盡管今天的電子設(shè)備已經(jīng)廣泛采用了觸控屏，大多數(shù)家用和商用物品仍然不具備觸控功能。現(xiàn)在，一種利用反射 Wi-Fi 信號(hào)的新型智能標(biāo)簽可以讓這些非觸控物品具備觸控功能。

智能標(biāo)簽不算是個(gè)新點(diǎn)子，但是大多數(shù)之前的智能標(biāo)簽若不借助電池或者復(fù)雜內(nèi)置芯片，則功能會(huì)嚴(yán)重受限，只能做存儲(chǔ)和在被訪問時(shí)被動(dòng)提供數(shù)據(jù)之用。

近日推出的 LiveTag 智能標(biāo)簽在被貼在物品、墻壁以及其他任何東西上之后，允許進(jìn)行交互式控制。人們可以用它遠(yuǎn)程控制音樂播放器或者獲知房屋蓄水池中有多少水。

圖丨研究人員展示單薄柔韌的 LiveTag，并將其與最左邊的一張相紙進(jìn)行對(duì)比（來源：Xinyu Zhang/UC San Diego）

加州大學(xué)圣迭戈分校電子和計(jì)算機(jī)工程助理教授張鑫宇（音譯，Xinyu Zhang）表示，該標(biāo)簽可以對(duì)包括人在內(nèi)的諸多日常物品的日常狀態(tài)進(jìn)行測定，并允許用戶通過標(biāo)簽與這些物品進(jìn)行互動(dòng)。

張教授和他在威斯康星-麥迪遜大學(xué)的同事在一次關(guān)于如何將日常物品融入物聯(lián)網(wǎng)而無需附加昂貴電池和專用芯片的頭腦風(fēng)暴會(huì)議上，構(gòu)思出了 LiveTag 技術(shù)。

LiveTag 的設(shè)計(jì)和早期原型相關(guān)論文：

https://pages.cs.wisc.edu/~chuhan/wp-content/uploads/LiveTag_NSDI.pdf

LiveTag 的基本功能看上去平淡無奇：輕質(zhì)柔韌基底上附加的銅印刷電路，沒有附加電池或者其他電子器件。但是電路的設(shè)計(jì)使得 LiveTag 可以吸收特定頻率的 Wi-Fi 信號(hào)，特別針對(duì)運(yùn)行在 2.4GHz 與 5GHz Wi-Fi 技術(shù)專用頻率上的信號(hào)。

每個(gè)特征電路對(duì) Wi-Fi 信號(hào)的吸收將會(huì)令 Wi-Fi 信號(hào)在特定頻譜產(chǎn)生可識(shí)別的特征，這種特征能被 Wi-Fi 接收機(jī)讀取，每個(gè)標(biāo)簽的可識(shí)別特征不同，因此具備可識(shí)別性。

此外，人如果觸碰標(biāo)簽的不同點(diǎn)，就會(huì)改變?cè)摌?biāo)簽的 Wi-Fi 頻譜特征，這相當(dāng)于按下了某個(gè)按鈕。比如，LiveTag 可以用作具備啟動(dòng)-暫停按鈕和音量控制滑動(dòng)鈕的音樂播放器控制器，只要附近的 Wi-Fi 支持這一功能。

不過，設(shè)計(jì)電路不是一件容易的事情。張教授和他的同事嘗試了大量的形狀、大小和材料組合，然后通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證效果。

圖丨基于 LiveTag 制作的音樂播放器控制器，通過對(duì)反射 Wi-Fi 信號(hào)的頻譜調(diào)制實(shí)現(xiàn)控制（來源：Xinyu Zhang/UC SanDiego）

此外，研究者還必須為 Wi-Fi 設(shè)備開發(fā)定制化的多天線波束形成算法來識(shí)別 LiveTag 的頻譜特征，將來自 LiveTag 的反射信號(hào)與來自墻壁、物體甚至人體的反射信號(hào)區(qū)分開來。

為了濾除其他反射信號(hào)，Wi-Fi 控制軟件利用多個(gè)天線生成指向多個(gè)方向的波束。這樣，大多數(shù)會(huì)在不同方向產(chǎn)生反射信號(hào)的物體，其反射信號(hào)可以被當(dāng)做噪聲濾除，而來自 LiveTag 的信號(hào)仍然被保留下來。

張教授和同事構(gòu)建了一個(gè)基于 LiveTag 的音樂控制器，具有開關(guān)按鍵和音量控制滑動(dòng)按鈕，能通過 Wi-Fi 接收機(jī)，遠(yuǎn)程控制音樂播放器。他們還把另一個(gè) LiveTag 貼在了塑料瓶子上，然后展示 LiveTag 在被觸摸時(shí)探測液面位置。該技術(shù)可以與智能手機(jī)應(yīng)用一起使用，為跑步者提醒定期補(bǔ)水，避免脫水。

之前的智能標(biāo)簽大多基于 RFID 芯片，這種 RFID 標(biāo)簽可以提供物品的標(biāo)識(shí)和位置信息?？茖W(xué)家也成功將 RFID 芯片植入衣服和床墊中，實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)監(jiān)控功能。但是 RFID 標(biāo)簽對(duì)觸控功能的支持極其有限，只能發(fā)送出“被按壓”和“沒有被按壓”兩種信號(hào)。此外，RFID 表現(xiàn)需要專用設(shè)備來讀取器信號(hào)，這也限制了其應(yīng)用范圍。

一家挪威公司 Thinfilm 已經(jīng)開發(fā)出了基于近場通信（near-field communications，NFC）芯片的智能標(biāo)簽，可以用智能手機(jī)讀取，但是 Thinfilm 標(biāo)簽只限于存儲(chǔ)和應(yīng)答產(chǎn)品信息，似乎不支持觸控功能。

張教授和同事曾經(jīng)考慮過基于計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，來通過攝像頭識(shí)別人類是否在觸控標(biāo)簽，但是這個(gè)點(diǎn)子不久被放棄，因?yàn)楸仨氁揽繑z像頭支持，這對(duì)用戶的隱私是一個(gè)威脅。

當(dāng)然，LiveTag 也存在嚴(yán)重局限。首先，該標(biāo)簽只能在 Wi-Fi 設(shè)備 1 米之內(nèi)工作，這嚴(yán)重限制了標(biāo)簽的應(yīng)用。當(dāng)然，張相信通過更多的 Wi-Fi 天線，并對(duì)標(biāo)簽電路進(jìn)行更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，可以讓可用距離變得更大。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是，2.4GHz 的Wi-Fi 信號(hào)帶寬有限，因此能支持的頻譜特征數(shù)目受到限制。具體地，目前的 LiveTag 只能支持 5-9 個(gè)頻譜特征。對(duì)于這個(gè)問題，研究人員試圖設(shè)計(jì)能對(duì) Wi-Fi 信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)制的智能標(biāo)簽電路，這樣可以顯著增加可用的信號(hào)特征數(shù)目。

盡管有以上局限性，LiveTag 的原型已經(jīng)引起了業(yè)界的興趣。此外，其他研究團(tuán)隊(duì)也提出了 LiveTag 的多種潛在應(yīng)用。例如，醫(yī)療領(lǐng)域希望利用貼在門上和日常用品上的智能標(biāo)簽，監(jiān)控老年病人的日常健康狀態(tài)。張教授表示，這個(gè)解決方案很有潛力，因?yàn)樗欠乔秩胧降?，且無需電池，不侵犯隱私。