科學家實現人類行走識別
中國航空報訊：最近，研究人員已經開發了一種遠程感測器，能通過測量微小的地面震動，分析人們的行走信息。
很多機器能識別人類的指紋或面部特徵。此外，它們依據其他一些特徵辨別人類。每個人的走路姿勢也是獨一無二的，除了可以用於識別身份外，還能顯示一個人的情緒和健康狀況。最近，研究人員已經開發了一種遠程感測器， 能通過測量微小的地面震動，分析人們的行走信息。
斯坦福大學的研究人員Hae Young Noh說：「人們的走路方式是獨一無二的，像指紋一樣。」當還是卡內基梅隆大學的土木與環境工程師時，就開始了這一研究。人們的腳步能透露「他們的身份、所在位置、正在做的事情，甚至是認知狀態」。如果感測器能夠檢測到個體的腳步特徵，電腦軟體就能通過分析，確認個體的身份。
走路姿勢不僅能證明身份。Noh說：「你能從一個人的走路姿勢中，了解很多信息，包括與健康相關的信息。」舉個例子，如果一個人走路一隻腳輕一隻腳重，這種不平衡可能預示他患有某種神經性疾病。這類信息可以幫助醫生監測一些想要獨立生活的老年人和有其他風險的患者。他們能通過非接觸式追蹤患者的行走特徵，並確定他們的健康狀態。
為了測量走路姿勢中含有的豐富信息，最初，研究者還需要給志願者配備可穿戴的裝備， 或者讓他們在特殊的墊子或改造過的地板上行走。但是，Noh、卡內基梅隆大學電子與計算機工程師Pei Zhang等人決定開發遠程的腳步感測器。在研究中，他們主要利用了一種現象： 牆壁和地板能夠捕捉所在空間中的任何活動， 引起的微小震動。Noh說道：「我們稱之為『建築感測器』，即我們能將一些大型的實體建築如大樓和橋樑作為感測系統，間接地監測人和周圍環境。」
但僅僅檢測由腳步引起的震動，就需要非常靈敏的感測器。「我們的感測器有多靈敏呢？ 舉個例子，你坐在椅子上，感測器放在距離你一米遠的地上，」Zhang說，「它能檢測到你的心跳。」Noh表示，每個感測器都是高約幾厘米的圓柱形儀器，把它們放在地上，可以收集到遠在20米外的行人的步行信息。研究人員能在想要檢測腳步的地方，把感測器排成一個陣列。但在人流密集的建築里，這些靈敏的感測器會收集過多的信息。因此，研究團隊需要「教會」這個新系統，如何從背景雜訊中辨別腳步信號。
Noh說：「濾除雜訊是我們在研究中遇到的最大的挑戰。」克服這一困難，需要同時解決硬體和軟體的問題。在硬體端，每個感測器都有一個放大器，可以自動改變需要增強的腳步信號的數量。如果一個人像是從遠處走來，那麼放大器就會將腳步聲放大。隨著腳步信號的增強，放大器能自動調節，降低感測器的靈敏度， 避免感測器失效。Noh將這一過程比作為遠程控制音量的揚聲器：當收聽者離揚聲器較遠時， 會將音量開大以聽得更清楚。當他們走近的時候，他們會調小音量。「我們通過各種信號處理 和機器學習技術，識別哪些是與人有關的信號， 哪些無關的雜訊。」此外，這一感測器和其他腳步探測的方法（比如，其他可穿戴設備或壓力毯） 一樣，能用來確定個人身份和可能存在的健康問題。
根據這一通過電腦監視器顯示行人走路姿勢的方法，一名研究者想到了一種更加奇妙的設備。英特爾公司新興物聯網網路的總工程師與主任Eve Schooler表示，她對開發科技版本的「活點地圖」（Marauder』s Map），具有興趣。在《哈利·波特》電影中，活點地圖（上面是帶有魔法的建築平面圖）能根據腳印，顯示出人們所在的位置。在現實生活中，這種設備或許能夠實時追蹤建築中的人或其他目標。受Schooler建議的啟發，卡內基梅隆大學的研究團隊創新了他們的產品，並設計了一種數字顯示器，能夠顯示在一個樓層平面上出現的腳印。
Schooler指出，在小說中，活點地圖只能用於霍格沃茨魔法學校，但是科學家發明的攜帶型腳步感測器可以用在任何地方。「他們開發的一些演算法，讓整個系統具有很強的可移植性。這正是讓我們感興趣的地方，」她說，「使用者不需要進行各種調整以分辨整幢大樓里的人——這個設備可以直接完成這些工作。」
一旦設備了解了一個人的腳步特徵，無論在家還是辦公室，這些感測器陣列都能識別出這個人。此外，這一設備的價格還較為經濟（Noh估計每一個感測器的成本，約為10~20美元）。他們能每隔20米放一個感測器，繪製出整層樓的圖像。Schooler認為這一設備似乎可以被廣泛應用。
但這一系統的監測能力，很明顯會引起有關隱私的爭議。因此，研究者建議這一技術只作為獲得雙方同意的醫療保障設備。他們指出， 這種監測系統可以幫助看護人員了解老年病患何時可能會摔倒，或者幫助兒童醫院儘快發現小孩可能患的一些慢性疾病，如肌肉萎縮症等。在這些場景下，研究者們認為腳步感測器對隱私的保護或比拍攝圖像的照相機更好。Zhang說：「實際上，這一系統的研發也正是因為其他類型的監測機制，可能會侵犯隱私。但我很樂意犧牲一點隱私數據，來發現疾病和避免摔倒。」
