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、可穿戴設備、醫(yī)療設備、汽車等都加入到了物聯(lián)網(wǎng)中。

為了擴大物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模，科學家們正通過努力讓更多的普通物體變成物聯(lián)網(wǎng)設備。之前，筆者曾介紹過這方面的兩個典型研究案例。

案例一：美國普渡大學和弗吉尼亞大學的研究人員們開發(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)設備。

案例二：美國加州大學圣迭戈分校與威斯康星大學麥迪遜分校的工程師們開發(fā)出一種可印刷的金屬標簽。它可以粘貼到日常用品上，將這些物品變成物聯(lián)網(wǎng)設備。

創(chuàng)新

近日，美國密歇根大學開發(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)的日常“非智能”物體之間的鴻溝上架起了橋梁。密歇根大學的研究人員們稱，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）、華盛頓大學計算機科學與工程系前研究生李漢川（音）、華盛頓大學的施韋塔克·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節(jié)，從而判斷你是否已經(jīng)移動了藥瓶或者做了頓飯。標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%的精度精準檢測到了特定的活動。

多年來，RFID 標簽一直被用于追蹤物體，應用于運輸和防盜方面。這些標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）。

IDAct 通過提供一種更加細致地從RFID標簽讀取信號的方法，改善了上述情況。它可以檢測到從標簽返回的信號中的細微差異，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標簽的信息，以獲取到特定空間中正發(fā)生著的情況的詳細圖景?！?/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習算法來分析，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標簽，來測試這項技術(shù)。當房間有人時，他們采集了每個房間26小時的數(shù)據(jù)；當房間沒人時，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)。

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，可以相應地調(diào)整燈光、溫度和背景音樂?！?/p>

這篇論文的領(lǐng)導作者李漢川（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)造交互應用方面，我們看到了重大的機遇。”

這項技術(shù)也可以應用于照顧老人，例如悄悄監(jiān)測藥物和日常活動，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)測老年人的日常活動，幫助他們在自己家中待更長的時間。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?！?/p>

目前，團隊正在計劃尋找能夠打造這項技術(shù)使之應用于老年人護理環(huán)境中的工業(yè)合作伙伴。