無處不在的計(jì)算

未來，你在逛電子市場的時(shí)候，也許可以買到一種看起來像膠帶或壁紙的電子產(chǎn)品，其實(shí)這是一卷布滿了金屬導(dǎo)線的傳感器。對于這樣的傳感器，你可以隨意剪裁成合適的圖案或形狀，把它們貼在家中的不同位置。然后，通過隨身佩戴的電子產(chǎn)品，以及各種應(yīng)用軟件，我們可以及時(shí)收到傳感器發(fā)出的信息。比如，裁下手表帶形狀的一塊傳感器，貼在手表上，就能夠監(jiān)測到使用者的手勢、心跳和血壓等身體參數(shù)，然后你可以通過這些信息，分析用戶的情緒以及壓力指數(shù)。

如果這種可剪裁的傳感器能變成建筑材料的一部分，或是用于桌布、墻紙、手機(jī)保護(hù)外殼等，讓用戶在安裝和使用的時(shí)候，完全感受不到電路的存在，只是像普通貼紙一樣，可以依照個(gè)人喜好選擇不同的大小，剪裁成不同的形狀，并且隨意的安置在任何對象的表面，那么普適計(jì)算就離我們不遠(yuǎn)了。

普適計(jì)算又稱普存計(jì)算、普及計(jì)算，這一概念強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體的計(jì)算，而計(jì)算機(jī)本身則從人們的視線里消失。在普適計(jì)算的模式下，人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以任何方式進(jìn)行信息的獲取與處理。

定制個(gè)人傳感器

用噴墨打印機(jī)來印刷電路，目前是研究人員所做的嘗試之一。印刷電路板通常給人的印象就是一塊金屬與塑料組成的堅(jiān)硬板卡，沒有人會(huì)多看一眼。它們被層層的外殼所保護(hù)，即使是那些使用電路板上導(dǎo)電層作為傳感器的產(chǎn)品，外層也會(huì)被各種材料包覆起來。傳統(tǒng)電路板的角色是隱形的，其功能制造過程，以及與使用者的互動(dòng)是不為人知的。

如果我們有辦法讓每個(gè)人都能隨心所欲地設(shè)計(jì)電路板，這將會(huì)帶來何種與眾不同的用戶體驗(yàn)?zāi)兀?想象一下，我們可以繪制自己需要的電路圖案，而且它和紙張一樣薄、可以彎曲，兼顧便捷與廉價(jià)。使用家用噴墨打印機(jī)來印刷電路的原理很簡單，利用技術(shù)已經(jīng)完全成熟的噴墨頭來控制導(dǎo)電墨水的分布。和一般印刷電路板的生產(chǎn)方式相反，噴墨印刷電路不是用光刻法逐層去除多余材料，而是一個(gè)像素一個(gè)像素地從噴墨頭釋出，是一種增材制造過程。這項(xiàng)技術(shù)能讓我們在數(shù)秒內(nèi)快速制造出不同功能的測試原型。不過，研究人員的目的并不是要改進(jìn)傳統(tǒng)印刷電路板的制造方法。反之，這讓研究人員看到了全新的機(jī)遇——讓用戶有機(jī)會(huì)使用現(xiàn)有設(shè)備、快速而廉價(jià)地參與到傳感器的設(shè)計(jì)工作中來。除此之外，更令研究人員興奮的是，這種方式可以將平面設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)完美地結(jié)合起來。

使用打印機(jī)來印刷電路，用戶能夠根據(jù)自己的習(xí)慣進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，得到個(gè)性化、具有互動(dòng)能力的輸入、輸出界面?，F(xiàn)在研究人員與東京大學(xué)的教授合作，利用已經(jīng)商業(yè)化的噴墨打印機(jī)打印電路。作為襯底的是常見的照片相紙，可以與碘化銀墨水中的銀顆粒發(fā)生反應(yīng)，在數(shù)秒內(nèi)完成導(dǎo)電圖案的印刷。研究人員打印出一張A4大小的電路，成本不超過1美元。這種方法大大轉(zhuǎn)變了研究人員對印刷電路的看法，并且產(chǎn)生了許多以前從來沒有想過的用途與可能性。首先，傳統(tǒng)印刷電路需要特別的化學(xué)反應(yīng)，就像沖洗相片一樣。你需要特別的房間和較長的時(shí)間來完成“沖洗”。傳統(tǒng)印刷電路只是為了連接不同的模塊或芯片，或是當(dāng)做扁平電纜用來導(dǎo)電。此前，沒有人敢想象，電路板的設(shè)計(jì)和制造，只通過最簡單的繪圖軟件，在家中就可以完成。而且，這種電路板可以彎曲，像紙一樣薄，能貼合在任何物品的表面。

可剪裁的傳感器

研究人員結(jié)合平面設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)，嘗試讓嵌入式傳感器更方便地應(yīng)用在日常生活的方方面面。雖然利用打印機(jī)來打印傳感器，已經(jīng)比較方便了，但并不是每個(gè)用戶都愿意親自去設(shè)計(jì)傳感器的外觀或電路?；谶@種考慮，研究人員開發(fā)了可剪裁的多點(diǎn)觸控傳感器。目的是為用戶提供一張可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控的“空白畫布”，讓用戶可以自由裁剪，獲得他們想要的形狀。

乍聽之下，這好像十分簡單，但實(shí)際實(shí)施起來，卻有很多困難。最大的挑戰(zhàn)在于，在裁剪過程中，很容易杷線路連接點(diǎn)剪斷，導(dǎo)致大塊區(qū)域內(nèi)的觸控點(diǎn)失去功能。為此，德國馬普研究所研究員于爾根領(lǐng)導(dǎo)的小組，總結(jié)了一系列設(shè)計(jì)理論，包括數(shù)字電路的設(shè)計(jì)思想——利用錯(cuò)誤校正編碼和冗余設(shè)計(jì)來確保電路的可用性。通過大量的數(shù)學(xué)建模和仿真，使得傳感器“畫布”上具有多種冗余設(shè)計(jì)，以確保它能在不同的剪裁方式下，還能保留大多數(shù)功能。

根據(jù)這種設(shè)計(jì)方法，研究人員成功開發(fā)出了一款可剪裁的多點(diǎn)觸控傳感器，而且這種傳感器也可以用普通噴墨打印機(jī)制造。這個(gè)成果使得普適計(jì)算離我們的日常生活又近了一步。

前景無限的發(fā)展

100多年前，相片沖印術(shù)走進(jìn)家庭，在很大程度上推動(dòng)了攝影技術(shù)的發(fā)展和普及。現(xiàn)在，同樣的道理，在家中打印電路也將對這一領(lǐng)域帶來巨大的沖擊。當(dāng)研究人員將普通大眾原本難以接觸到的科技送入千家萬戶，隨之而來的將會(huì)是創(chuàng)新應(yīng)用的爆炸式涌現(xiàn)。無論是可打印傳感器，還是可剪裁多點(diǎn)觸控傳感器，更低的價(jià)格、更快的生產(chǎn)速度，以及相關(guān)應(yīng)用軟件的出現(xiàn)，都預(yù)示著定制化普適計(jì)算時(shí)代即將來臨。如何讓傳感器和計(jì)算機(jī)在不知不覺中融入我們的環(huán)境，幫助我們工作，并為我們提供更好的體驗(yàn)，一直以來都是科學(xué)家對于普適計(jì)算的期許。

但是，在任何環(huán)境中，對硬件進(jìn)行整體升級都需要很長時(shí)間。硬件與軟件的成本，以及實(shí)現(xiàn)定制化所需的人力和物力，都是新技術(shù)和新概念被用戶廣泛采納和接受前所要面對的重要挑戰(zhàn)。定制化普適計(jì)算的終極目標(biāo)是，為用戶和開發(fā)者搭建一個(gè)通用的開發(fā)語言平臺，讓新技術(shù)無縫融入生活。

普適計(jì)算已經(jīng)成為了互聯(lián)網(wǎng)之后最熱門的話題之一，谷歌公司斥資32億美元，收購了一家智能家居公司（主要產(chǎn)品是自動(dòng)恒溫器和煙霧報(bào)警器），就是一個(gè)很好的例子。智能家居所倡導(dǎo)的幾個(gè)主題中，最主要的一個(gè)就是要讓住宅里的所有設(shè)備都接入互聯(lián)網(wǎng)，且能通過物聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)各種服務(wù)，比如家電控制、環(huán)境監(jiān)控、定制化環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)等。如何讓普適計(jì)算進(jìn)入家庭，并為不同的用戶提供個(gè)性化服務(wù)，會(huì)在今后一段時(shí)間內(nèi)，成為消費(fèi)電子領(lǐng)域的主要研究課題。