背景

　　物聯網（IoT）是時下非常熱門的科技領域之一，它一度被譽爲繼計算機、互聯網之後的“世界信息產業發展的第三次浪潮”。如今，越來越多的物體，例如智能手機、智能家居、可穿戴設備、醫療設備、汽車等都加入到了物聯網中。

　　（圖片來源：維基百科）

　　爲了擴大物聯網的規模，科學家們正通過努力讓更多的普通物體變成物聯網設備。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，讓這個物體成爲物聯網設備。

　　（圖片來源：普渡大學 / Chi Hwan Lee）

　　案例二：美國加州大學聖迭戈分校與威斯康星大學麥迪遜分校的工程師們開發出一種可印刷的金屬標籤。它可以粘貼到日常用品上，將這些物品變成物聯網設備。

　　（圖片來源：Xinyu Zhang）

　　創新

　　近日，美國密歇根大學開發出一項基於RFID的新技術，使得煎鍋、藥瓶、瑜伽墊、咖啡杯以及其他無數的非電子物體都可以轉化爲物聯網傳感器。

　　這個稱爲“IDAct”的系統，在目前約142億的物聯網“智能”電子器件與幾百億非物聯網的日常“非智能”物體之間的鴻溝上架起了橋樑。密歇根大學的研究人員們稱，這是朝着真正沉浸式的物聯網體驗邁出的關鍵一步。

　　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） 一起開發了這項技術。這項研究得到了英特爾實驗室的支持。

　　近期，相關論文發表在於鳳凰城召開的電氣和電子工程師協會的RFID會議上，論文標題爲：“IDAct：不引人注目地識別用戶出現和日常活動（IDAct: Towards Unobtrusive Recognition of User Presence and Daily Activities）”。

　　技術

　　IDAct採用了RFID閱讀器和僅需花費幾美分的無需電池的RFID標籤，可以感知到房間中人體的出現和運動，並檢測到足夠的物體運動細節，從而判斷你是否已經移動了藥瓶或者做了頓飯。標籤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，這項技術以超過96%的精度精準檢測到了特定的活動。

　　多年來，RFID 標籤一直被用於追蹤物體，應用於運輸和防盜方面。這些標籤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，以判斷物體出現與否（打開還是關閉、有無信號）。

　　（圖片來源：Eric Brockmeyer/Disney Research）

　　IDAct 通過提供一種更加細緻地從RFID標籤讀取信號的方法，改善了上述情況。它可以檢測到從標籤返回的信號中的細微差異，檢測到物體什麼時候被移動過，或者是否有人正在觸摸它。它也可以檢測到室內電磁場的變化，例如推斷是否有人出現。

　　桑普爾表示：“每個物體都會以特定的方式引起電磁幹擾。我們使用這個信息以及來自RFID標籤的信息，以獲取到特定空間中正發生着的情況的詳細圖景。”

　　然後，這些改良的信號會通過現場計算機運行的機器學習算法來分析，從而推斷出房間內正在發生什麼情況。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。

　　團隊爲志願者的房間裝備一系列的RFID閱讀器，然後爲家居用品貼上RFID標籤，來測試這項技術。當房間有人時，他們採集了每個房間26小時的數據；當房間沒人時，他們也採集了兩個小時的數據作爲對照。

　　安裝在天花板上的RFID閱讀器採集來自房間中IDAct貼紙的數據。（圖片來源：密歇根大學）

　　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，可以相應地調整燈光、溫度和背景音樂。”

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

　　這項技術也可以應用於照顧老人，例如悄悄監測藥物和日常活動，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，監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。”

　　目前，團隊正在計劃尋找能夠打造這項技術使之應用於老年人護理環境中的工業合作伙伴。

　　關鍵字

　　物聯網、RFID、傳感器

　　參考資料

　　【1】https://news.engin.umich.edu/2019/04/internet-of-things-with-new-rfid-system/