫助我們獲取并利用即將涌來(lái)的傳感器數據洪流。目前用來(lái)開(kāi)發(fā)這類(lèi)瀏覽器的最佳工具是一款名為Unity3D的視頻游戲引擎，通過(guò)這款引擎，數百萬(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(kāi)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據流，并將數據轉化為圖像形式，投射在建筑物的三維模型上。以多媒體實(shí)驗室為例，DoppelLab會(huì )收集整座大樓的傳感器數據，并將這些數據實(shí)時(shí)呈現在計算機顯示器上。只需觀(guān)察屏幕，用戶(hù)就可以隨時(shí)瀏覽每個(gè)房間的溫度、訪(fǎng)客及人員的活動(dòng)，甚至乒乓球在智能球臺上的位置。

　　除了對數據進(jìn)行可視化處理，“雙重實(shí)驗室”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。當然，為了保護隱私，傳感器會(huì )在傳輸聲音之前，對音頻信息進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)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(shuō)話(huà)者的聲音特質(zhì)。“雙重實(shí)驗室”的使用者還可以查找過(guò)去某一時(shí)刻的信息——使用者可以從各個(gè)角度觀(guān)察某一時(shí)刻的情形，或者通過(guò)快進(jìn)，查看不同時(shí)間尺度的數據，從而發(fā)現日常很難發(fā)現的周期性現象。

　　“雙重實(shí)驗室”一類(lèi)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。以往，當大樓管理者想要追蹤暖氣系統的問(wèn)題時(shí)，他必許整理并查看大量表格和圖表，對異常的溫度數據進(jìn)行分類(lèi)歸納，才有可能最終找到問(wèn)題的根源。如果使用“雙重實(shí)驗室”，管理者可以及時(shí)了解所有房間的當前溫度和設定溫度，快速發(fā)現溫度異常的樓層或房間。此外，規劃者、設計人員和居住者可以了解大樓內基礎設施的使用情況，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，如何改變人們的工作或交流方式?

　　不過(guò)，我們開(kāi)發(fā)“雙重實(shí)驗室”，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(wèn)題：普適計算將會(huì )如何改變“存在”這個(gè)詞的基本含義?

　　重新定義“存在”

　　隨著(zhù)傳感器和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬旅行或將變成現實(shí)，實(shí)時(shí)“存在”于遙遠的某個(gè)地方也成為可能。到那時(shí)，“這里”和“現在”這兩個(gè)詞，也許會(huì )有新的含義。我們在蒂德馬什農場(chǎng)開(kāi)展了名為“實(shí)境觀(guān)測站”的項目，目標是帶領(lǐng)實(shí)體和虛擬訪(fǎng)客體驗不斷變化的自然環(huán)境。我們計劃在“實(shí)境觀(guān)測站”的基礎上，結合“雙重實(shí)驗室”，來(lái)探索“存在”這個(gè)詞概念的變化。

　　自2010年以來(lái)，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(gè)受保護的沿海濕地系統，統稱(chēng)為蒂德馬什農場(chǎng)，我們的同事格洛里安娜·達文波特是農場(chǎng)的共同擁有者之一。達文波特在多媒體實(shí)驗室中主要研究紀錄片未來(lái)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“紀錄片”。在她的協(xié)助下，我們正在開(kāi)發(fā)一個(gè)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(luò )。在蒂德馬什農場(chǎng)，我們架設了數百個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器，用來(lái)測量溫度、濕度、水分、光、運動(dòng)、風(fēng)、聲音、樹(shù)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工作數年。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(mǎn)足音頻傳輸的需求——甚至包括微風(fēng)、鳥(niǎo)鳴，以及雨滴落在樹(shù)葉上的聲音。我們的同事還在蒂德馬什農場(chǎng)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備。所有這些數據都會(huì )傳輸到服務(wù)器上的數據庫中，用戶(hù)可以通過(guò)不同的應用程序，查詢(xún)和使用這些數據。

　　應用某些程序，生態(tài)學(xué)家可以查看沼澤中的環(huán)境數據。還有些程序則是專(zhuān)門(mén)為普通用戶(hù)設計的。比如，我們正在開(kāi)發(fā)一款類(lèi)似“雙重實(shí)驗室”的瀏覽器，可以通過(guò)任何聯(lián)網(wǎng)的計算機，訪(fǎng)問(wèn)虛擬的蒂德馬什農場(chǎng)。在這個(gè)虛擬農場(chǎng)中，我們對沼澤的地貌進(jìn)行了數字仿真模擬，生成了虛擬的樹(shù)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據，讓你在不同的位置，聽(tīng)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(tīng)身邊的響動(dòng);或是探索不同的區域，感受環(huán)境的變化;抑或潛入水底，聆聽(tīng)水下麥克風(fēng)收集的聲音。真實(shí)環(huán)境中的風(fēng)也會(huì )被傳感器偵測到，并轉化為數字信號，吹動(dòng)虛擬叢林。

　　“實(shí)境觀(guān)測站”只是一個(gè)展示性項目，而并非實(shí)用系統的原型。但我們不難想象在現實(shí)生活中應用的場(chǎng)景。比如，農民使用類(lèi)似的系統，可以查看大量的傳感器數據，隨時(shí)追蹤農場(chǎng)中的濕度、農藥、肥料情況，甚至動(dòng)物活動(dòng)。而市政機構則可以對風(fēng)暴、洪水等自然災害進(jìn)行跟蹤，尋找處于危險中的人群，及時(shí)提供幫助。實(shí)際上，對于我們的日常生活來(lái)說(shuō)，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(lèi)似于“大眾點(diǎn)評”的軟件)查詢(xún)餐廳的評價(jià)。未來(lái)，這類(lèi)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)現遠程“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(kāi)“雙重實(shí)驗室”，只是為了聽(tīng)聽(tīng)大樓里的聲音，感受一下實(shí)驗室里的活動(dòng)。這種體驗，讓我們有了家就在身邊的感覺(jué)。同樣，路途中的游子們，也可以通過(guò)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，可穿戴設備將會(huì )在下一波計算大潮中扮演至關(guān)重要的角色。在我們看來(lái)，可穿戴計算機與傳感器具有天然的互補性，兩者可以完美結合在一起，成為人體感知能力的補充和延伸。

　　多年來(lái)，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備，把傳感器數據傳輸到人體的感知器官，這個(gè)過(guò)程叫做感知替換。近年來(lái)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新的刺激，也就是說(shuō)，傳感器有可能作為“額外感覺(jué)器官”，融入我們的感覺(jué)系統。不過(guò)，要把傳感器網(wǎng)絡(luò )的數據，與人類(lèi)的感知體驗有機結合在一起，我們還有很長(cháng)的路要走。

　　我們相信，要發(fā)揮可穿戴設備的最大潛力，提升人體的外部感知能力，面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(wù)(比如用戶(hù)經(jīng)過(guò)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(lái)，之前沒(méi)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)系統里，類(lèi)似情況是絕對不會(huì )發(fā)生的。我們的感知系統讓我們能動(dòng)態(tài)處理不同的外部刺激，過(guò)濾掉那些與當前關(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，以了解可穿戴設備能否像人類(lèi)大腦一樣，將注意力集中在重要工作上，同時(shí)對周?chē)h(huán)境保持一定的關(guān)注度。

　　我們的第一個(gè)實(shí)驗是要確定，在實(shí)際應用中，可穿戴設備能否分辨出使用者正在聆聽(tīng)哪一組聲源。我們希望利用這個(gè)實(shí)驗獲得的結果，能讓用戶(hù)仿佛身處自然環(huán)境中，可以“不經(jīng)意”地聽(tīng)到周邊環(huán)境發(fā)出的各種聲音，就像我們在蒂德馬什農場(chǎng)中做的那樣。想象一下，最初你的注意力集中在一個(gè)遙遠的湖心小島上，然后慢慢地，你開(kāi)始聽(tīng)到遠方的聲音，這種感覺(jué)就像你可以隨心所欲地調整聽(tīng)覺(jué)的靈敏度(在現實(shí)中，我們的耳朵不可能聽(tīng)到那么遠的地方傳來(lái)的聲音)。再次進(jìn)入想象的世界——你正沿著(zhù)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(tīng)到枝頭鳥(niǎo)兒的歌聲飄來(lái)。這種數字化信息的傳輸方式將成為一個(gè)重要的里程碑，未來(lái)人體的感知器官和傳感器網(wǎng)絡(luò )極有可能通過(guò)信息流，實(shí)現相互之間的連接?；蛟S在不久的將來(lái)，這一設想將由植入人體感覺(jué)器官或神經(jīng)系統的傳感器來(lái)實(shí)現。我們希望這些設備及其提供的信息，能夠作為我們現有感知能力的補充，而非取代它們。

　　美夢(mèng)還是噩夢(mèng)?

　　對于包括我們自己在內的許多人來(lái)說(shuō)，我們剛剛描述的世界似乎讓人覺(jué)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(gè)人隱私產(chǎn)生的巨大影響。但我們仍然相信，在科技進(jìn)步的同時(shí)，我們可以采用很多方法來(lái)保護自己。

　　10年前，我們的研究團隊曾經(jīng)開(kāi)展過(guò)一個(gè)項目，馬特·萊伯維茲在媒體實(shí)驗室里架設了40個(gè)攝像頭和傳感器。他為每一個(gè)節點(diǎn)都設計了一個(gè)巨大的開(kāi)關(guān)，使用者可以輕易發(fā)現并關(guān)閉傳感器。在現今的世界里，攝像頭、麥克風(fēng)等傳感器幾乎無(wú)處不在，就算有開(kāi)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，讓傳感器可以對環(huán)境和人的個(gè)體偏好做出響應。幾年前，我們團隊的成員龔南葳就在這個(gè)方向上做了一些探索。她開(kāi)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(xiàn)信標發(fā)射器，可以不停地發(fā)射無(wú)線(xiàn)信號，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)標有“NO”字樣的按鈕，一旦按下這個(gè)按鈕，當前環(huán)境中的所有傳感器都無(wú)法接收到相應的信息，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)出的請求;二是確保這些請求能切實(shí)執行。要開(kāi)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(wèn)題，全球各地的開(kāi)發(fā)團隊已經(jīng)開(kāi)展了多項探討和研究。例如，法律可以將某人周?chē)袀鞲衅鳟a(chǎn)生的數據的所有權賦予這個(gè)人，個(gè)人有權選擇是否對這些數據進(jìn)行加密，或限制這些數據上傳到網(wǎng)絡(luò )中。

　　“雙重實(shí)驗室”和“實(shí)境觀(guān)測站”項目有一個(gè)共同的目標，就是首先在安全的空間內，了解這些技術(shù)會(huì )對隱私權產(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(lái)臨之前，找到有效的應對方案。美國國家安全局(NSA)前雇員愛(ài)德華·斯諾登讓我們了解到信息透明的重要性，在一個(gè)開(kāi)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受到的威脅。除此之外，我們認為，在軟硬件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，向全民化開(kāi)源，是防止隱私受到系統性侵犯的最好手段。

　　與此同時(shí)，這個(gè)由傳感器驅動(dòng)的世界將給我們帶來(lái)的全新體驗也開(kāi)始慢慢出現，未來(lái)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?chē)h(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(lài)，回歸到現實(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。