科学现场调查：普适计算时代

请你试着数数，现在有多少个传感器围绕在你身边。你的计算机上有摄像头和微型麦克风，智能手机中有GPS接收机和陀螺仪，健身追踪器中有加速度计……如果你在一个现代化的办公大楼上班，或住在新装修的房子里，传感器会不断探测你的行动以及周围环境的温度和湿度。

这个巨大的传感器网络所产生的信息量会庞大到不可思议，但其中绝大部份信息对我们来说都是不可见的，只有特定设备的特定程序（比如调节恒温器，或者记录你每天走了多少步的应用程序），才能访问并使用特定的数据。

一旦我们开发出相关的通讯协议，允许设备和应用程序之间进行数据交换（目前已经有人在做这件事了），那么任何程序都可以获取任何环境中的传感器的数据。如果这一设想得以实现，那么普适计算（ubiquitous computing）时代就会成为现实。

普适计算时代的来临将会是一个革命性的转变，正如互联网的迅猛普及。在谷歌地图、推特等手机应用上普适计算的革命性转变已经开始萌芽。但是，只有当各种设备都能从无处不在的传感器上获取数据时，技术创新才会出现爆炸式的增长。

当传感器变得无处不在，当它们收集到的数据能以全新的方式成为人体感官信息的一部分，人类感知的边界将在何处？当我们的感知不受时间、空间和尺度的限制，我们又该如何定义“存在”的概念？

可视化的传感器数据

我们在麻省理工学院媒体实验室（media Lab）的团队花费数年时间，致力于将传感器网络收集的信息转换成为人们熟悉的“感官语言”。

我们开发了一款名为“双重实验室”（DoppelLab）的应用程序，能够接收环境中所有的传感器数据流，并将数据转化为图像形式，投射在建筑物的三维模型上。

http://doppellab.media.mit.edu

输入网址，一起遨游麻省理工学院媒体实验，体验现实与虚拟的交错。

以多媒体实验室为例，“双重实验室”会收集整座大楼的传感器数据，并将这些数据实时呈现在计算机显示器上。只需观察屏幕，用户就可以随时浏览每个房间的温度、访客及人员的活动，甚至乒乓球在智能球台上的位置。

除了对数据进行可视化处理，“双重实验室”还能将大楼中所有麦克风采集到的声音汇总到一起，创建一个虚拟的声音环境。

“双重实验室”的使用者还可以查找过去某一时刻的信息——使用者可以从各个角度观察某一时刻的情形，或者通过快进，查看不同时间尺度的数据，从而发现平常很难观察到的周期性现象。

重新定义“存在”

随着传感器和计算机技术的不断发展，虚拟旅行或将变成现实，实时“存在”于遥远的某个地方也成为可能。到那时，“这里”和“现在”这两个词，也许会有新的含义。

在美国马萨诸塞州南部有一个250英亩（约101公顷）的蒂德马什农场，我们的同事格洛里安娜·达文波特（GloriannaDavenport）是农场的共同拥有者之一。在蒂德马什农场，我们架设了数百个无线传感器，用来测量温度、湿度、水分、光、运动、风、声音、树干液流，以及多种化学物质的浓度水平。

通过传感器中的红外摄像机，可以看到沼泽的地下水（图中黄色区域） 流向较冷的地表水。地表水与空气的温度较为接近，而地下水则全年保持恒定的温度。

除了生态学家可以查看沼泽中的环境数据，还有些程序则是专门为普通用户设计的。比如，我们正在开发一款类似“双重实验室”的浏览器，可以通过任何联网的计算机，访问虚拟的蒂德马什农场。在这个虚拟农场中，我们对沼泽的地貌进行了数字仿真模拟，生成了虚拟的树木和植被。同时利用游戏引擎，加入了由传感器收集到的噪声和数据，让你在不同的位置，听到不同的声音，获得身临其境的感受。作为虚拟体验者，你可以在沼泽上漂浮，倾听身边的响动；或是探索不同的区域，感受环境的变化；抑或潜入水底，聆听水下麦克风收集的声音。真实环境中的风也会被传感器侦测到，并转化为数字信号，吹动虚拟丛林。

“实境观测站”只是一个展示性项目，而并非实用系统的原型。但我们不难想象在现实生活中应用的场景。比如，农民使用类似的系统，可以查看大量的传感器数据，随时追踪农场中的湿度、农药、肥料情况，甚至动物活动。而市政机构则可以对风暴、洪水等自然灾害进行跟踪，寻找处于危险中的人群，及时提供帮助。在我们的日常生活中，这种技术并非遥不可及。我们早已习惯在外出用餐之前先使用Yelp （美国类似于“大众点评”的软件）查询餐厅的评价。未来，这类软件也许还会让我们看到餐厅里的环境情况（是否吵闹，是否拥挤）。

这种可以实现远程“存在”的方式，或许已经接近于时空穿越了。路途中的游子们可以通过这种技术，瞬间“回到”家中，并和家人一起，共度美好的时光。

可穿戴设备与传感器的结合

有一点是毋庸置疑的，可穿戴设备将会在下一波计算大潮中扮演至关重要的角色。可穿戴计算机与传感器具有天然的互补性，两者可以完美结合在一起，成为人体感知能力的补充和延伸。

传感器有可能作为“额外感觉器官”，融入我们的感觉系统。要发挥可穿戴设备的最大潜力，提升人体的外部感知能力，面临的一个关键问题是，如何更好地掌控穿戴者的注意力。今天的高科技可穿戴设备，如谷歌眼镜，其功能就像一个第三方的服务中介，会根据周边环境，为我们提供相关的信息，或为我们推荐一些服务（比如用户经过电影院时，会推荐近期热播的大片）。但是，这些“建议”经常会毫无征兆地突然跳出来，之前没有任何预示。这种机械式的建议方式让人十分头疼甚至厌烦，但在我们的神经系统里，类似情况是绝对不会发生的。我们的感知系统让我们能动态处理不同的外部刺激，过滤掉那些与当前关注的事物无关的刺激。我们正在进行相关实验，以了解可穿戴设备能否像人类大脑一样，将注意力集中在重要工作上，同时对周围环境保持一定的关注度。

我们的第一个实验是要确定，在实际应用中，可穿戴设备能否分辨出使用者正在聆听哪一组声源。想象一下，最初你的注意力集中在一个遥远的湖心小岛上，然后慢慢的，你开始听到远方的声音，这种感觉就像你可以随心所欲地调整听觉的灵敏度（在现实中，我们的耳朵不可能听到那么远的地方传来的声音）。再次进入想象的世界——你正沿着一条小溪散步，但水底的声音却可以清晰地传入耳中，偶一抬头，就会听到枝头鸟儿的歌声飘来。未来人体的感知器官和传感器网络极有可能通过信息流，实现相互之间的联接。或许在不久的将来，这一设想将由植入人体感觉器官或神经系统的传感器来实现。

美梦还是恶梦？

对于包括我们自己在内的许多人来说，我们刚刚描述的世界似乎让人觉得有些毛骨悚然。对“存在”的重新定义，代表我们与环境的关系，以及我们与他人的关系都不得不发生改变。更令人担心的是，普适计算对于个人隐私产生的巨大冲击。但我们仍然相信，在科技进步的同时，我们可以采用很多方法来保护自己。

其中的一个解决方案是，让传感器可以对环境和人的个体偏好做出响应。几年前，我们团队的成员龚南葳就在这个方向上做了一些探索。她开发了一个特别的钥匙环，这个装置实际上是一个无线信标发射器，可以不停地发射无线信号，将使用者的个人偏好“告知”周边的传感器。钥匙环上有一个标有“NO”字样的按钮，一旦按下这个按钮，当前环境中的所有传感器都无法接收到相应的信息，这样就可以确保，在这段时间里，使用者的所有隐私信息都不会外泄。

任何解决方案都必须要保证以下两点：一是要确保周边所有传感器都能接收到使用者发出的请求；二是确保这些请求能被切实执行。要开发这样的通讯协议，首先要面对技术和法律上的种种限制。为了克服这些问题，全球各地的开发团队已经开展了多项探讨和研究。例如，法律可以将某人周围所有传感器产生的数据的所有权赋予这个人，个人有权选择是否对这些数据进行加密，或限制这些数据上传到网络中。

“双重实验室”和“实境观测站”项目有一个共同的目标，就是首先在安全的空间内，了解这些技术会对隐私权产生何种影响。这样，我们就可以在那些灾难性的影响真正来临之前，找到有效的应对方案。美国国家安全局（NSA）前雇员爱德华·斯诺登让我们了解到信息透明的重要性，在一个开放的社会，只有制定相关的法律措施，才能真正消除隐私权受到的威胁。除此之外，我们认为，在软硬件开发过程中，向全民化开源，是防止隐私受到系统性侵犯的最好手段。

与此同时，这个由传感器驱动的世界将给我们带来的全新体验也开始慢慢出现，未来的前景令我们兴奋不已。全新的科技完全具备将我们的身体与周围环境融为一体的能力。这些工具可以让我们摆脱对智能手机的依赖，回归到现实环境中——它们会让我们更加真实地存在于这个世界。

大数据时代。。