背景

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是時下非常熱門的科技領(lǐng)域之一，它一度被譽為繼計算機、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、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)體驗邁出的關(guān)鍵一步。

電氣工程與計算機工程系副教授阿蘭森·桑普爾（Alanson Sample）、華盛頓大學(xué)計算機科學(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)了這項技術(shù)。這項研究得到了英特爾實驗室的支持。

技術(shù)

IDAct采用了RFID閱讀器和僅需花費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)和運動，并檢測到足夠的物體運動細(xì)節(jié)，從而判斷你是否已經(jīng)移動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。

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

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

（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)簽讀取信號的方法，改善了上述情況。它可以檢測到從標(biāo)簽返回的信號中的細(xì)微差異，檢測到物體什么時候被移動過，或者是否有人正在觸摸它。它也可以檢測到室內(nèi)電磁場的變化，例如推斷是否有人出現(xiàn)。

桑普爾表示：“每個物體都會以特定的方式引起電磁干擾。我們使用這個信息以及來自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，這些改良的信號會通過現(xiàn)場計算機運行的機器學(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。在測試階段中，這種處理是通過一個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。

團隊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，來測試這項技術(shù)。當(dāng)房間有人時，他們采集了每個房間26小時的數(shù)據(jù)；當(dāng)房間沒人時，他們也采集了兩個小時的數(shù)據(jù)作為對照。

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)）

價值

這篇論文的作者桑普爾表示：“在一個想象的世界中，你的藥瓶可追蹤藥物攝入量，你的水杯可以監(jiān)測你的水合程度。甚至瑜伽墊都能知道你的運動狀況，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：“因為這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遇?！?/p>

這項技術(shù)也可以應(yīng)用于照顧老人，例如悄悄監(jiān)測藥物和日?；顒?，幫助老人更長時間的保持獨立，無需昂貴和侵入式的生活護理。

桑普爾表示：“你可以想象，輔助工具可以通過這項技術(shù)，監(jiān)測老年人的日?；顒樱瑤椭麄冊谧约杭抑写L的時間。它可以檢測到飲食、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，團隊正在計劃尋找能夠打造這項技術(shù)使之應(yīng)用于老年人護理環(huán)境中的工業(yè)合作伙伴。