佐治亚理工学院开发硬币大小的超声波标签 无需电池就能将日常物品变成私人智能家居追踪器

盖世汽车讯 大多数智能家居设备的运行都需要电。这些设备要么需要插电，要么需要充电或更换电池。据外媒报道，佐治亚理工学院（Georgia Tech）的研究人员研发出一种小型金属标签，这种标签可以在门或抽屉打开时发出信号，记录在健身房的训练次数，甚至可以追踪老年人的如厕情况。这种标签比一美分硬币还小，无需电池、无噪音、隐私性强，而且每个成本仅几美分。

图片来源：佐治亚理工学院

与其他智能家居传感器类似，这些标签的设计用途是安装在橱柜或门框等位置，例如使用3D打印底座。把标签固定在相应的门或抽屉上后，当门或抽屉打开时，标签会撞击金属圆盘，触发一个短暂的超波脉冲。这个脉冲人耳听不到，但可穿戴设备可以检测到并记录活动。

该金属标签的形状——一个中心带孔、边缘有各种切口的圆盘（类似于平垫圈）——决定了声音的频率，因此每个标签都可以被唯一识别。

主导该标签研发的机器人学博士生Yibo Fu表示：“这些独特的‘指纹’可用于智能家居传感，或者我们称之为‘活动识别’。”相关研究成果发表于期刊《Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies》。

Fu表示，这些标签可以贴在水龙头上，帮助监测用水量；也可以贴在马桶盖上，提醒护理人员家中的老人可能需要帮助；还可以贴在健身房的哑铃上，记录深蹲或推举的次数。用户还可以手动按下按钮来启动计时器或记录活动。

丹尼尔·古根海姆航空航天学院（Daniel Guggenheim School of Aerospace Engineering）的Bolei Deng专门研究振动和波，以及物体几何形状如何影响其共振。Deng和他的团队开发了建模和仿真工具，用于设计金属圆盘，使其在受到敲击时产生特定的超声波频率。

他们的仿真结果识别出近1300种初始设计方案，每种方案都能在超声波范围内产生独特的频率。这些频率均高于20千赫兹，这是人类听觉范围的上限。该团队在测试中使用了其中15种设计方案。

Deng表示：“我们可以选择20种、50种甚至100种设计，而且很可能都能奏效。此外，通过更精细的设计，我认为可用的标签总数可以非常非常大——轻松达到数千种——因为超声波的频率范围非常宽广。”

除了人耳听不到之外，使用超声波还有其他优势：即使在嘈杂的环境中，超声波也很容易被识别。而且超声波传播距离很短，只有附近的麦克风才能“听到”标签发出的信号。Deng表示，这使得此类设备具有天然的隐私性，除非其他人靠近到一米左右的范围内，否则他们不会察觉到任何活动。

研究人员还使用了另一个方法以简化系统：他们没有使用任何复杂的机器学习算法来检测超声波特征，而是创建了一个包含简单硬编码规则的算法。这种方法意味着识别信号所需的计算能力和电力都非常低。