从几年前开始至今,包括科学家们在内的主流业界与学界不断提及“无所不在的网络”概念,技术上总称为“普适性计算”,这是迄今为止全球范围内在最大程度上达成共识的一个方向,并且在这一方向的进化路途中,诞生出各种各样的创新技术,正一步步地把”普适性计算”所预言的那个未来向我们推进。它究竟是怎样的?
当时,年轻的MarkWeiser得知自己身患癌症之后,立即投入人生的最后一项工程——写一本有关“无所不在的计算”的权威性著作。他拼命工作,不仅仅想让人们系统了解他的技术观点,还要向后来者阐述这场革命的精神核心和哲学灵魂——技术将如何和谐地融入我们的生活之中。
在Weiser看来,普适计算的本质不在于开发新的计算设备,而在于开发新的计算模式以及与之相适应的人与计算机之间新的交互方式,使计算机真正进入人们的工作和生活,成为像空气、水电一样的生活必需品,并像笔纸、刀叉一样使用方便
在普适计算理念之下,Weiser认为21世纪的计算机会融入网络、融入环境、融入生活。为此,计算机会更小、更廉价;同时,它们会有网络连接、超越图形界面、可以与环境和人做更多的交互。他觉得最伟大的计算技术是那些从人们的视线中消失,而融入日常生活用品当中,让人们意识不到计算机器的存在。这听起来有点老庄意味的观点就是普适计算的核心所指——也即MarkWeiser对于智能机器设备在未来趋势的定义:”融入网络、融入环境、融入生活”,具体包含三种形式:
直译为无所不在的运算Ubiquitous,在1991年由MarkWeiser所提出的一种简单的人机互动概念,定义是把资讯处理流程集成进一天中所有的事物(object)和活动(activities)当中的后台式模型(post-desktopmodel),主要观念在于把电脑计算内嵌入现实生活且并且可以融为一体的假设,以达到生活当中无所不在的运用到电脑的资源,U.C.也可以引入多种行动装置和同步系统,并且可以让人不自觉没有意识到这些装置的活动。
有两个例子为,像是电影关键报告中,一个顾客踏进一个服饰店中马上就透过生物辨识技术查出顾客以往的购买记录资料,找出顾客可能偏好的产品,并且透过虚拟投影技术推荐给顾客,这些计算都是顾客在无感知的情况之下达成。另外一个例子是应用在车辆交通上,在车上也会装有感应器(sensor),监控一路行驶情况,以免在道路上发生任何事故;又例如洗衣机有精密的程式控制,但是我们仍然还需要控制机器,但是在U化的世界中,洗衣机会自动侦测衣服上的传感器,来调整洗衣的参数设定等等。
1991年MarkWeiser所发表的论文中提出了无所不在运算(Ubiquitous)的概念后,之后也常被称为PervasiveComputing,这两者之间看似并没有被十分明确的区別,但是事实上,PervasiveComputing可视为UbiquitousComputing的延伸发展,两者都是大范畴的概念,引述GuruduthBanavar等的论文对PervasiveComputing的何新定义如下:
因此可知,Ubiquitous的目的在于利用嵌入式系统创造一个随时随地,无所不在的计算,而Pervasive又大大扩充了Ubiquitous的能力,Ubiquitous强调的是着重在嵌入式装置的功能,而Pervasive则是扩充行动装置的计算能力(mobilecomputing)以及分散式运算(Distributedcomputing)或Web-Based的功能等,让使用者的环境中执行工作时可达到更强大的效果,如结合Mobile、Wireless。例如:借由RFID传感追踪老人状态的智慧照护环境、居家环境的远距医疗服务都是PervasiveComputing的应用。
Mobilecomputing的意义在于当某人正在移动时所利用科技装置所展现出的计算能力,但是Mobilecomputing不一定是无线的,但也可以是无线基於无线装置发展出来的运算,比如Location-BasedService,主要强调的是点在点之间移动时的计算能力。例如手持功能强大的iPod就是一种mobilecomputing,或者是拿个PSP或手机趴趴走边打电动也是。
WirelessComputing强调的是利用无线技术来做资料存取与计算,如蓝牙、无线电、WiFi等,但是值得注意的是,Wireless也不一定是mobile,例如家中的防盗装置是固定不动的,或是智慧型家电但是这些都具有WirelessComputing的功能,例如我们可以在外面wirelesscomputing做到远端遥控家里的智慧冰箱功能一般。
尽管早在上个世纪90年代中期,情景感知计算就已经被提出,但是其应用还是在近些年才开始发展。目前较多运用于实时路况信息的提供服务,然而,情景感知的应用范围不仅如此而已,举几个例子来说吧:
外出旅游
购物
家庭应用
当情景服务应用在家庭中的时候,主要起到帮助用户避免危险等作用。例如,当感知到危险信号的时候,家中的灯会自动打开,当洗衣机洗好衣服的时候,会自动响铃提醒。更多这方面的应用,对于独自居住的老年人来说是非常合适的。
电脑
情景感知计算在计算机系统里的应用可以根据系统配置、用户使用情况、用户偏好等自动在网络上搜索合适的软件,免去了用户搜索的麻烦,被称作是一项“解约注意力”的体验。此外,情景感知计算还可以根据发送人或词汇统计特性的不同,将邮件自动分类。此后的发展趋势则是进一步降低用户的分心程度,帮助用户将注意力放在重要的内容上。
说到这里,又让我不禁想起了当年的HTC,早年前,HTC曾在英国等地举办过一拨名为”You”的Campaign,取得了非常不错的反响。Youdon’tneedtogetaphone.Youneedaphonethatgetsyou其实当时这种智能型情景感知的移动理念已经成为商界倡导的主流方向。而之后HTC相继推出的HTCSense概念,围绕各种定制化和个性化的菜单和操作,至少从理念上来说,已经是普适时代下的智能感知范畴了.
HTC“YOU”campaignTVC宣传片
科学家表示,普适计算的核心思想是小型、便宜、网络化的处理设备广泛分布在日常生活的各个场所,计算设备将不只依赖命令行、图形界面进行人机交互,而更依赖“自然”的交互方式,计算设备的尺寸将缩小到毫米甚至纳米级。
人机交互研究领域的开创者之一、微软首席用户体验设计专家比尔·巴克斯顿指出:“最终,我不会同计算机交互,我将同计算机提供的服务交互。未来,各种技术将糅杂在一起,出现一个无缝的设备生态系统,所有设备都能交互作用。”
在普适计算的环境中,无线传感器网络将广泛普及,在环保、交通等领域发挥作用;人体传感器网络会大大促进健康监控以及人机交互等的发展。各种新型交互技术(如触觉显示、OLED等)将使交互更容易、更方便。
正如巴克斯顿所说,消费者将不会再花大价钱购买那些拥有容量超大的存储器、运算速度超快的处理器、不同软件包的物理状态的计算机,他们更倾向于通过目前正在使用的、内置有计算机芯片的移动设备(包括照相机、智能手机和汽车)来获得这些服务。
为了让这一点成为可能,输入设备需要超越目前主板、鼠标等所硬件所强加的限制。触摸屏和iPad的多点触控在这方面算是先行一步,适应了人类本能性地希望以触摸的方式来感知实物,进行操作,所以,触摸屏在这方面是一种很微妙的回归;微软的一系列未来展望视频中,除了智能手机外,几乎不再有计算机的出现了,任何面板,墙面,桌面,都能够成为触摸操作界面,从计算机趋于不可见这一角度来说,微软也算是这一领域的成员之一了。
除了无处不在的计算机,要真正实现普适性科学家所称的未来智能生活空间,各种隐形的甚至能够穿戴,或附于人体内以及空气中的各种微型感应器也将会在这股普适性计算时代的潮流中将迎来自己的喷井期。届时,用户不需要走到特定的地方与智能家电进行交互操作,也不需要穿戴特殊的设备或标志让智能家电设备知道他们在哪里。用户可以随时随地地与一系列动态智能家电进行不间断的交互,其中包括许多用户感知不到的设备。为了支持更多形式的智能交互,智能家电必须具备感知外部环境的能力,即“无所不在的感知”,这种感知体现在对环境、用户和设备的感知。
对环境的感知体现在物理应用环境建模以及智能家电对其自身位置的感知上。
不仅在各种外界环境中,未来我们的家庭将变得更加智能。智能家电将对对用户的动作,指令,生物特征,动作等进行感知与识别。提供全新的更融于生活的全新智能交互体验,它包括以下方面:
对设备的感知使智能家电具有自主性,能够自主地与其他家电设备协同,以完成某项功能。对设备的感知能力包括三方面内容:
MITUbiquitousSensorPortals此视频为MIT麻省理工实验室开发的普适化智能传感器的产品原型演示。
Nike+iPod
Nike+iPod运动套件是测量和记录步行及跑步距离和速度的装置。它包含一个装在鞋底的微型计速传感器,通过和随身携带的iPodNano或iPodTouch2互相通讯,进行工作。连上iTunes,还能查阅曾经步行或跑步的历史记录。
Nike+iPod套件可以记录使用者在健身设备上的锻炼数据,这些数据包括力健跑步机、多功能训练鞋,和立式及卧式脚踏车。用户只需将自己的iPodNano的连接到健身中心的心肺设备,无需体育套件即可实现这一功能。Nike+还能让用户把这些数据记录到专门网站上。
2008年苹果公司将Nike+功能内置整合到iPodTouch2代中,不再需要额外的套件接收装置.
互联网电冰箱(Internetrefrigerator)
联网汽车——FordEvos
福特推出的高科技油电混合车Evos最大的特色就是车上的云端智能系统。这个系统能够根据云端的个人信息来为驾车者规划行程。假设你的会议临时取消了,它会自动连到你房间的系统把闹钟往后调,让你多睡一会儿。在家里的音乐听到哪了,到车上就从哪开始继续听。它甚至可以根据你的行程和开车习惯自动帮你规划行车路线。最有趣的是它还可以帮你监控心跳率,一方面为你的健康把关,另一方面可以警示疲劳驾驶的状况。真的是好方便呢!
WithingsBloodPressureMonitor苹果iOS血压计
智能尘埃
美国加州大学柏克莱分校日前宣布,他们已开发出一种新型侦察用微型探测器,取名“智能尘埃”。
智能灰尘就是典型的技术发明之一。智能灰尘是科学家发明的一些细小的,廉价的感应器。它们散布在整个环境中对各种物体进行实时监测,实时传输人和环境的数据信息。通过集群无线联网,不计其数的智能灰尘通过不同的排列组合进行数据分析,为人类搭建一个可定制化智能计算环境,帮助人类监测世界气候、地震、车流量等等。而这个环境就是普适计算环境。
RFID标签
无线射频识别标签,通常为一片半导体芯片,带有存储单元和天线。各种信息芯片的存储单元,通过天线与读取器进行非接触通信,而多数RFID标签并不需要电池。
随着定位传感器、无线通信尤其是互联网的普及和分布式计算技术的进步,普适计算的实现条件越来越成熟,普适计算的概念得到了更多的认可。看来,普适计算的时代已离我们并不太遥远。
普适性计算,对于人们的日常生活来说,究竟有怎样的影响呢?
普及运算在各种家电和电子产品的设备中都有使用,如电锅、微波炉和冰箱等家电,以及DVD机、数位电视等影音产品。而在普适性计算之下的智能家居则是更进一步地更为消费者提供的是一种全新的系统性的无所不在的数字化生活方式。利用最新的短距离无线通讯技术(RFID)、智慧设备管理技术、多媒体处理技术,将传统的家电、PC、手机等家用产品升级为网络家电产品,并构成一个连接家庭内部全部设备的家庭网络。随时随地利用手机、电脑、电视等,对家里的一切实施监控,并实现资讯共用与沟通,一切将尽在主人掌握之中。
项目案例:微软未来之屋
未来之屋是微软创新研究室中的一个重要的项目。其呈现的境况大致是这样的:联网的家中所有家电家居设备整合成为一个强大的云计算信息依托系统,同时,输入/输出设备多元化,最常见的输出设备即显示器会越来越大,而且出现在房间的很多角落,甚至可能直接融入墙面中。而输入设备,则从鼠标、键盘变成了语音识别、手机、投影仪、相机和无线射频识别标签。
听上去并无新意。但不妨看看巧妙联通后的效果。比如门铃,传统上只是一个声音提示工具,即敲门的延伸。可微软认为,门铃首先可以和锁结合起来,当门被锁起来,也就是房间里确认没有人的时候,有人按门铃的信息是可以传递到房屋主人的手机上的。其次,它装有摄像头,可以把按门铃的头像拍下传到主人的手机上。如果主人信任敲门者,可以通过手机把门打开,如果不行,则可以启动留言系统,甚至按下一个模拟狗叫的功能。
另一个微软构想中的人机互动是这样的:你的厨房天花板上有一枚机器眼的投影仪,当你把搅拌机和一些菜蔬放在它下面,它会自动对其进行信息处理,然后用投影仪在桌面上打出相应的菜谱。
除了家庭生活,在办公环境中将更大化地促进办公效率,智能化办公时代必然已呼之欲出。
所用的交互技术包括:
计算机系统自动适应人,以优化使用、欣赏、信息的组织和理解。这种空间对许多应用是很理想的,例如,教育和娱乐、科学可视化、视频会议等。
植入RFID来记录老年人生活习惯的居家看护设备拐杖i-Stick、智慧餐盘,及使用手机提供随身健康餐饮的顾问服务,借由RFID传感追踪老人状态的智慧照护环境、居家环境的远距医疗服务HomMed、可携式小型医院MDkeeper等,医疗与健康领域是智能普适计算中正在快速成的重要领域。预计至2025年的年成长率可达20%以上,其中,信息数据的有效分析与应用是其中的关键。
在一个智能教室环境下,如果投影设备的显示效果不是很理想,教师可以通过自己的PDA向学生的PDA发送电子课件。当教师走近学生讨论组时,其PDA会动态加入该组,下载该组的讨论材料。这便是以亚利桑那州立大学,arizonastateUniversity(ASU)为代表的致力于普适智能学习与教育研究的先驱人士所描绘的未来智能教室环境场景。其普适环境由投影机、教师PDA、学生PDA组成,该系统通过可重新配置的上、下文敏感中间件,突出对环境的感知和动态自组网络通信的支持。
未来的移动设备,就像是一个中心枢纽控制器,可以通过手机,对办公室,家中的设备,汽车等个人生活进行全方位的智能化监控和管理,同时,你的生活轨迹,工作情况,甚至是个人喜好,习惯都会被计算机记录,从而会越来越了解你的需求,为你推送个性化和定制化的讯息与服务。
诺基亚移动智能机器人就是一个典型例子
诺基亚机器人由情景模式机器人(ProfileBot)、闹钟机器人(AlarmBot)、快捷方式机器人(ShortcutBot)和电池机器人(BatteryBot)组成,这些程序在后台运行,学习用户的操作,然后给出最佳的建议。他们的功能依赖于了解和理解用户使用手机的习惯,所以在用户没有进行操作之前,这些程序是什么都不做的。
网络尽管多年以来一直被成为虚拟世界,然而今时今日,网络为人类造就的价值却是实实在在的。尽管我们也会担心某一天,所有电脑里的数据都消失了怎么办,尽管我们也一直声称机器总是机器,肯定不比人类自身可是,人会衰老,我们的记忆也会消退,技术已经成为我们生活不可获缺的一部分。
导演斯坦利·库布里克在电影《2001太空漫游》中向观众介绍了智能电脑哈尔,至今智能电脑哈尔仍是一个令人兴奋的设想:计算机对其本身和生活在三维世界中与其互动的人有知觉。此时此刻,我们已经实现了通过3D摄像头与动作来指挥设备,通过身体运动与声音命令来控制游戏,无需使用任何手柄或键盘,实现了屏幕里的游戏体验与真实世界一样自然。相信不久之后,我们或许真的能够与计算机“交谈”,届时,今天的移动智能概念将被彻底颠覆和革新——未来人们需要的不仅是更小的移动装备,而是不借助任何装备,这才是真正意义上的移动智能生活体验。
即便真的如此,然而我们都知道,在错与对之间选择也许并不算那么困难,若要在对和更对之间做出比较判断,或许才是更难的。在普适计算成真的那个时代,智能的空间,智能的机器和巨大的智能网络使人类获得了前所未有的更大的主动权和控制权,肢体和身心获得了更大的物理性解放,但同时,却也需要面对更多的选择和对自身决策能力与自主能力的更大挑战。届时,我们的一举一动,都将不可撤销的。