這款傳感器可遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)個(gè)人的健康狀況？

不是只有指紋這類生物特征可用來識(shí)別個(gè)人，每個(gè)人走路的步態(tài)同樣獨(dú)一無二，除了可以用來辨識(shí)身份，還能探知心情和健康狀況。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款新型遠(yuǎn)端傳感器，通過測(cè)量細(xì)微的地面振動(dòng)來分析步態(tài)。研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)，尋找進(jìn)出大樓的特定人士，同時(shí)測(cè)試遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)健康狀況的新方法。

Hae Young Noh在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)擔(dān)任土木及環(huán)境工程師時(shí)開始進(jìn)行這項(xiàng)研究，后來轉(zhuǎn)任斯坦福大學(xué)。她表示“每個(gè)人走路的方式都不一樣”，步態(tài)可透露個(gè)人身份、所在地、正在進(jìn)行的活動(dòng)，甚至是認(rèn)知狀態(tài)。當(dāng)傳感器偵測(cè)到某種步態(tài)時(shí)，軟件就可進(jìn)行分析，找出此人身份。美國(guó)雪城大學(xué)電子工程師及計(jì)算機(jī)科學(xué)家Vir Phoha盡管沒有參與這項(xiàng)研究，但他指出，早期這類系統(tǒng)辨識(shí)身份的準(zhǔn)確率為95%。

Vir Phoha進(jìn)一步表示，步態(tài)不只會(huì)透露身份，“我們還可從一個(gè)人的步態(tài)得知許多信息，包括健康狀況。”舉例來說，如果一個(gè)人的重心逐漸偏向某一邊，像這樣與平衡有關(guān)的改變或許代表神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，這項(xiàng)信息可協(xié)助醫(yī)生幫助那些希望自主生活的老年人和其他高風(fēng)險(xiǎn)人群。觀察步態(tài)可隨時(shí)得知照護(hù)對(duì)象的健康狀況，但不侵犯其生活空間。

以往為了測(cè)定這項(xiàng)包含大量資料的特征，研究人員必須讓被觀察對(duì)象穿戴特殊裝置，或者行走在地墊及改裝過的地板上。不過一般墻壁和地板也能反映活動(dòng)產(chǎn)生的細(xì)微振動(dòng)，Hae Young Noh和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)電子計(jì)算機(jī)工程師Pei Zhang等人借助這點(diǎn)，開發(fā)了遠(yuǎn)端運(yùn)作的便攜式步態(tài)感測(cè)器。Hae Young Noh表示：“我們稱這種方法為‘建筑即傳感器’，把大樓和橋梁等大型建筑當(dāng)成感測(cè)系統(tǒng)，間接監(jiān)測(cè)人類和周遭環(huán)境?！?

要偵測(cè)腳步產(chǎn)生的振動(dòng)，需要極為靈敏的傳感器。Pei Zhang說：“為了測(cè)試傳感器的靈敏度，我們把傳感器放在地面，發(fā)現(xiàn)它能感測(cè)到心跳。”Hae Young Noh表示，這種圓筒狀感測(cè)器有數(shù)公分高，放在地板上可監(jiān)測(cè)20米外走過的行人，研究人員可把這些傳感器分散放置，偵測(cè)一塊區(qū)域內(nèi)的腳步。

不過，研究團(tuán)隊(duì)首先必須“教會(huì)”這套系統(tǒng)分辨腳步訊號(hào)和熱鬧大樓中的背景噪聲，Hae Young Noh說“我們最大的挑戰(zhàn)就是對(duì)抗雜訊?！碧幚碓肼曅枰布蛙浖煞矫娴慕鉀Q方案。在硬件方面，每個(gè)傳感器都具有放大器，可自動(dòng)依不同比例放大腳步振動(dòng)訊號(hào)：振動(dòng)來自遠(yuǎn)處時(shí)，放大器可擴(kuò)增振動(dòng)訊號(hào);當(dāng)訊號(hào)越來越強(qiáng)，可能影響感測(cè)器時(shí)，放大器則會(huì)降低靈敏度。傳感器接收到腳步訊號(hào)后由軟件接手處理。Hae Young Noh表示，我們采用多種訊號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，來得知人類產(chǎn)生的訊號(hào)和其他噪聲的比例。新傳感器偵測(cè)出的步態(tài)，與穿戴裝置或壓力感測(cè)墊等其他感測(cè)方法產(chǎn)生的資料一樣，可用于辨識(shí)身份以及某些潛在健康問題。此團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在好幾場(chǎng)研討會(huì)和講座上發(fā)表研究成果，最近一次是今年2月的實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)會(huì)國(guó)際模型分析研討會(huì)。

這套系統(tǒng)可在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)呈現(xiàn)行人的狀態(tài)，讓研究人員聯(lián)想到了小說《哈利波特》中出現(xiàn)的神奇道具“活點(diǎn)地圖”，能追蹤校園中每個(gè)人的位置。英特爾物聯(lián)網(wǎng)總工程師及主管Eve Schooler表示，小說里的地圖只能用在校園里，這種新型傳感器卻可用在任何建筑中。Eve Schooler雖未參與這項(xiàng)計(jì)劃，但曾經(jīng)和這些研究人員合作，她認(rèn)為此團(tuán)隊(duì)開發(fā)的算法讓計(jì)算結(jié)果可以轉(zhuǎn)換到其他地點(diǎn)，這點(diǎn)相當(dāng)有趣。我們不需要執(zhí)行校準(zhǔn)來找出大樓各處所有人的特征，他們的技術(shù)可以幫我們完成這項(xiàng)工作。這套實(shí)驗(yàn)性系統(tǒng)“學(xué)會(huì)”辨識(shí)一個(gè)人的步態(tài)特征后，感測(cè)器就能判定這個(gè)人在辦公室還是在家里。

在價(jià)格方面，Hae Young Noh估計(jì)，生產(chǎn)成本大約是每個(gè)10到20美元，而且可以每20米就放一個(gè)，建構(gòu)出整個(gè)樓層的影像，Eve Schooler提到的廣泛應(yīng)用確實(shí)可能實(shí)現(xiàn)。

這類監(jiān)測(cè)功能顯然將引發(fā)侵犯隱私的疑慮，研究人員指出，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該只用于經(jīng)過同意的健康照護(hù)用途。這類系統(tǒng)可以協(xié)助照護(hù)者，因?yàn)檎兆o(hù)者需要知道老年人群體在什么時(shí)候可能跌倒，此外也能讓兒童醫(yī)院盡早發(fā)現(xiàn)肌營(yíng)養(yǎng)性萎縮癥等慢性病的征兆。開發(fā)人員表示，在這類狀況中，步態(tài)傳感器保護(hù)隱私的功能比攝影機(jī)更好。

Pei Zhang說：“我們開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的原因，其實(shí)正是其他監(jiān)測(cè)機(jī)制有隱私疑慮?！比绻P(guān)系到健康，我愿意犧牲一點(diǎn)點(diǎn)隱私，預(yù)防跌倒并偵測(cè)疾病。