科學家開發(fā)遠程傳感器，通過測量地面微小震動實現人類行走識別

最近，研究人員已經開發(fā)了一種遠程傳感器，能通過測量微小的地面震動，分析人們的行走信息。

很多機器能識別人類的指紋或面部特征。此外，它們依據其他一些特征辨別人類。每個人的走路姿勢也是獨一無二的，除了可以用于識別身份外，還能顯示一個人的情緒和健康狀況。最近，研究人員已經開發(fā)了一種遠程傳感器， 能通過測量微小的地面震動，分析人們的行走信息。

斯坦福大學的研究人員Hae Young Noh說：“人們的走路方式是獨一無二的，像指紋一樣。”當還是卡內基梅隆大學的土木與環(huán)境工程師時，就開始了這一研究。人們的腳步能透露“他們的身份、所在位置、正在做的事情，甚至是認知狀態(tài)”。如果傳感器能夠檢測到個體的腳步特征，電腦軟件就能通過分析，確認個體的身份。

走路姿勢不僅能證明身份。Noh說：“你能從一個人的走路姿勢中，了解很多信息，包括與健康相關的信息。”舉個例子，如果一個人走路一只腳輕一只腳重，這種不平衡可能預示他患有某種神經性疾病。這類信息可以幫助醫(yī)生監(jiān)測一些想要獨立生活的老年人和有其他風險的患者。他們能通過非接觸式追蹤患者的行走特征，并確定他們的健康狀態(tài)。

為了測量走路姿勢中含有的豐富信息，最初，研究者還需要給志愿者配備可穿戴的裝備， 或者讓他們在特殊的墊子或改造過的地板上行走。但是，Noh、卡內基梅隆大學電子與計算機工程師Pei Zhang等人決定開發(fā)遠程的腳步傳感器。在研究中，他們主要利用了一種現象： 墻壁和地板能夠捕捉所在空間中的任何活動， 引起的微小震動。Noh說道：“我們稱之為‘建筑傳感器’，即我們能將一些大型的實體建筑如大樓和橋梁作為傳感系統(tǒng)，間接地監(jiān)測人和周圍環(huán)境?！?/p>

但僅僅檢測由腳步引起的震動，就需要非常靈敏的傳感器?！拔覀兊膫鞲衅饔卸囔`敏呢? 舉個例子，你坐在椅子上，傳感器放在距離你一米遠的地上，”Zhang說，“它能檢測到你的心跳?！盢oh表示，每個傳感器都是高約幾厘米的圓柱形儀器，把它們放在地上，可以收集到遠在20米外的行人的步行信息。研究人員能在想要檢測腳步的地方，把傳感器排成一個陣列。但在人流密集的建筑里，這些靈敏的傳感器會收集過多的信息。因此，研究團隊需要“教會”這個新系統(tǒng)，如何從背景噪聲中辨別腳步信號。

Noh說：“濾除噪聲是我們在研究中遇到的最大的挑戰(zhàn)?！笨朔@一困難，需要同時解決硬件和軟件的問題。在硬件端，每個傳感器都有一個放大器，可以自動改變需要增強的腳步信號的數量。如果一個人像是從遠處走來，那么放大器就會將腳步聲放大。隨著腳步信號的增強，放大器能自動調節(jié)，降低傳感器的靈敏度， 避免傳感器失效。Noh將這一過程比作為遠程控制音量的揚聲器：當收聽者離揚聲器較遠時， 會將音量開大以聽得更清楚。當他們走近的時候，他們會調小音量?！拔覀兺ㄟ^各種信號處理 和機器學習技術，識別哪些是與人有關的信號， 哪些無關的噪聲?！贝送?，這一傳感器和其他腳步探測的方法(比如，其他可穿戴設備或壓力毯) 一樣，能用來確定個人身份和可能存在的健康問題。

根據這一通過電腦監(jiān)視器顯示行人走路姿勢的方法，一名研究者想到了一種更加奇妙的設備。英特爾公司新興物聯(lián)網網絡的總工程師與主任Eve Schooler表示，她對開發(fā)科技版本的“活點地圖”(Marauder’s Map)，具有興趣。在《哈利·波特》電影中，活點地圖(上面是帶有魔法的建筑平面圖)能根據腳印，顯示出人們所在的位置。在現實生活中，這種設備或許能夠實時追蹤建筑中的人或其他目標。受Schooler建議的啟發(fā)，卡內基梅隆大學的研究團隊創(chuàng)新了他們的產品，并設計了一種數字顯示器，能夠顯示在一個樓層平面上出現的腳印。

Schooler指出，在小說中，活點地圖只能用于霍格沃茨魔法學校，但是科學家發(fā)明的便攜式腳步傳感器可以用在任何地方。“他們開發(fā)的一些算法，讓整個系統(tǒng)具有很強的可移植性。這正是讓我們感興趣的地方，”她說，“使用者不需要進行各種調整以分辨整幢大樓里的人——這個設備可以直接完成這些工作?！?/p>

一旦設備了解了一個人的腳步特征，無論在家還是辦公室，這些傳感器陣列都能識別出這個人。此外，這一設備的價格還較為經濟(Noh估計每一個傳感器的成本，約為10~20美元)。他們能每隔20米放一個傳感器，繪制出整層樓的圖像。Schooler認為這一設備似乎可以被廣泛應用。

但這一系統(tǒng)的監(jiān)測能力，很明顯會引起有關隱私的爭議。因此，研究者建議這一技術只作為獲得雙方同意的醫(yī)療保障設備。他們指出， 這種監(jiān)測系統(tǒng)可以幫助看護人員了解老年病患何時可能會摔倒，或者幫助兒童醫(yī)院盡快發(fā)現小孩可能患的一些慢性疾病，如肌肉萎縮癥等。在這些場景下，研究者們認為腳步傳感器對隱私的保護或比拍攝圖像的照相機更好。Zhang說：“實際上，這一系統(tǒng)的研發(fā)也正是因為其他類型的監(jiān)測機制，可能會侵犯隱私。但我很樂意犧牲一點隱私數據，來發(fā)現疾病和避免摔倒?！蔽⑿臦Q空間微博更多