这里有一个有趣的实验：尝试数数你现在周围的电子传感器。你的电脑里有摄像头和麦克风。你的智能手机里有 GPS 传感器和陀螺仪。你的健身追踪器里有加速度计。如果您在现代化的办公大楼工作或住在新装修的房子里，您会一直处于测量运动、温度和湿度的传感器的环境中。
传感器变得丰富起来，主要是因为它们在很大程度上遵循了摩尔定律：它们不断变得更小、更便宜、更强大。几十年前，现在每部智能手机中都有的陀螺仪和加速度计体积庞大且昂贵，仅限于航天器和导弹制导等应用。同时，正如您可能听到的，网络连接性已经爆发式增长。由于微电子设计以及能源和电磁频谱管理方面的进步，现在一块成本不到一美元的微芯片可以将一系列传感器连接到低功耗无线通信网络。
这个庞大的传感器网络产生的信息量是惊人的——几乎难以理解。然而，这些数据中的大多数对我们是不可见的。今天，传感器数据往往是“孤立的”，只能由一个设备访问，用于一个特定的应用程序，例如控制您的恒温器或跟踪您一天中行走的步数。
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消除这些孤岛，计算和通信将发生深刻的变化。一旦我们有了能够使设备和应用程序交换数据的协议（已经存在一些竞争者），任何事物中的传感器都可以提供给任何应用程序。当这种情况发生时，我们将进入长期预测的普适计算时代，马克·韦泽在四分之一世纪前在本杂志中设想了这一时代[参见“21世纪的计算机”；1991年9月]。
我们怀疑向普适计算的过渡将是渐进的。相反，我们怀疑这将是一场革命性的阶段转变，就像万维网的到来一样。我们看到了这种变化的开端，例如智能手机应用程序，如谷歌地图和推特，以及围绕它们出现的庞大企业。但是，一旦普适传感器数据在设备之间自由可用，创新将会爆发。下一波价值数十亿美元的科技公司将是上下文聚合器，他们将把我们周围的传感器信息组装成新一代应用程序。
预测普适计算和传感器数据对日常生活意味着什么，就像30年前预测互联网将如何改变世界一样困难。幸运的是，媒体理论可以作为指导。在20世纪60年代，传播理论家马歇尔·麦克卢汉谈到电子媒体，主要是电视，成为人类神经系统的延伸。如果麦克卢汉今天还在世就好了。当传感器无处不在——并且当它们收集的信息可以以新的方式嫁接到人类感知时——我们的感官在哪里停止？当我们可以在时间、空间和尺度上自由地引导我们的感知时，“存在”将意味着什么？
可视化传感器数据
我们用所有的感官感知世界，但我们通过移动设备上的微小二维屏幕来消化大多数数字数据。因此，我们陷入信息瓶颈也就不足为奇了。随着关于世界的信息量爆炸式增长，我们发现自己越来越无法存在于那个世界中。然而，这种数据的丰富性也有一线希望，只要我们能学会正确地使用它。这就是为什么我们在麻省理工学院媒体实验室的小组多年来一直致力于将传感器网络收集的信息转化为人类感知语言的方法。
正如像 Netscape 这样的浏览器让我们能够访问互联网上包含的大量数据一样，软件浏览器也将使我们能够理解即将到来的大量传感器数据。到目前为止，开发这种浏览器的最佳工具是视频游戏引擎——同样的软件让数百万玩家在生动、不断变化的三维环境中相互互动。通过与游戏引擎 Unity 3D 合作，我们开发了一个名为 DoppelLab 的应用程序，该应用程序获取放置在整个环境中的传感器收集的数据流，并将信息以图形形式呈现，将其叠加在建筑计算机辅助设计 (CAD) 建筑物模型上。例如，在媒体实验室，DoppelLab 收集建筑物内传感器的所有数据，并实时在计算机屏幕上显示结果。查看屏幕的用户可以看到每个房间的温度，或任何给定区域的客流量，甚至是我们智能乒乓球桌上球的位置。
DoppelLab 的功能远不止可视化数据。它还收集建筑物周围麦克风收集的声音，并使用它们创建虚拟声音环境。为了保证隐私，音频流在传输之前会在原始传感器设备上进行混淆处理。这使得语音变得难以理解，同时保持了空间的氛围及其居住者的声音特征。DoppelLab 还使体验过去记录的数据成为可能。人们可以从不同的角度观察某一时刻，或快进以检查不同时间尺度的数据，从而揭示建筑物生命周期中的隐藏周期。
像 DoppelLab 这样的传感器浏览器具有直接的商业应用——例如，作为大型传感器配备建筑物的虚拟控制面板。过去，想要追踪供暖系统问题的建筑经理可能需要整理电子表格和图表， cataloguing 异常温度测量值并搜索指向源头的模式。使用 DoppelLab，这个人可以立即看到每个房间的当前温度和所需温度，并快速发现跨多个房间或楼层的问题。更重要的是，规划者、设计师和建筑物居住者都可以看到基础设施是如何被使用的。人们在哪里聚集，何时聚集？建筑物 Changes 对人们在其中互动和工作的方式有什么影响？
但我们制造 DoppelLab 并非出于商业潜力。我们构建它是为了探索一个更大、更引人入胜的问题：普适计算对存在基本意义的影响。
重新定义存在
当传感器和计算机使虚拟旅行到遥远的环境并在那里实时“存在”成为可能时，“这里”和“现在”可能开始呈现新的含义。我们计划通过 DoppelLab 和一个名为 Tidmarsh Farms 的 Living Observatory 项目来探索这种不断变化的存在概念，该项目旨在让物理和虚拟访客沉浸在不断变化的自然环境中。
自 2010 年以来，公共和私人环保组织一直在将马萨诸塞州南部 250 英亩的蔓越莓沼泽地改造成受保护的沿海湿地系统。这些沼泽地统称为 Tidmarsh Farms，由我们的一位同事 Glorianna Davenport 共同拥有。Davenport 在媒体实验室基于纪录片的未来建立了自己的职业生涯，她对传感器丰富的环境产生自己的“纪录片”的想法很感兴趣。在她的帮助下，我们正在开发传感器网络，以记录生态过程，并使人们能够体验这些传感器产生的数据。我们已经开始在 Tidmarsh 部署数百个无线传感器，这些传感器测量温度、湿度、水分、光照、运动、风、声音、树液流动，在某些情况下还测量各种化学物质的水平。
高效的电源管理方案将使这些传感器能够依靠电池工作多年。一些传感器将配备太阳能电池，这将提供足够的电力提升，使其能够流式传输音频——微风的声音、附近鸟儿的鸣叫声、雨滴落在周围树叶上的声音。我们在马萨诸塞大学阿默斯特分校的地球科学同事正在为 Tidmarsh 配备精密的生态传感器，包括潜水光纤温度计和测量水中溶解氧水平的仪器。所有这些数据都将流入我们服务器上的数据库，用户可以使用各种应用程序查询和探索这些数据。
其中一些应用程序将帮助生态学家查看在沼泽地收集的环境数据。其他应用程序将为公众设计。例如，我们正在开发一个类似于 DoppelLab 的浏览器，该浏览器可用于从任何连接互联网的计算机虚拟访问 Tidmarsh。在这种情况下，背景是沼泽地形的数字渲染图，其中充满了虚拟树木和植被。游戏引擎添加了沼泽地传感器收集的噪音和数据。来自麦克风阵列的声音会根据用户的虚拟位置进行混合和交叉淡入淡出；您将能够翱翔在沼泽地上空，同时听到所有发生的事情，仔细聆听一个小区域，或在水下游泳并听到水听器收集的声音。由从现场收集的实时数据驱动的虚拟风将吹过数字树木。
Living Observatory 更像是一个演示项目，而不是一个实用的原型，但现实世界的应用很容易想象。农民可以使用类似的系统来监控负载传感器的地块，跟踪水分、杀虫剂、肥料或动物在农田内外的流动。城市机构可以使用它来监控风暴和洪水在城市中的进程，同时找到处于危险中的人并为他们提供帮助。想象在我们的日常生活中使用这项技术并不牵强。我们中的许多人外出前已经在 Yelp 上查找餐厅。有一天，我们将能够在前往城镇另一端之前查看餐厅的氛围（现在是否拥挤和嘈杂？）。
最终，这种远程存在可以提供仅次于瞬间移动的最佳体验。我们有时会在出差时使用 DoppelLab 连接到媒体实验室，因为听到嗡嗡声和看到活动使我们离家更近一点。同样，旅行者可以将自己投射到家中，以便在旅途中与家人共度时光。
增强我们的感官
可以肯定的是，可穿戴设备将主导下一波计算浪潮。我们认为这是一个创造更自然的方式来与传感器数据交互的机会。可穿戴计算机实际上可以成为感觉假肢。
长期以来，研究人员一直在人体上试验可穿戴传感器和执行器作为辅助设备，在称为感觉替代的过程中，将来自传感器的电信号映射到人现有的感官。最近的研究表明，神经可塑性——我们大脑物理适应新刺激的能力——可能使通过我们现有的感觉通道传递的“超感官”刺激的感知水平认知成为可能。然而，传感器网络数据与人类感官体验之间仍然存在巨大差距。
我们认为，解锁感觉假肢潜力的关键之一将是更好地掌握佩戴者的注意力状态。当今最高科技的可穿戴设备，如谷歌眼镜，往往充当我们肩上的第三方代理，向佩戴者建议上下文相关的信息（例如，当佩戴者经过电影院时推荐一部特定的电影）。但这些建议是凭空出现的。它们通常具有破坏性，甚至令人恼火，而我们的感觉系统永远不会这样。我们的感觉系统允许我们动态地调入和调出，在刺激需要时注意刺激，否则专注于手头的任务。我们正在进行实验，以查看可穿戴计算机是否可以利用大脑固有的能力，在专注于任务的同时保持与环境的预注意连接。
我们的第一个实验将确定现场的可穿戴设备是否可以挑选出一组音频源中用户正在收听的音频源。我们希望使用这些信息，使设备佩戴者能够像他们调谐到不同的自然声音源一样，调谐到 Tidmarsh 的实时麦克风和水听器。想象一下专注于池塘中的一个遥远的岛屿，慢慢开始听到遥远的声音，就好像你的耳朵足够灵敏以延伸距离一样。想象一下沿着小溪散步，听到水下的声音，或者抬头看着树木，听到树冠顶部的鸟鸣声。这种传递数字信息的方法可能标志着我们的感觉系统和网络传感器数据之间流畅连接的开始。可能会有一天，感觉或神经植入物会提供这种连接；我们希望这些设备及其提供的信息将融入我们现有的感觉处理系统，而不是进一步取代它们。
梦想还是噩梦？
对于许多人来说，包括我们自己，我们刚刚描述的世界有可能令人恐惧。重新定义存在意味着改变我们与周围环境以及彼此之间的关系。更令人担忧的是，普适计算具有巨大的隐私影响。然而，我们相信有很多方法可以将安全措施构建到技术中。
十年前，在我们小组的一个项目中，Mat Laibowitz 在媒体实验室部署了 40 个摄像头和传感器。他在每个设备中设计了一个巨大的灯开关，以便可以轻松且明显地停用它。在当今世界，散布的摄像头、麦克风和其他传感器太多了，任何人都无法停用——即使它们确实有关闭开关。我们将不得不提出其他解决方案。
一种方法是使传感器响应上下文和个人的偏好。Nan-Wei Gong 在几年前在我们研究小组时探索了这种想法。她制造了一个特殊的钥匙扣，它可以发出无线信标，告知附近的传感器设备其用户的个人隐私偏好。每个徽章上都有一个标有“否”的大按钮；按下按钮后，用户可以保证一段完全隐私的时间间隔，在此期间，所有范围内的传感器都被阻止传输他或她的数据。
任何解决方案都必须保证一个人周围的所有传感器节点都能接收并尊重此类请求。设计这样的协议提出了技术和法律挑战。然而，世界各地的研究小组已经在研究解决这个难题的各种方法。例如，法律可以赋予个人对其附近产生的数据的所有权或控制权；然后，个人可以选择加密或限制这些数据进入网络。DoppelLab 和 Living Observatory 的一个目标是了解这些隐私影响如何在开放研究实验室的安全空间中发挥作用。随着陷阱和险恶的含义显现出来，我们可以找到解决方案。正如前 NSA 承包商爱德华·斯诺登最近的揭露向我们展示的那样，透明度至关重要，对隐私的威胁需要在开放论坛中通过立法来解决。除非如此，我们相信草根、开源硬件和软件开发是对抗系统性侵犯隐私的最佳防御。
与此同时，我们将能够开始看到在传感器驱动的世界中等待着我们的各种新体验。我们对前景感到兴奋。我们认为完全有可能开发出将融入我们的周围环境和我们身体的技术。这些工具将使我们的注意力从智能手机屏幕上移开，回到我们的环境中。它们将使我们更多地，而不是更少地存在于我们周围的世界中。