利用進(jìn)化的傳感器和AI，擴(kuò)大感知能力

對(duì)于所有生物來(lái)說(shuō)，對(duì)于外界情況的感知能力都是其賴以生存不可缺少的能力。人類通過(guò)視覺(jué)、聽覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)和觸覺(jué)的五感來(lái)收集信息，并發(fā)揮高度的智慧來(lái)認(rèn)知和理解周邊狀況，進(jìn)行高度的行動(dòng)和判斷。總體來(lái)看，人類的感知能力在生物界中可謂是較為優(yōu)異的吧。

但如果從個(gè)別的感知能力來(lái)看，有很多生物持有超過(guò)人類的優(yōu)異能力。比如，蜻蜓的復(fù)眼具有捕捉周圍物體動(dòng)向的視覺(jué)能力，狗的聽覺(jué)和嗅覺(jué)也是我們?nèi)祟悷o(wú)以相比的。有些生物則能夠捕捉人類無(wú)法檢測(cè)到的信息，例如候鳥能夠感知地磁來(lái)決定其飛行方向。如果再發(fā)揮一下想象的話，可能存在某些捕捉信息的感知能力，而這種能力是現(xiàn)存的生物所不具備的。

如果能夠通過(guò)機(jī)器的幫助獲得超越人類五感的知覺(jué)，會(huì)對(duì)我們的生活和社會(huì)帶來(lái)怎樣的變化呢？在本期中，我們將就實(shí)現(xiàn)超五感的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用動(dòng)向進(jìn)行介紹。

利用進(jìn)化的傳感器和AI，擴(kuò)大感知能力

傳感器是具有獲取外界信息功能的電子設(shè)備。目前，已經(jīng)有多種傳感器可以再現(xiàn)人類的五感，比如圖像傳感器、麥克風(fēng)、加速傳感器、溫度傳感器等。很多傳感器的性能已經(jīng)具有超越人類本身的能力，例如能夠在黑暗中感知到周邊物品的紅外線圖像傳感器。而有些傳感器則可以獲取人類所無(wú)法檢測(cè)到的信息，例如地磁傳感器和CO2傳感器等。

隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，今天我們已可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人類能力的信息收集能力。但是，獲取信息的增加和多樣化并不能夠立即擴(kuò)展為人類的感知能力。如果不同時(shí)提高信息處理能力，對(duì)收集到的信息進(jìn)行妥善處理，就無(wú)法提高自身的感知能力。

例如，在舉辦體育活動(dòng)等時(shí)，已經(jīng)可以使用臉部識(shí)別技術(shù)來(lái)進(jìn)行入場(chǎng)者的個(gè)人認(rèn)證。如果事先注冊(cè)了圖像數(shù)據(jù)的話，還可以通過(guò)人臉識(shí)別入場(chǎng)，而無(wú)需使用門票。并且，近年來(lái)的技術(shù)還可對(duì)攝像頭鏡頭中的人群圖像進(jìn)行統(tǒng)一識(shí)別，區(qū)分可直接入場(chǎng)的人群和需要買票入場(chǎng)的人群，從而引導(dǎo)入場(chǎng)者順利入場(chǎng)，減少排隊(duì)。并且，由于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，還可以對(duì)入場(chǎng)者的年齡和性別進(jìn)行推測(cè)。

此類通過(guò)機(jī)器獲得的高度的感知能力，可以說(shuō)是超過(guò)人類本身能力的超五感。但是，在這個(gè)例子中，并不是通過(guò)收集信息的傳感器，換而言之是通過(guò)攝像頭的性能進(jìn)化實(shí)現(xiàn)了超五感，而是由于人工智能（AI）的進(jìn)化，對(duì)于所取得圖像的識(shí)別處理得以提高，從而促進(jìn)了超五感的實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)聲音和振動(dòng)檢測(cè)機(jī)器故障，從呼氣檢測(cè)癌癥癥狀

人類所具有的高度的感知能力是通過(guò)眼和耳朵等感覺(jué)器官的檢測(cè)能力和大腦的認(rèn)知能力共同實(shí)現(xiàn)的（圖1）。同樣，通過(guò)傳感器和AI分別進(jìn)化，并進(jìn)行組合活用，則可實(shí)現(xiàn)超五感。下面，我們將截取部分已實(shí)現(xiàn)實(shí)用化或正在開發(fā)中的超五感的應(yīng)用實(shí)例來(lái)進(jìn)行介紹。

圖1人和機(jī)器的感知能力均由檢測(cè)（信息收集）與認(rèn)知（信息處理）的組合構(gòu)成

在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，超五感已經(jīng)在很多方面付諸實(shí)際應(yīng)用。在生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品的工廠中，往往有一些老練的作業(yè)人員，他們能夠從裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音中分辨出微小的異常，并察覺(jué)出故障的征兆。可以說(shuō)，這是通過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)掌握的屬人性技能，是普通人無(wú)法獲取的高度感知能力。但是現(xiàn)在，通過(guò)在裝置上安裝高精度的加速度傳感器，便可運(yùn)用AI技術(shù)，從振動(dòng)的微小變化中檢測(cè)到故障的征兆。此外，哪怕是細(xì)微的異常聲音，也可使用攝像頭拍攝發(fā)出異音的位置，并在圖像上進(jìn)行明確指示。此類技術(shù)目前也已付諸實(shí)用。由此可見，通過(guò)將聽覺(jué)信息轉(zhuǎn)換為視覺(jué)信息，便可實(shí)現(xiàn)人類所無(wú)法擁有感知能力。

在醫(yī)療領(lǐng)域，超五感的應(yīng)用實(shí)例也逐漸增加。在人體的排出物中，包含著反映身體狀況和健康狀態(tài)的多種信息。呼吸時(shí)吐出的呼氣也是如此。目前已知，在人的呼氣中含有顯示癌癥預(yù)兆的成分，進(jìn)而導(dǎo)致其氣味的變化。但是，這種氣味的變化極其微弱，依靠人類的嗅覺(jué)很難檢測(cè)出來(lái)。而嗅覺(jué)靈敏的狗則可以分辨出這種氣味的差別。因此，利用經(jīng)過(guò)特殊訓(xùn)練的所謂“癌癥探測(cè)犬”來(lái)進(jìn)行癌癥檢測(cè)的方式已投入使用。目前，很多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行相關(guān)研究，以期能夠?qū)⒂糜跈z測(cè)呼氣中含有成分的氣體傳感器與AI等信息處理系統(tǒng)相組合，從而實(shí)現(xiàn)這一功能。如把此類功能搭載于智能手機(jī)上，便有可能可利用日常通話時(shí)的呼氣來(lái)進(jìn)行癌癥檢查。此外，人們還在嘗試分析呼氣中含有的丙酮成分，并將其結(jié)果用于生活習(xí)慣病的預(yù)防和減肥等。

HSI——從看不見的光線中尋找富有價(jià)值的信息

此外，通過(guò)圖像傳感器來(lái)檢測(cè)紫外線和紅外線等人類無(wú)法感知的波長(zhǎng)的光線，并與AI等高度的信息處理技術(shù)相組合，便可取得可見光所無(wú)法獲取的信息。這種被稱為“超光譜成像”的技術(shù)目前也正得到積極的開發(fā)和利用。

即便是通過(guò)可見光獲得的信息，根據(jù)不同的信息處理方法也可獲得出人意料的高附加值信息。例如，番茄中所含有的番茄紅素能吸收藍(lán)色和綠色的光，所以含有番茄紅素較高的番茄看起來(lái)是鮮艷的紅色。也就是說(shuō)，我們可從顏色來(lái)檢測(cè)其營(yíng)養(yǎng)素。如果能將同樣原理的手法也使用于可見光以外的光線，便可通過(guò)非接觸的手法，獲取更加豐富的信息。

例如，從人造衛(wèi)星上用可見光和紅外線所拍攝的影像中，可以確定土地、大氣和水質(zhì)的污染狀況及地表生長(zhǎng)的樹木種類等情況。此外，還可在食品生產(chǎn)線上發(fā)現(xiàn)異物或異常成分的混入，或者對(duì)美味成分油酸等特定的氨基酸進(jìn)行含量評(píng)價(jià)。根據(jù)人眼所無(wú)法檢測(cè)的臉色變化，還能夠?qū)θ梭w的健康狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查。

無(wú)論傳感器和AI，都仍有很大的進(jìn)化空間。通過(guò)這些進(jìn)化，人類今后將獲得怎樣的超五感呢？此中似乎孕育著無(wú)限的可能性。