物聯網上身 你我都有超能力

物聯網上身 你我都有超能力

撰文/Gershon Dublon 、 Joseph A. Paradiso|譯者/鍾樹人
轉載自《科學人》2014年9月第151期


重點提要

  • 現代世界充滿了與網路連結的電子感測器,但感測器產生的大部份資料只「孤立」應用在特定地方,我們無法見到。如果我們能消除這些孤立現象,讓任何與網路連結的電腦都能使用這些感測器資料,「遍存計算」(ubiquitous computing)時代將會來臨。
  • 雖然無法得知遍存計算究竟會如何改變我們的生活,但一種很可能的情況是:遍佈在環境中的電子感測器將會成為人類神經系統的延伸,而穿戴式裝置則會變成感覺義肢。
  • 藉由感測器和電腦的幫助,我們或許能透過虛擬方式到遠方旅行,即時「出現」在那裡。而這會深刻影響人們對隱私權和實際親臨現場的概念。

以下是個有趣的實驗:立刻試著計算你身邊有幾具電子感測器?電腦有攝影機和麥克風、智慧型手機有全球定位系統(GPS)感測器和陀螺儀、健康活動追蹤器(fitness tracker)則有加速度計,如果你在現代化辦公大樓裡工作,或住在新裝修的房屋裡,現有的感測器會不斷測量你的活動、屋內的溫度和濕度。

感測器的大量出現,主要是因為它們遵循摩爾定律:體積不斷變小、價格更便宜、性能卻更好。現在每支智慧型手機都有陀螺儀和加速度計,但幾十年前,這類儀器不僅體積龐大,而且價格昂貴,只會使用在太空船和飛彈導引上。現在,你可能聽過這種說法:網路連結已呈爆炸狀態。拜微電子學設計、能源管理以及電磁波頻譜管理的進步所賜,現在使用成本不到一美元的微晶片,就能把大量的感測器連上低功率的無線通訊網路。

這個龐大的感測器網絡產生的資料多得驚人,幾乎是無窮多,但大部份資料我們都無法看見。今天,感測器資料似乎有「孤立」傾向:只有單一裝置能存取,而且是用在單一目的,像是用來控制恆溫器,或記錄你一天所走的步伐數。

如果能消除這種孤立傾向,運算和通訊將會有深遠的改變。一旦建立起能讓裝置和應用程式交換資料的通訊協定(目前已經有好幾個角逐者),任何應用程式就能利用任一物品上的感測器了。當這一切成真,我們就會進入美國資訊科學家魏瑟(Mark Weiser)早在1/4個世紀以前於Scientific American預言的「遍存計算」(ubiquitous computing)時代。

我們不覺得人類社會能夠循序漸進轉換到遍存計算時代,我們猜測它會是革命性的轉變,就像全球資訊網的出現一樣。透過智慧型手機的應用程式,我們已經看到改變的端倪,像是Google地圖、推特以及基於它們應運而生的龐大事業。無所不在的感測器資料一旦能在裝置間自由取用,創新會如雨後春筍般大量迸發。下一波市價億萬美元的科技公司會是內容整合業者(content aggregator),他們會把我們身邊的感測器資訊整合成新一代的應用程式。

要預測遍存計算和感測器資料對我們日常生活的意義,就和30年前要預測網際網路會如何改變世界一樣困難。幸運的是,媒體理論可當做我們的指南。1960年代,通訊理論學家麥克魯漢(Marshall McLuhan)提到,電子媒體(主要是電視)會變成人類神經系統的延伸。要是麥克魯漢現在還活著就好了!當四處都是感測器,而它們蒐集的資訊能以嶄新方式和人類知覺結合,人們的感官會有多大的能耐?當人們能讓知覺自由穿越時間、空間和尺度,「親臨現場」(presence)將會有什麼樣的意義?

感測器資料圖像化

我們用各種感官理解這個世界,卻只用行動裝置上小小的二維螢幕來消化大部份的數位資料。如今我們陷在資訊瓶頸,也不那麼令人意外了。隨著關於這個世界的資訊暴增,我們發現要持續理解這樣的世界有點力有未逮。不過只要學會適當使用這些豐富的資料,我們終究會見到一絲曙光。這也是為什麼我們在美國麻省理工學院(MIT)媒體實驗室的小組,多年來持續研究各種方法,希望把感測器網絡蒐集到的資訊轉譯成為人類知覺的語言。

就像網景(Netscape)這類瀏覽器能讓我們存取網際網路的大量資料,而軟體瀏覽器也能讓我們理解即將出現的大量感測器資料。到目前為止,發展這類瀏覽器最好的工具是電動遊戲引擎——也就是能讓數百萬名玩家在栩栩如生、千變萬化的三維環境裡彼此互動的軟體。我們實驗室利用遊戲引擎Unity 3D發展名為DoppelLab的應用程式,它能夠接收遍佈在環境中的感測器所蒐集而來的資料串流,並以圖像方式呈現,然後覆蓋在以電腦輔助設計(CAD)製作的建築物模型之上。就以媒體實驗室為例,建築物各處都裝設有感測器,DoppelLab會蒐集感測器資料,並在電腦螢幕上即時呈現。使用者看著螢幕就能知道每個房間的溫度、任何特定區域的人員流量,甚至是我們智慧型桌球桌的桌球位置。

 

DoppelLab的能耐不只是把資料圖像化,也可以彙整散佈在建築物各處的麥克風所蒐集到的聲音,然後創造出虛擬的聲音環境。為了確保隱私,聲音串流在傳輸之前,會先在原始感測裝置上進行模糊化處理。這個做法能讓人們的話語難以辨識,但同時保有空間氛圍,以及當時說話者的聲音特質。DoppelLab或許能讓我們體驗過去記錄的資料,可以從不同角度觀察某個特定時刻或快轉檢視不同時段的資料,而發現建築物中潛在的事物循環。

像DoppelLab這樣的瀏覽器能夠有立即的商業應用,例如,裝設有感測器的大型建築物可以當做虛擬控制面板。在過去,建築物的管理者如果想追蹤暖氣系統的問題,可能得查看並整理試算表和圖表,列出異常溫度的記錄,然後找尋可能指向問題根源的模式。利用DoppelLab,管理者能夠立即看見每個房間此刻以及設定的溫度,即使問題發生在好幾個房間、甚至不同樓層,也能迅速找出來。不只如此,建築物的規劃者、設計師以及住戶,都能看到基礎設施的使用情形。人們會在哪裡聚集?時間為何?建築物的改變對人們的互動以及人們在建築物裡的工作,會有何影響?

但我們打造DoppelLab時,心裡想的並不是商業化的潛力。我們想探索一個更大、更吸引人的問題:遍存計算對「親臨現場」的基本意義會有什麼樣的衝擊?

重新定義「親臨現場」

藉由感測器和電腦的幫助,我們或許能以虛擬方式到遠方旅行,即時「出現」在那裡,屆時「這裡」和「現在」可能開始會有新的意義。我們在提馬許農場(Tidmarsh Farms)有個名為現實觀測站(Living Observatory)的計畫,目標是讓實際和網路虛擬到訪的遊客都能沉浸在不斷變動的自然環境中。我們打算透過DoppelLab和現實觀測站計畫,探索「親臨現場」這個可能變動的概念。

從2010年開始,政府和私人的多個環境組織一起把美國麻州南部一處一平方公里大的越橘沼澤(cranberry bog)改造成受保護的海岸濕地系統。這些沼澤通稱為提馬許農場,計畫主持人之一是我們的同事達芬波特(Glorianna Davenport)。達芬波特一直在媒體實驗室研究未來紀錄片的拍攝方式,且深深著迷於這個想法:一個滿佈感測器的環境能產生自己的「紀錄片」。藉由她的幫助,我們發展出能記錄生態程序的感測器網絡,並且能讓人們體驗那些感測器產生的資料。我們已經在提馬許農場四處裝設了數百具無線感測器,能測量溫度、濕度、水氣、光線、物體的活動、風、聲音、樹液的流動,有時還包括各種化學物質的檢測。

有效率的電力管理架構能讓這些感測器多年不必更換電池,也有一些感測器將配備太陽能電池,電力足以讓感測器隨時偵測到聲音並記錄:風聲、附近鳥類叫聲、雨滴打在感測器周遭樹葉上的聲音。我們在麻州大學阿模斯特分校的地球科學同事則在提馬許農場裝設了精密的生態感測器,其中包括水下光纖溫度計,以及能測量水中溶氧量的儀器。所有資料都會送到我們伺服器的資料庫,使用者可以透過各種應用程式查詢與探索。

一些應用程式能讓生態學家審視從這些濕地蒐集來的環境資料,另外一些應用程式則是針對一般大眾所設計。舉例來說,我們正在發展類似DoppelLab的瀏覽器,只要有網路連線,人們就能在任何電腦上利用這個瀏覽器以虛擬方式造訪提馬許農場。瀏覽器會呈現沼澤地形數位化的樣貌,畫面中充滿了虛擬的樹木與植被,遊戲引擎會再加入濕地裡感測器蒐集到的聲音與資料。應用程式會根據使用者的虛擬位置,混入或漸進轉換麥克風陣列蒐集到的聲音;你將能夠翱翔在沼澤上空,聽到即時發生的任何事情;你也可以仔細傾聽小區域的聲音,或在水裡悠游聽取水中聽音器蒐集到的聲音。由現場即時資料「吹拂出」的虛擬風,會吹過數位化的樹林。

現實觀測站比較像是示範計畫,而非務實的原型,不過真實世界的應用卻很容易想像。農夫可利用類似的系統監控滿是感測器的土地,追蹤水氣、農藥、肥料的變化,甚至農田裡和附近的動物。市政單位可以利用它監控暴風雨和洪水的動態,一旦發現民眾有危險,就能即時伸出援手。甚至也不難想像在我們的日常生活中使用這項技術,例如,已經有很多人出門前會先在呀噗(Yelp)網站上查詢餐廳,將來我們也可以在前往餐廳的路上先查看餐廳的氣氛(現在是否擁擠又吵雜?)。

漸漸地,這類遠端親臨現場(remote presence)將會是遠距傳物(teleportation)還未成真前的最佳選擇。有時,我們實驗室的成員旅行時會利用DoppelLab連結到媒體實驗室,因為聽著媒體實驗室的聲響、看著同事在那裡活動,可以稍解我們的思鄉之愁。同樣地,旅行的人也可以把自己投影到家裡,這樣即使出門在外,也能跟家人相聚。

擴增我們的感覺

穿戴式裝置肯定會是下一波數位科技的主流。我們認為可以藉此機會找到方法,讓人們以更自然的方式和感測器資料互動。事實上,穿戴式電腦可以變成我們的感覺義肢(sensory prosthetic)。

長久以來,研究人員都在進行這些實驗:讓人穿戴上感測器和致動器做為輔助裝置,在所謂感覺替代(sensory substitution)的過程中,把感測器的電子訊號轉換到實驗對象既有的感覺。最近的研究顯示,神經可塑性(也就是我們的大腦在生理上適應新刺激的能力)或許能讓我們感受到那些透過現有感知方式傳遞的「超感官」刺激。即使如此,感測器網絡和人類感覺經驗之間仍有巨大鴻溝。

我們相信,開啟感覺義肢潛力的關鍵之一,是要更加了解穿戴者的注意力狀態。今天,Google眼鏡這類高科技穿戴式裝置,就像是坐在我們肩膀上的第三方仲介,會對穿戴者顯示與情境有關的資訊(例如在穿戴者經過電影院時推薦某部電影)。不過這些建議常常出乎預期,通常會造成干擾,甚至讓人惱怒,但人們的感覺系統並不會如此。人們能隨時調整注意力狀態,除非感覺系統受到刺激,否則會專注於工作。我們正在進行實驗,看看穿戴式電腦能否和大腦與生俱來的能力連結,讓人對環境資訊處於前注意力(preattentive)狀態時,卻仍然可以專注在工作上。

我們的第一個實驗是要測定,穿戴式裝置在實際環境中能否辨識出使用者正在聆聽哪一種音源。我們希望利用這樣的資訊,讓設備穿戴者能像聆聽自然界的不同音源那樣,傾聽從提馬許農場當地的麥克風和水中聽音器傳來的聲音。想像你把心神集中在遠方小島的池塘上,這時你慢慢聽到了遠方的聲音,就好像你的耳朵非常靈敏,已經變成了順風耳。想像你沿著溪邊散步時聽到了水中的聲音,抬頭看樹梢時聽到了林冠的鳥鳴。這種傳遞數位資訊的方式,可能代表我們的感覺系統和感測器網絡的資料能開始流暢地連結。將來可能是由感覺系統或神經植入物來提供那樣的連結;我們希望,這些裝置以及它們提供的資訊能整合進人們既有的感覺處理系統,而非進一步取代它們。

美夢或噩夢?

對很多人(包括我們自己)來說,我們剛剛描述的世界可能會變得很嚇人。重新定義「親臨現場」,代表我們和身邊環境的關係以及我們彼此之間的關係都將改變。更令人不安的是,遍存計算對隱私權有極大的影響。但我們相信,有很多方法可以建置保護措施。

10年前,在我們小組的其中一項計畫裡,萊伯維茲(Mat Laibowitz)在媒體實驗室裝設了40架攝影機和感測器。他在每個裝置上設計了一個巨大的燈泡開關,讓人可以輕易且明顯地停用這些裝置。今天的世界裡,每個人身邊散佈著太多的攝影機、麥克風和其他感測器,即使具有可以關閉的開關也無法解決問題,我們必須提出新的解決方案。

其中一個方法是讓感測器根據情境和個人偏好做出反應。龔南葳(Nan-Wei Gong)幾年前待在我們的研究小組時,探索過這類想法。她打造了一個特別的鑰匙圈,讓使用者能發射無線電信標(beacon)通知附近的感測器,關於他(她)在隱私方面的個人偏好。每個標記上都有標示著「不」的大按鈕;按下按鈕,使用者就能擁有一段完全隱密的時間,這時範圍內的所有感測器都無法傳送這位使用者的資料。

所有的解決方案都必須保證,在每個人身邊的所有感測器節點都能接受並遵守這樣的要求。設計這類的通訊協定會碰到技術和法律的難題,但全世界的研究團體已經針對這個複雜的難題研究各類解決方法。舉例來說,法律可以把個人身邊產生的資料其所有權和控制權授予個人,之後這個人可以選擇加密那些資料,或限制資料進入網路。

DoppelLab和現實觀測站的目標之一,是要看看在公開的研究觀測站這樣安全的地方,對隱私權會有什麼樣的影響。一旦察覺到隱藏的危險和邪惡的後果,我們可以設法找出解決方案。就像曾任美國國家安全局(NSA)外聘雇員史諾登(Edward Snowden)最近帶給我們的啟示,資訊透明是關鍵,對隱私權的威脅必須透過立法程序處理。除此之外,我們相信基礎、開放源碼的軟硬體發展,會是對抗侵犯隱私的最佳防衛機制。

此時此刻,我們可以開始想像,在一個由感測器驅動的世界裡,會有什麼樣的新體驗等待著我們。我們對於前景感到興奮,並且認為,將來一定能發展出可以融入我們周遭和身體的技術。這些工具能讓我們擺脫智慧型手機螢幕,重新擁抱我們身邊的環境,會讓我們更強烈感覺世界,而非變得漠然。

(本文由教育部補助「AI報報─AI科普推廣計畫」取得網路轉載授權)

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