這里有一個有趣的實驗：請你試著數數，現在有多少傳感器圍繞在你身邊。你的計算機上有攝像頭和微型麥克風，智能手機中有GPS傳感器和陀螺儀，健身追蹤器中有加速計……如果你在一個現代化的辦公大樓上班，或住在新裝修的房子里，傳感器會不斷探測你的行動以及周圍環境的溫度和濕度。
傳感器在我們的生活中已無所不在，這是因為它們也遵循摩爾定律：傳感器一直在變得更小、更便宜、更強大。陀螺儀和加速計現在已經是智能手機的標配，但幾十年前，它們還都是體積龐大、價格昂貴的設備。因此在過去，這類設備的應用僅限于為宇宙飛船或導彈導航。同時，隨著微電子設計、能源和電磁波譜管理的不斷發展，即便是成本不到1美元的芯片，也能將一個傳感器陣列連接到一個低功率的無線通信網絡中。
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這個巨大的傳感器網絡所產生信息量會龐大到不可思議，但其中絕大部分信息對我們來說都是不可見的，似乎被一道無形的墻圍了起來，只有特定設備的特定程序(比如調節恒溫器，或者記錄你每天走了多少步的應用程序)，才能訪問并使用這些數據。
如果我們能消除這種界限，計算機和通訊行業都將會發生重大變革。一旦我們開發出相關的通訊協議，允許設備和應用程序之間進行數據交換(目前已經有人在做這件事了)，那么任何程序都可以獲取任何器物中的傳感器的數據。如果這一設想得以實現，那么馬克·魏澤爾(Mark Weiser)在23年前的那篇《21世紀的計算機》(發表于1991年9月的《科學美國人》)中所預言的普適計算時代(ubiquitous computing)，就會成為現實。
普適計算時代的來臨不會是漸進式的，我們相信這將會是一個革命性的轉變，正如互聯網的迅猛普及。在谷歌地圖、推特等手機應用上，以及推出這些應用的那些行業巨頭上，我們已經看到，普適計算的革命性轉變已經開始萌芽。但是，只有當各種設備都能從無處不在的傳感器上獲取數據時，技術創新才會出現爆炸式的增長。環境信息的整合者，將成為下一批市值達到10億美元級別的科技公司，它們會利用我們身邊的傳感器產生的數據，開發出全新的應用程序。
要預測普適計算以及傳感器數據將對我們的日常生活產生何種影響，其難度不亞于在30年前預知互聯網絡將會如何改變世界。幸好，我們可以用“媒介理論”作為參考：上世紀60年代，通信理論學家馬歇爾·麥克盧漢說過，電子媒體(主要是電視)將會成為人體神經系統的延伸。如果麥克盧漢今天還健在的話，不知道他會怎么看待傳感器的普及。當傳感器變得無處不在，當它們收集到的數據能以全新的方式成為人體感官信息的一部分，人類感知的邊界將在何處?當我們的感知不受時間、空間和尺度的限制，我們又該如何定義“存在”的概念?
可視化的傳感器數據
我們利用所有的感官來認知世界，但對于大多數數字信息，我們只能用移動設備上的、小塊的二維屏幕來顯示。因此，我們受困于信息瓶頸，這并不是什么新奇的觀點。在這個信息爆炸的時代，我們發現自己越來越無法維持在這個世界中的存在感了。然而，只要我們能夠學會正確利用這些龐大的數據資源，希望的曙光就將出現。因此，我們在麻省理工學院媒體實驗室的團隊花費數年時間，致力于將傳感器網絡收集的信息轉換成人們熟悉的“感官語言”。
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當年，網景(Netscape)瀏覽器為我們提供了一個訪問互聯網龐大數據的渠道，我們正在開發的軟件瀏覽器能幫助我們獲取并利用即將涌來的傳感器數據洪流。目前用來開發這類瀏覽器的最佳工具是一款名為Unity3D的視頻游戲引擎，通過這款引擎，數百萬名游戲玩家可以在不斷變化的三維環境中進行實時、快捷的互動。我們則利用它開發了一款名為DoppelLab的應用程序，能夠接收環境中所有的傳感器數據流，并將數據轉化為圖像形式，投射在建筑物的三維模型上。以多媒體實驗室為例，DoppelLab會收集整座大樓的傳感器數據，并將這些數據實時呈現在計算機顯示器上。只需觀察屏幕，用戶就可以隨時瀏覽每個房間的溫度、訪客及人員的活動，甚至乒乓球在智能球臺上的位置。
除了對數據進行可視化處理，“雙重實驗室”還能將大樓中所有麥克風采集到的聲音匯總到一起，創建一個虛擬的聲音環境。當然，為了保護隱私，傳感器會在傳輸聲音之前，對音頻信息進行處理。經過處理后，聲音里的信息是無法理解的，但保留了環境的背景音和說話者的聲音特質。“雙重實驗室”的使用者還可以查找過去某一時刻的信息——使用者可以從各個角度觀察某一時刻的情形，或者通過快進，查看不同時間尺度的數據，從而發現日常很難發現的周期性現象。
“雙重實驗室”一類的瀏覽器軟件有許多直接的商業價值——例如可用于安裝了多種傳感器的大型建筑的虛擬控制平臺。以往，當大樓管理者想要追蹤暖氣系統的問題時，他必許整理并查看大量表格和圖表，對異常的溫度數據進行分類歸納，才有可能最終找到問題的根源。如果使用“雙重實驗室”，管理者可以及時了解所有房間的當前溫度和設定溫度，快速發現溫度異常的樓層或房間。此外，規劃者、設計人員和居住者可以了解大樓內基礎設施的使用情況，以及樓里的人們什么時候會聚集在一起，通常會聚集在哪里，如何改變人們的工作或交流方式?
不過，我們開發“雙重實驗室”，并非出于商業目，而是為了探索一個更宏大也更有趣的問題：普適計算將會如何改變“存在”這個詞的基本含義?
重新定義“存在”
隨著傳感器和計算機技術的不斷發展，虛擬旅行或將變成現實，實時“存在”于遙遠的某個地方也成為可能。到那時，“這里”和“現在”這兩個詞，也許會有新的含義。我們在蒂德馬什農場開展了名為“實境觀測站”的項目，目標是帶領實體和虛擬訪客體驗不斷變化的自然環境。我們計劃在“實境觀測站”的基礎上，結合“雙重實驗室”，來探索“存在”這個詞概念的變化。
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自2010年以來，在政府與民間環保組織的共同努力下，美國馬薩諸塞州南部250英畝(約101公頃)的蔓越莓沼澤，已經被改造成一個受保護的沿海濕地系統，統稱為蒂德馬什農場，我們的同事格洛里安娜·達文波特是農場的共同擁有者之一。達文波特在多媒體實驗室中主要研究紀錄片未來的發展，她有一個很好的想法，就是在環境中布置多種傳感器，自動拍攝“紀錄片”。在她的協助下，我們正在開發一個能記錄生態變化，并允許人們體驗這些信息的傳感器網絡。在蒂德馬什農場，我們架設了數百個無線傳感器，用來測量溫度、濕度、水分、光、運動、風、聲音、樹干液流，以及多種化學物質的濃度水平。
借助于高效的電源管理方式，這些傳感器只靠電池就可持續工作數年。其中，某些傳感器會使用太陽能電池，其功率的提升可以滿足音頻傳輸的需求—— 甚至包括微風、鳥鳴，以及雨滴落在樹葉上的聲音。我們的同事還在蒂德馬什農場安裝復雜的生態傳感器，比如水下光纖溫度表以及可以測量水中溶氧含量的設備。所有這些數據都會傳輸到服務器上的數據庫中，用戶可以通過不同的應用程序，查詢和使用這些數據。
應用某些程序，生態學家可以查看沼澤中的環境數據。還有些程序則是專門為普通用戶設計的。比如，我們正在開發一款類似“雙重實驗室”的瀏覽器，可以通過任何聯網的計算機，訪問虛擬的蒂德馬什農場。在這個虛擬農場中，我們對沼澤的地貌進行了數字仿真模擬，生成了虛擬的樹木和植被。同時利用游戲引擎，加入了由傳感器收集到的噪聲和數據，讓你在不同的位置，聽到不同的聲音，獲得身臨其境的感受。作為虛擬體驗者，你可以在沼澤上漂浮，傾聽身邊的響動;或是探索不同的區域，感受環境的變化;抑或潛入水底，聆聽水下麥克風收集的聲音。真實環境中的風也會被傳感器偵測到，并轉化為數字信號，吹動虛擬叢林。
“實境觀測站”只是一個展示性項目，而并非實用系統的原型。但我們不難想象在現實生活中應用的場景。比如，農民使用類似的系統，可以查看大量的傳感器數據，隨時追蹤農場中的濕度、農藥、肥料情況，甚至動物活動。而市政機構則可以對風暴、洪水等自然災害進行跟蹤，尋找處于危險中的人群，及時提供幫助。實際上，對于我們的日常生活來說，這種技術并非遙不可及。我們早已習慣在外出用餐之前先使用Yelp(美國類似于“大眾點評”的軟件)查詢餐廳的評價。未來，這類軟件也許還會讓我們看到餐廳里的環境情況(是否吵鬧，是否擁擠)。
這種可以實現遠程“存在”的方式，或許已經接近于時空穿越了。我們經常會在旅途中會打開“雙重實驗室”，只是為了聽聽大樓里的聲音，感受一下實驗室里的活動。這種體驗，讓我們有了家就在身邊的感覺。同樣，路途中的游子們，也可以通過這種技術，瞬間“回到”在家中，并和家人一起，共度美好的時光。
感知的延伸
有一點是毋庸置疑的，可穿戴設備將會在下一波計算大潮中扮演至關重要的角色。在我們看來，可穿戴計算機與傳感器具有天然的互補性，兩者可以完美結合在一起，成為人體感知能力的補充和延伸。
多年來，研究人員一直在不斷嘗試，將可穿戴傳感器和制動器作為人體的輔助設備，把傳感器數據傳輸到人體的感知器官，這個過程叫做感知替換。近年來的許多研究都顯示，神經可塑性確實存在——我們的大腦可以適應新的刺激，也就是說，傳感器有可能作為“額外感覺器官”，融入我們的感覺系統。不過，要把傳感器網絡的數據，與人類的感知體驗有機結合在一起，我們還有很長的路要走。
我們相信，要發揮可穿戴設備的最大潛力，提升人體的外部感知能力，面臨的一個關鍵問題是，如何更好掌控穿戴者的注意力。今天的高科技可穿戴設備，如谷歌眼鏡，其功能就像一個第三方的服務中介，會根據周邊環境，為我們提供相關的信息，或為我們推薦一些服務(比如用戶經過電影院時，會推薦近期熱播的大片)。但是，這些“建議”經常會毫無征兆地突然跳出來，之前沒有任何預示。這種機械式的建議方式讓人十分頭疼甚至厭煩，但在我們的神經系統里，類似情況是絕對不會發生的。我們的感知系統讓我們能動態處理不同的外部刺激，過濾掉那些與當前關注的事物無關的刺激。我們正在進行相關實驗，以了解可穿戴設備能否像人類大腦一樣，將注意力集中在重要工作上，同時對周圍環境保持一定的關注度。
我們的第一個實驗是要確定，在實際應用中，可穿戴設備能否分辨出使用者正在聆聽哪一組聲源。我們希望利用這個實驗獲得的結果，能讓用戶仿佛身處自然環境中，可以“不經意”地聽到周邊環境發出的各種聲音，就像我們在蒂德馬什農場中做的那樣。想象一下，最初你的注意力集中在一個遙遠的湖心小島上，然后慢慢地，你開始聽到遠方的聲音，這種感覺就像你可以隨心所欲地調整聽覺的靈敏度(在現實中，我們的耳朵不可能聽到那么遠的地方傳來的聲音)。再次進入想象的世界——你正沿著一條小溪散步，但水底的聲音卻可以清晰地傳入耳中，偶一抬頭，就會聽到枝頭鳥兒的歌聲飄來。這種數字化信息的傳輸方式將成為一個重要的里程碑，未來人體的感知器官和傳感器網絡極有可能通過信息流，實現相互之間的連接。或許在不久的將來，這一設想將由植入人體感覺器官或神經系統的傳感器來實現。我們希望這些設備及其提供的信息，能夠作為我們現有感知能力的補充，而非取代它們。
美夢還是噩夢?
對于包括我們自己在內的許多人來說，我們剛剛描述的世界似乎讓人覺得有些毛骨悚然。對“存在”的重新定義，代表我們與環境的關系，以及我們與他人的關系都不得不發生改變。更令人擔心的是，普適計算對于個人隱私產生的巨大影響。但我們仍然相信，在科技進步的同時，我們可以采用很多方法來保護自己。
10年前，我們的研究團隊曾經開展過一個項目，馬特·萊伯維茲在媒體實驗室里架設了40個攝像頭和傳感器。他為每一個節點都設計了一個巨大的開關，使用者可以輕易發現并關閉傳感器。在現今的世界里，攝像頭、麥克風等傳感器幾乎無處不在，就算有開關，也很難一一關閉。我們必須有更加有效的解決方法。
其中的一個解決方案是，讓傳感器可以對環境和人的個體偏好做出響應。幾年前，我們團隊的成員龔南葳就在這個方向上做了一些探索。她開發了一個特別的鑰匙環，這個裝置實際上是一個無線信標發射器，可以不停地發射無線信號，將使用者的個人偏好“告知”周邊的傳感器。鑰匙環上有一個標有“NO”字樣的按鈕，一旦按下這個按鈕，當前環境中的所有傳感器都無法接收到相應的信息，這樣就可以確保，在這段時間里，使用者的所有隱私信息不會外泄。
任何解決方案都必須要保證以下兩點：一是要確保周邊所有傳感器都能接收到使用者發出的請求;二是確保這些請求能切實執行。要開發這樣的通訊協議，首先要面對技術和法律上的種種限制。為了克服這些問題，全球各地的開發團隊已經開展了多項探討和研究。例如，法律可以將某人周圍所有傳感器產生的數據的所有權賦予這個人，個人有權選擇是否對這些數據進行加密，或限制這些數據上傳到網絡中。
“雙重實驗室”和“實境觀測站”項目有一個共同的目標，就是首先在安全的空間內，了解這些技術會對隱私權產生何種影響。這樣，我們就可以在那些災難性的影響真正來臨之前，找到有效的應對方案。美國國家安全局(NSA)前雇員愛德華·斯諾登讓我們了解到信息透明的重要性，在一個開放的社會，只有制定相關的法律措施，才能真正消除隱私權受到的威脅。除此之外，我們認為，在軟硬件開發過程中，向全民化開源，是防止隱私受到系統性侵犯的最好手段。
與此同時，這個由傳感器驅動的世界將給我們帶來的全新體驗也開始慢慢出現，未來的前景令我們興奮不已。全新的科技完全具備將我們的身體與周圍環境融為一體的能力。這些工具可以讓我們擺脫對智能手機的依賴，回歸到現實環境中——它們會讓我們更加真實地存在于這個世界。
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