Et skridt mod personlig, automatiserede smarte hjem

Udvikling af automatiserede systemer, der sporer beboerne og selv tilpasser sig deres præferencer, er et vigtigt næste skridt for fremtiden for smarte hjem. Når du går ind i et værelse, for eksempel, et system kunne indstille et termometer til din foretrukne temperatur. Eller når du sidder på sofaen, et system kunne øjeblikkeligt svirpe fjernsynet til din yndlingskanal.

Men at gøre det muligt for et hjemmesystem at genkende beboere, når de bevæger sig rundt i huset, er et mere komplekst problem. For nylig, Der er blevet bygget systemer, der lokaliserer mennesker ved at måle refleksioner af trådløse signaler fra deres kroppe. Men disse systemer kan ikke identificere individerne. Andre systemer kan identificere personer, men kun hvis de altid har deres mobile enheder med. Begge systemer er også afhængige af sporingssignaler, der kan være svage eller blive blokeret af forskellige strukturer.

MIT-forskere har bygget et system, der tager et skridt mod et fuldt automatiseret smart hjem ved at identificere beboere, selv når de ikke bærer mobile enheder. Systemet, kaldet Duet, bruger reflekterede trådløse signaler til at lokalisere individer. Men det inkorporerer også algoritmer, der pinger nærliggende mobile enheder for at forudsige individernes identiteter, baseret på, hvem der sidst brugte enheden og deres forudsagte bevægelsesbane. Den bruger også logik til at finde ud af, hvem der er hvem, selv i signalforstyrrede områder.

"Smarte hjem er stadig baseret på eksplicit input fra apps eller beder Alexa om at gøre noget. Ideelt set, vi ønsker, at hjem skal være mere reaktive over for det, vi laver, at tilpasse sig os, " siger Deepak Vasisht, en ph.d.-studerende i MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) og hovedforfatter på et papir, der beskriver systemet, der blev præsenteret på sidste uges Ubicomp-konference. "Hvis du aktiverer placeringsbevidsthed og identifikationsbevidsthed for smarte hjem, du kan gøre dette automatisk. Dit hjem ved, det er dig, der går, og hvor du går, og det kan opdatere sig selv."

Eksperimenter udført i en toværelses lejlighed med fire personer og et kontor med ni personer, over to uger, viste, at systemet kan identificere individer med 96 procent og 94 procent nøjagtighed, henholdsvis, også når folk ikke bar deres smartphones eller var i blokerede områder.

Men systemet er ikke kun nyhed. Duet kan potentielt bruges til at genkende ubudne gæster eller sikre, at besøgende ikke kommer ind i private områder af dit hjem. I øvrigt, Vasisht siger, systemet kunne fange adfærdsanalytisk indsigt til sundhedsapplikationer. Nogen der lider af depression, for eksempel, kan bevæge sig mere eller mindre, afhængig af hvordan de har det på en given dag. Sådanne oplysninger, indsamlet over tid, kan være værdifuld for overvågning og behandling.

"I adfærdsstudier, du bekymrer dig om, hvordan folk bevæger sig over tid, og hvordan folk opfører sig, " siger Vasisht. "Alle disse spørgsmål kan besvares ved at få oplysninger om folks placering og hvordan de bevæger sig."

Forskerne forestiller sig, at deres system ville blive brugt med udtrykkeligt samtykke fra alle, der ville blive identificeret og sporet med Duet. Hvis det er nødvendigt, de kunne også udvikle en app til brugere til at give eller tilbagekalde Duets adgang til deres placeringsoplysninger til enhver tid, tilføjer Vasisht.

Medforfattere på papiret er:Dina Katabi, Andrew og Erna Viterbi professor i elektroteknik og datalogi; tidligere CSAIL-forsker Anubhav Jain '16; og CSAIL ph.d.-studerende Chen-Yu Hsu og Zachary Kabelac.

Sporing og identifikation

Duet er en trådløs sensor installeret på en væg, der er omkring en fod og en halv kvadrat. Det inkorporerer et etagekort med kommenterede områder, såsom soveværelset, køkken, seng, og stue sofa. Den indsamler også identifikationsmærker fra beboernes telefoner.

Systemet bygger på et enhedsbaseret lokaliseringssystem bygget af Vasisht, Katabi, og andre forskere, der sporer individer inden for ti centimeter, baseret på trådløse signalrefleksioner fra deres enheder. Det gør den ved at bruge en central node til at beregne den tid, det tager signalerne at ramme en persons enhed og rejse tilbage. I eksperimenter, systemet var i stand til at lokalisere, hvor folk var i en toværelses lejlighed og på en café.

Systemet, imidlertid, stolede på, at folk bar mobile enheder. "Men ved at bygge [Duet] indså vi, derhjemme har du ikke altid din telefon med, " siger Vasisht. "De fleste mennesker efterlader enheder på skriveborde eller borde, og gå rundt i huset."

Forskerne kombinerede deres enhedsbaserede lokalisering med et enhedsfrit sporingssystem, kaldet WiTrack, udviklet af Katabi og andre CSAIL-forskere, der lokaliserer mennesker ved at måle refleksionerne af trådløse signaler fra deres kroppe.

Duet lokaliserer en smartphone og korrelerer dens bevægelse med individuelle bevægelser fanget af den enhedsfri lokalisering. Hvis begge bevæger sig i tæt korrelerede baner, systemet parrer enheden med den enkelte og, derfor, kender den enkeltes identitet.

For at sikre, at Duet kender nogens identitet, når de er væk fra deres enhed, forskerne designet systemet til at fange strømprofilen for signalet, der modtages fra telefonen, når den bruges. Den profil ændrer sig, afhængigt af retningen af ​​signalet, og at ændringen kortlægges til en persons bane for at identificere dem. For eksempel, når en telefon bruges og derefter lægges fra dig, systemet vil fange den indledende strømprofil. Så vil den estimere, hvordan kraftprofilen ville se ud, hvis den stadig blev båret langs en sti af et nærliggende bevægende individ. Jo tættere den skiftende magtprofil korrelerer med det bevægende individs vej, jo mere sandsynligt er det, at den enkelte ejer telefonen.

Logisk tænkning

Et sidste problem er, at strukturer som badeværelsesfliser, tv-skærme, spejle, og forskelligt metaludstyr kan blokere signaler.

For at kompensere for det, forskerne indarbejdede probabilistiske algoritmer til at anvende logiske ræsonnementer til lokalisering. For at gøre det, de designede systemet til at genkende indgangs- og udgangsgrænser for specifikke rum i hjemmet, såsom døre til hvert værelse, sengekanten, og siden af ​​en sofa. Til enhver tid, systemet vil genkende den mest sandsynlige identitet for hvert individ i hver grænse. Det udleder derefter, hvem der er hvem ved eliminationsproces.

Antag, at en lejlighed har to beboere:Alisha og Betsy. Duet ser Alisha og Betsy gå ind i stuen, ved at parre deres smartphone-bevægelse med deres bevægelsesbaner. Begge lægger derefter deres telefoner på et nærliggende sofabord for at oplade — Betsy går ind i soveværelset for at sove; Alisha bliver på sofaen for at se fjernsyn. Duet udleder, at Betsy er gået ind i sengegrænsen og ikke er gået ud, så skal være på sengen. Efter et stykke tid, Alisha og Betsy flytter ind, sige, køkkenet – og signalet falder. Duet grunder til, at to personer er i køkkenet, men den kender ikke deres identitet. Da Betsy vender tilbage til stuen og tager sin telefon, imidlertid, systemet gentagger personen automatisk som Betsy. Ved eliminationsproces, den anden person, der stadig er i køkkenet, er Alisha.

"Der er blinde vinkler i hjem, hvor systemerne ikke virker. Men, fordi du har logiske rammer, du kan gøre disse slutninger, " siger Vasisht.

"Duet har en smart tilgang til at kombinere placeringen af ​​forskellige enheder og knytte den til mennesker, og udnytter enhedsfri lokaliseringsteknikker til lokalisering af mennesker, " siger Ranveer Chandra, en hovedforsker hos Microsoft, som ikke var involveret i arbejdet. "Nøjagtig bestemmelse af placeringen af ​​alle beboere i et hjem har potentialet til at forbedre brugernes oplevelse i hjemmet betydeligt. … Hjemmeassistenten kan tilpasse svarene baseret på, hvem alle er omkring det; temperaturen kan automatisk styres baseret på personlige præferencer, hvilket resulterer i energibesparelser. Fremtidige robotter i hjemmet kunne være mere intelligente, hvis de vidste, hvem der var hvor i huset. Potentialet er uendeligt."

Næste, forskerne sigter mod langsigtede implementeringer af Duet i flere rum og at levere analytiske tjenester på højt niveau til applikationer såsom sundhedsovervågning og responsive smarte hjem.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.