智能牆：能感知人體觸摸與室內活動！

導讀

近日，美國卡耐基梅隆大學與迪士尼研究院的科研人員採用簡單的工具與技術，例如滾漆筒和導電塗料，讓一堵「啞口無聲」的牆變得智能，從而可以感知人體觸摸、檢測姿勢以及家電使用情況。

背景

日常生活中，我們身邊隨處可見各種各樣的牆。牆的最主要作用是分隔空間，除此之外還有圍護、承重、隔熱、保溫、隔聲等。

（圖片來源：迪斯尼）

然而，這種歷史悠久的傳統建築結構與新興科技相互結合，又會煥發出什麼樣的新活力呢？

創新

近日，美國卡耐基梅隆大學（Carnegie Mellon University）與迪士尼研究院（Disney Research）的科研人員採用簡單的工具與技術，例如滾漆筒和導電塗料，讓一堵「啞口無聲」的牆變得智能，從而可以感知人體觸摸、檢測姿勢以及家電使用情況。這種轉變的成本相對較低，每平方米約花費20美元。

4月21到26日，在蒙特利爾召開的計算機系統中的人為因素的會議上，HCII 的博士生 Yang Zhang 將發表一篇稱為「Wall++」的論文。

（圖片來源：迪斯尼）

技術

卡耐基梅隆大學人機交互研究所（HCII）助理教授 Chris Harrison 表示：「牆通常是房間內具有最大表面積的區域，可是目前我們除了用它來分隔空間外，並沒有更多地利用它，或許還有挂圖片和放書架的用途。隨著物聯網與普適計算變為現實，讓牆變為我們生活和工作環境中的活躍部件的想法頗具吸引力。」

研究人員發現，他們採用導電塗料能創造出跨越整個牆面的電極，使之既可以像觸摸板一樣追蹤人體觸摸，也可以像電磁感測器一樣檢測與追蹤電氣設備和家用電器。

Zhang 表示：「牆非常大，所以我們明白為智能牆開發的技術應該是低成本的。」因此，他和他的同事們不考慮昂貴的塗料，例如那些含銀的，而是採用了含鎳的水基塗料。

他們也想通過簡單的工具和普通的技能，讓這種特殊塗料的應用變得容易。他們採用畫家膠帶，在牆上創造出一種用交叉線畫成陰影的圖案，從而設計出鑽石網格。測試顯示，這是最高效的電極圖案。用滾筒塗上兩層導電塗料之後，他們移除了膠帶並連接電極。然後，他們再用一層標準的乳膠塗料塗在最上層，用於提高穩定性和隱藏電極。

（圖片來源：迪斯尼）

電極牆的工作模式有兩種：電容感應和電磁感應。在電容感應模式中，牆體就像其他的電容觸摸板一樣，當有人觸摸牆體時，觸摸使得牆體上位於這個點的電場發生扭曲；在電磁感應模式中，電極可以檢測到不同電氣裝置和電子設備特有的電磁信號，使得系統可以分辨設備以其位置。

（圖片來源：迪斯尼）

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同樣，如果一個人正佩戴著可以激發電磁標誌的設備，系統就可以檢測到那個人的位置。

（圖片來源：迪斯尼）

Zhang 表示，Wall++ 尚未進行能耗優化，但是他估計牆體電極的功耗與標準的觸摸屏差不多。

價值

這種智能牆，讓用戶以最方便的方式，在牆體上任意位置放置或者移動光線開關和其他控制設備。此外，他們還可以通過姿勢控制電子遊戲。系統可以通過監測室內活動，在電視打開時，調整室內光線的亮度；或者在洗衣機或電熱壺關閉時，提醒處於其他位置的用戶。

對於智能家居和物聯網來說，這種智能牆的研發的確是一項非常有意義的創新成果，讓原來傳統的牆體與與人進行更加智能的交互。

關鍵字

人機交互、物聯網、智能家居

參考資料

【1】https://www.cs.cmu.edu/news/paint-job-transforms-walls-sensors-interactive-surfaces

【2】https://dl.acm.org/citation.cfm?doid=3173574.3173847

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