這裡有一個有趣的實驗：嘗試數數你現在周圍的電子感測器。你的電腦裡有攝像頭和麥克風。你的智慧手機裡有 GPS 感測器和陀螺儀。你的健身追蹤器裡有加速度計。如果您在現代化的辦公大樓工作或住在新裝修的房子裡，您會一直處於測量運動、溫度和溼度的感測器的環境中。
感測器變得豐富起來，主要是因為它們在很大程度上遵循了摩爾定律：它們不斷變得更小、更便宜、更強大。幾十年前，現在每部智慧手機中都有的陀螺儀和加速度計體積龐大且昂貴，僅限於航天器和導彈制導等應用。同時，正如您可能聽到的，網路連線性已經爆發式增長。由於微電子設計以及能源和電磁頻譜管理方面的進步，現在一塊成本不到一美元的微晶片可以將一系列感測器連線到低功耗無線通訊網路。
這個龐大的感測器網路產生的資訊量是驚人的——幾乎難以理解。然而，這些資料中的大多數對我們是不可見的。今天，感測器資料往往是“孤立的”，只能由一個裝置訪問，用於一個特定的應用程式，例如控制您的恆溫器或跟蹤您一天中行走的步數。
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消除這些孤島，計算和通訊將發生深刻的變化。一旦我們有了能夠使裝置和應用程式交換資料的協議（已經存在一些競爭者），任何事物中的感測器都可以提供給任何應用程式。當這種情況發生時，我們將進入長期預測的普適計算時代，馬克·韋澤在四分之一世紀前在本雜誌中設想了這一時代[參見“21世紀的計算機”；1991年9月]。
我們懷疑向普適計算的過渡將是漸進的。相反，我們懷疑這將是一場革命性的階段轉變，就像全球資訊網的到來一樣。我們看到了這種變化的開端，例如智慧手機應用程式，如谷歌地圖和推特，以及圍繞它們出現的龐大企業。但是，一旦普適感測器資料在裝置之間自由可用，創新將會爆發。下一波價值數十億美元的科技公司將是上下文聚合器，他們將把我們周圍的感測器資訊組裝成新一代應用程式。
預測普適計算和感測器資料對日常生活意味著什麼，就像30年前預測網際網路將如何改變世界一樣困難。幸運的是，媒體理論可以作為指導。在20世紀60年代，傳播理論家馬歇爾·麥克盧漢談到電子媒體，主要是電視，成為人類神經系統的延伸。如果麥克盧漢今天還在世就好了。當感測器無處不在——並且當它們收集的資訊可以以新的方式嫁接到人類感知時——我們的感官在哪裡停止？當我們可以在時間、空間和尺度上自由地引導我們的感知時，“存在”將意味著什麼？
視覺化感測器資料
我們用所有的感官感知世界，但我們透過移動裝置上的微小二維螢幕來消化大多數數字資料。因此，我們陷入資訊瓶頸也就不足為奇了。隨著關於世界的資訊量爆炸式增長，我們發現自己越來越無法存在於那個世界中。然而，這種資料的豐富性也有一線希望，只要我們能學會正確地使用它。這就是為什麼我們在麻省理工學院媒體實驗室的小組多年來一直致力於將感測器網路收集的資訊轉化為人類感知語言的方法。
正如像 Netscape 這樣的瀏覽器讓我們能夠訪問網際網路上包含的大量資料一樣，軟體瀏覽器也將使我們能夠理解即將到來的大量感測器資料。到目前為止，開發這種瀏覽器的最佳工具是影片遊戲引擎——同樣的軟體讓數百萬玩家在生動、不斷變化的三維環境中相互互動。透過與遊戲引擎 Unity 3D 合作，我們開發了一個名為 DoppelLab 的應用程式，該應用程式獲取放置在整個環境中的感測器收集的資料流，並將資訊以圖形形式呈現，將其疊加在建築計算機輔助設計 (CAD) 建築物模型上。例如，在媒體實驗室，DoppelLab 收集建築物內感測器的所有資料，並即時在計算機螢幕上顯示結果。檢視螢幕的使用者可以看到每個房間的溫度，或任何給定區域的客流量，甚至是我們智慧乒乓球桌上球的位置。
DoppelLab 的功能遠不止視覺化資料。它還收集建築物周圍麥克風收集的聲音，並使用它們建立虛擬聲音環境。為了保證隱私，音訊流在傳輸之前會在原始感測器裝置上進行混淆處理。這使得語音變得難以理解，同時保持了空間的氛圍及其居住者的聲音特徵。DoppelLab 還使體驗過去記錄的資料成為可能。人們可以從不同的角度觀察某一時刻，或快進以檢查不同時間尺度的資料，從而揭示建築物生命週期中的隱藏週期。
像 DoppelLab 這樣的感測器瀏覽器具有直接的商業應用——例如，作為大型感測器配備建築物的虛擬控制面板。過去，想要追蹤供暖系統問題的建築經理可能需要整理電子表格和圖表， cataloguing 異常溫度測量值並搜尋指向源頭的模式。使用 DoppelLab，這個人可以立即看到每個房間的當前溫度和所需溫度，並快速發現跨多個房間或樓層的問題。更重要的是，規劃者、設計師和建築物居住者都可以看到基礎設施是如何被使用的。人們在哪裡聚集，何時聚集？建築物 Changes 對人們在其中互動和工作的方式有什麼影響？
但我們製造 DoppelLab 並非出於商業潛力。我們構建它是為了探索一個更大、更引人入勝的問題：普適計算對存在基本意義的影響。
重新定義存在
當感測器和計算機使虛擬旅行到遙遠的環境並在那裡即時“存在”成為可能時，“這裡”和“現在”可能開始呈現新的含義。我們計劃透過 DoppelLab 和一個名為 Tidmarsh Farms 的 Living Observatory 專案來探索這種不斷變化的存在概念，該專案旨在讓物理和虛擬訪客沉浸在不斷變化的自然環境中。
自 2010 年以來，公共和私人環保組織一直在將馬薩諸塞州南部 250 英畝的蔓越莓沼澤地改造成受保護的沿海溼地系統。這些沼澤地統稱為 Tidmarsh Farms，由我們的一位同事 Glorianna Davenport 共同擁有。Davenport 在媒體實驗室基於紀錄片的未來建立了自己的職業生涯，她對感測器豐富的環境產生自己的“紀錄片”的想法很感興趣。在她的幫助下，我們正在開發感測器網路，以記錄生態過程，並使人們能夠體驗這些感測器產生的資料。我們已經開始在 Tidmarsh 部署數百個無線感測器，這些感測器測量溫度、溼度、水分、光照、運動、風、聲音、樹液流動，在某些情況下還測量各種化學物質的水平。
高效的電源管理方案將使這些感測器能夠依靠電池工作多年。一些感測器將配備太陽能電池，這將提供足夠的電力提升，使其能夠流式傳輸音訊——微風的聲音、附近鳥兒的鳴叫聲、雨滴落在周圍樹葉上的聲音。我們在馬薩諸塞大學阿默斯特分校的地球科學同事正在為 Tidmarsh 配備精密的生態感測器，包括潛水光纖溫度計和測量水中溶解氧水平的儀器。所有這些資料都將流入我們伺服器上的資料庫，使用者可以使用各種應用程式查詢和探索這些資料。
其中一些應用程式將幫助生態學家檢視在沼澤地收集的環境資料。其他應用程式將為公眾設計。例如，我們正在開發一個類似於 DoppelLab 的瀏覽器，該瀏覽器可用於從任何連線網際網路的計算機虛擬訪問 Tidmarsh。在這種情況下，背景是沼澤地形的數字渲染圖，其中充滿了虛擬樹木和植被。遊戲引擎添加了沼澤地感測器收集的噪音和資料。來自麥克風陣列的聲音會根據使用者的虛擬位置進行混合和交叉淡入淡出；您將能夠翱翔在沼澤地上空，同時聽到所有發生的事情，仔細聆聽一個小區域，或在水下游泳並聽到水聽器收集的聲音。由從現場收集的即時資料驅動的虛擬風將吹過數字樹木。
Living Observatory 更像是一個演示專案，而不是一個實用的原型，但現實世界的應用很容易想象。農民可以使用類似的系統來監控負載感測器的地塊，跟蹤水分、殺蟲劑、肥料或動物在農田內外的流動。城市機構可以使用它來監控風暴和洪水在城市中的程序，同時找到處於危險中的人併為他們提供幫助。想象在我們的日常生活中使用這項技術並不牽強。我們中的許多人外出前已經在 Yelp 上查詢餐廳。有一天，我們將能夠在前往城鎮另一端之前檢視餐廳的氛圍（現在是否擁擠和嘈雜？）。
最終，這種遠端存在可以提供僅次於瞬間移動的最佳體驗。我們有時會在出差時使用 DoppelLab 連線到媒體實驗室，因為聽到嗡嗡聲和看到活動使我們離家更近一點。同樣，旅行者可以將自己投射到家中，以便在旅途中與家人共度時光。
增強我們的感官
可以肯定的是，可穿戴裝置將主導下一波計算浪潮。我們認為這是一個創造更自然的方式來與感測器資料互動的機會。可穿戴計算機實際上可以成為感覺假肢。
長期以來，研究人員一直在人體上試驗可穿戴感測器和執行器作為輔助裝置，在稱為感覺替代的過程中，將來自感測器的電訊號對映到人現有的感官。最近的研究表明，神經可塑性——我們大腦物理適應新刺激的能力——可能使透過我們現有的感覺通道傳遞的“超感官”刺激的感知水平認知成為可能。然而，感測器網路資料與人類感官體驗之間仍然存在巨大差距。
我們認為，解鎖感覺假肢潛力的關鍵之一將是更好地掌握佩戴者的注意力狀態。當今最高科技的可穿戴裝置，如谷歌眼鏡，往往充當我們肩上的第三方代理，向佩戴者建議上下文相關的資訊（例如，當佩戴者經過電影院時推薦一部特定的電影）。但這些建議是憑空出現的。它們通常具有破壞性，甚至令人惱火，而我們的感覺系統永遠不會這樣。我們的感覺系統允許我們動態地調入和調出，在刺激需要時注意刺激，否則專注於手頭的任務。我們正在進行實驗，以檢視可穿戴計算機是否可以利用大腦固有的能力，在專注於任務的同時保持與環境的預注意連線。
我們的第一個實驗將確定現場的可穿戴裝置是否可以挑選出一組音訊源中使用者正在收聽的音訊源。我們希望使用這些資訊，使裝置佩戴者能夠像他們調諧到不同的自然聲音源一樣，調諧到 Tidmarsh 的即時麥克風和水聽器。想象一下專注於池塘中的一個遙遠的島嶼，慢慢開始聽到遙遠的聲音，就好像你的耳朵足夠靈敏以延伸距離一樣。想象一下沿著小溪散步，聽到水下的聲音，或者抬頭看著樹木，聽到樹冠頂部的鳥鳴聲。這種傳遞數字資訊的方法可能標誌著我們的感覺系統和網路感測器資料之間流暢連線的開始。可能會有一天，感覺或神經植入物會提供這種連線；我們希望這些裝置及其提供的資訊將融入我們現有的感覺處理系統，而不是進一步取代它們。
夢想還是噩夢？
對於許多人來說，包括我們自己，我們剛剛描述的世界有可能令人恐懼。重新定義存在意味著改變我們與周圍環境以及彼此之間的關係。更令人擔憂的是，普適計算具有巨大的隱私影響。然而，我們相信有很多方法可以將安全措施構建到技術中。
十年前，在我們小組的一個專案中，Mat Laibowitz 在媒體實驗室部署了 40 個攝像頭和感測器。他在每個裝置中設計了一個巨大的燈開關，以便可以輕鬆且明顯地停用它。在當今世界，散佈的攝像頭、麥克風和其他感測器太多了，任何人都無法停用——即使它們確實有關閉開關。我們將不得不提出其他解決方案。
一種方法是使感測器響應上下文和個人的偏好。Nan-Wei Gong 在幾年前在我們研究小組時探索了這種想法。她製造了一個特殊的鑰匙扣，它可以發出無線信標，告知附近的感測器裝置其使用者的個人隱私偏好。每個徽章上都有一個標有“否”的大按鈕；按下按鈕後，使用者可以保證一段完全隱私的時間間隔，在此期間，所有範圍內的感測器都被阻止傳輸他或她的資料。
任何解決方案都必須保證一個人周圍的所有感測器節點都能接收並尊重此類請求。設計這樣的協議提出了技術和法律挑戰。然而，世界各地的研究小組已經在研究解決這個難題的各種方法。例如，法律可以賦予個人對其附近產生的資料的所有權或控制權；然後，個人可以選擇加密或限制這些資料進入網路。DoppelLab 和 Living Observatory 的一個目標是瞭解這些隱私影響如何在開放研究實驗室的安全空間中發揮作用。隨著陷阱和險惡的含義顯現出來，我們可以找到解決方案。正如前 NSA 承包商愛德華·斯諾登最近的揭露向我們展示的那樣，透明度至關重要，對隱私的威脅需要在開放論壇中透過立法來解決。除非如此，我們相信草根、開源硬體和軟體開發是對抗系統性侵犯隱私的最佳防禦。
與此同時，我們將能夠開始看到在感測器驅動的世界中等待著我們的各種新體驗。我們對前景感到興奮。我們認為完全有可能開發出將融入我們的周圍環境和我們身體的技術。這些工具將使我們的注意力從智慧手機螢幕上移開，回到我們的環境中。它們將使我們更多地，而不是更少地存在於我們周圍的世界中。