增强和扩展五种感官

利用机器来增强和扩展人类能力的舞台设置是科幻小说的主要内容，例如飞越太空的超人和对抗邪恶组织的机器人。然而，我们已经可以看到许多通过我们周围的机器增强和扩展能力的例子。

人类已经处于成为机器人的边缘

例如，计算机曾经只是专家使用的工具，但随着笔记本电脑、智能手机甚至可穿戴设备的出现，它们现在越来越接近人类的使用。这使我们能够将计算机的力量视为人类能力的一部分，就像使用我们的手和脚一样使用它们。他们现在能够获得比过去更多的信息，并且能够与过去从未见过的人进行交流。

目前，以利用这些强化和扩展的能力为前提而生活的“数字原住民”正在成为下一代生活方式和社会的领导者。可以说，社会的进化也伴随着人类能力通过机器的增强和扩展。

机器对人类能力的增强和扩展正在从各个角度取得进展。例如，在感知的增强和扩展方面，传感器技术和ICT不仅强化了“看”、“听”、“触觉”、“嗅觉”、“味觉”等五种感官，还增加了人类不具备的检测能力。^*1技术正在迅速发展。此外，在增强和扩展身体能力方面，机器人技术变得更加先进，增加了肌肉力量、运动能力、耐力、环境抵抗力和治愈能力。在强化和拓展智力方面，利用人工智能、脑机接口（BMI）等信息技术来提高记忆力、信息处理能力、判断力、专注力以及学习高度专业技能的能力。^*2)等正在出现。在本系列的第一部分中，我想重点关注将导致人类感知（包括五种感官）增强和扩展的技术发展趋势，并介绍最新进展。

加强和扩展感知的基本技巧是什么

很多人可能认为机器感知能力的增强和扩展意味着传感器技术的进化。当然，传感器技术很重要。然而，仅此还不够（图 1）。

[图 1] 使机器能够增强和扩展人类感知的基本技术
创建者：伊藤元明

感知是指从感觉器官获得的信息中了解事件、条件和周围环境的变化。因此，除了捕获反映周围环境原样的信息的传感器技术之外，还需要从捕获的信息中提取有价值的信息的信息处理技术。此外，为了增强和扩展机器的这种感知，通过人类感觉器官（眼睛、耳朵、鼻子、皮肤、舌头等）传输机器捕获的信息的接口技术也是必不可少的。

当前，传感器技术、信息处理技术和接口技术正在同时发生革命性的进步，从而增强和扩展了感知能力。增强和扩展人类能力的技术正在取得前所未有的飞跃。特别是，技术的显着进步导致了“增强”，即获得人类原本不具备的能力，而不是“增强”，即增加人类原本拥有的能力。

利用物联网传感器打破人类视觉的魔咒

正在针对所有类型的感知进行增强和扩展人类能力的技术研究和开发。其中，视觉感知领域取得了显着的进展。接下来，我们将介绍增强和扩展视野的传感器技术、信息处理技术和接口技术的研究和开发活动。

为了机械地再现视觉，捕捉图像的图像传感器至关重要。到目前为止，可以说图像传感器的发展主要集中在增强人眼的功能上。从视觉角度解释时，增加像素数量以捕获更详细的图像相当于提高视觉敏锐度。即使物体很小，具有大量像素的图像传感器也能够清晰地识别最小的细节。提高灵敏度和捕捉红外图像是改善夜视能力的措施。提高图像捕获速度可以提高动态视力，而增加捕获图像数据的位数可以改善色觉。

近年来，随着物联网相关技术的发展，超越人类视觉范围的新愿景已经成为可能。通过在各处放置图像传感器，人们可以看到远处或隐藏的事物。

到目前为止，可以使用监控摄像头了解特定位置正在发生的情况。然而，只有部分人可以使用它，而不是所有人。现在，随着许多连接到互联网的实时摄像机的部署，任何人都可以实时观看各个地方的状态，例如人们穿过涩谷的紧急通道，或者从国际空间站（ISS）看到的地球（图2）。一代人之前，这种新的、扩展的视野类似于千里眼或千里眼。

[图2]涩谷的紧急穿越，人类通过在不同地点放置实时摄像头获得了千里眼和千里眼（左），以及从国际空间站看到的地球（右）
来源：https://wwwyoutubecom/watch?v=nKMuBisZsZI（左）、http://wwwustreamtv/channel/live-iss-stream（右）

人类视觉可以看到附近的大尺寸和细节物体，但只能检测到远处的小物体和粗略物体。然而，通过充分利用支持物联网的相机，甚至可以看到远处物体的细节。这是只有机械眼才有的优势。因此，通过在世界各地安装摄像头，机器眼可以代替人眼，捕捉世界各地正在发生的事情的细节。

信息处理中AI从杂乱信息中寻找目标

对于从图像中获取必要信息至关重要的信息处理技术领域，利用人工智能进行机器学习已经取得了显着进展。使用人工智能，可以极快地找到通过人脑处理无法获得的信息。

人类不一定擅长从杂乱的图像中提取有意义的信息或找到他们正在寻找的东西。有一本名为《寻找沃利》的图画书，你在书中寻找一个穿着红白条纹衣服、徘徊在人群中的人物。许多人觉得这本图画书有趣的原因是因为人类不擅长这样的任务。然而，以目前的人工智能技术，很容易就能找到沃利，以至于图画书已经不再有趣了。

人类能够比详细详细的信息更容易理解简化信息的内容。例如，在指路时，如果使用只有地标的变形路线图，而不是包含大量信息的详细地图，很多人会更容易理解。然而，借助信息处理技术，即使从详细信息中也可以清楚地识别出必要的信息。这些技术已被用于发现人群中的可疑人员并防止恐怖袭击。毫无疑问，如果人类能够轻松地使用同样的能力作为他们视觉的延伸，那么它将在他们的日常生活和工作中非常有用。

改进信息处理并从房间的声音中读取气氛

此外，通过结合信息处理技术，无需使用特别先进的传感器即可创建全新的感知。

将难以看到的业务动向和社会活动量化并绘制成图表以清楚地暴露问题的管理方法有时被称为“可视化”。物联网的典型应用，例如智能工厂和智能家居，正是利用尖端的信息处理技术来实现这一目的。如果将可视化信息显示在计算机或其他设备上，则属于管理方法的范畴，但如果可以通过可穿戴设备传输给人类，则成为人类感知的一种新形式。

利用可视化的各种努力已经在各地展开。例如，村田制作所开发了一种名为 NAONA 的可视化平台，可将气氛和亲密程度等难以量化的信息数字化和可视化，并已开始对其进行测试（图 3）。通过将麦克风放置在房间和建筑物的不同位置并分析获得的数据，可以检测诸如人与人之间的气氛、兴奋程度和亲密程度等内容。换句话说，它试图再现无法用五种感官简单解释的复杂感知，例如解读一个地方的氛围。检测到的数据比较简单，比如从麦克风获取到的房间内声音的音量和频率等。

[图 3] NAONA 概念（左），房间内兴奋的可视化示例（右）
来源：村田制作所新闻稿（左），作者在 CEATEC 2017 村田制作所展位拍摄（右）

目前，该公司的目标是人类五种感官可以感知距离的区域，例如房间内，但如果将传感器放置在世界各地，则可以用来读取各国广泛区域的气氛。通过应用这项技术，我们很有可能通过增强人类感知来了解世界各地的舆论和时代情绪。其影响范围从金融交易和产品营销等经济活动到民意调查和利用它们的政治活动。

透过心脏的运动看到未来的愿景

此外，通过结合特殊传感器和先进的信息处理技术，将有可能获得以前难以察觉的隐藏信息。

例如，它使我们能够从外部看透人们的想法和感受。用机器实现这种读心术的愿景已经成为可能。这包括功能性磁共振成像（fMRI），它可以非侵入性地了解人类大脑活动。^*3) 的技术。这项技术可以检测大脑的哪些部分处于活跃状态，并将它们与预先准备的活动模式数据库进行比较，以估计受试者的想法和感受。美国最大的体育赛事超级碗的电视转播中已经有一个使用功能磁共振成像的例子，其中功能磁共振成像被用来识别引起最积极情绪的广告。

此外，国际电信研究所 (ATR) 已成功破译睡眠期间发生的梦的内容（图 4）。首先，向受试者展示各种形状和图片，并要求他们将它们形象化，然后将他们的大脑活动模式记录下来并编译成数据库。然后，研究人员检测睡眠受试者做梦时的大脑活动模式，然后将结果与数据库进行比较，以识别梦的内容。在加州大学伯克利分校，研究人员通过存储基于对象所看事物的轮廓、纹理、颜色、密度等的大脑活动模式，成功地可视化了对象所看的内容。这项技术不仅可以将受试者实际看到的东西可视化，还可以将梦境和幻觉可视化，因此有望应用于医学等各个领域。

[图 4] 现在可以直接从大脑了解人类正在看什么
国际电信研究所进行的破译梦境实验（左），加州大学伯克利分校根据大脑活动模式将所见事物可视化的技术（右）
来源：国际电信研究所新闻稿（左）、加州大学伯克利分校主页（右）

机器与人类之间的距离正在缩小，它们的能力正在变得更加集成

向人类传达由机器增强和扩展的感知感的界面技术正在虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 领域取得显着进展，虚拟现实 (VR) 可以高度真实地传达机器创建的场景，而增强现实 (AR) 则显示机器生成的信息叠加在真实的感知信息上。由机器增强的视觉已经成熟到可以通过头戴式显示器 (HMD) 和智能眼镜与人类融为一体，让人感觉就像是我们自己的自然视觉一样。

近年来，家用游戏机的头显变得流行。 VR 和 AR 技术已经发展到不仅可以投射图像，还可以向人类传达增强的视觉效果。例如，美国陆军研究所开发了一种名为“战术增强现实”的新型 AR 系统，士兵在战场上佩戴护目镜。据说不久的将来就会投入实际使用，并且已经发布了它的图片（图5）。一个太阳镜大小的眼镜形状的AR设备显示了士兵正在渗透的建筑物的平面图，并显示了他自己和战友位置的俯视图。它还具有一眼识别人群中目标的能力。

【图5】佩戴扩大视野的护目镜的美国士兵
佩戴护目镜（左），屏幕投射在护目镜上（右）
来源：美国陆军CERDEC，https://wwwyoutubecom/watch?v=x4MmIJytGJQ

扩大感知的机器和人类之间的距离越近，它们之间的团结感就越大。当我们追求这个想法时，我们得到了一种将机器植入人体的植入装置。这只不过是为了成为一个赛博格。然而，许多人不愿意出于非医疗目的将机器插入体内，普遍的观点是即使投入实际使用，市场也不太可能扩大。 2005年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准将RFID芯片植入体内，用于患者信息管理等医疗目的。从那时起，它就被用作身份证和房间钥匙，但并没有真正普及。

将人类五种感官的特征改变为新的感知

还有一种运动是通过应用界面技术来创造新的感知，将机器增强和扩展的感知传达给人类。

人类五种感官中的每一种都有其独特的特征。视觉为人类提供准确、详细的信息。然而，听觉表达更适合在做某事的同时插入其他信息。这就是为什么在紧急情况下总是使用声音警报来提醒人们。此外，据说嗅觉与人类过去的记忆有着特别密切的联系。人们正在努力利用接收此类信息的五种人类感官的特征来创造新的感知。例如，通过将应当作为视觉信息传送的图像传送为音频信息，可以创建新的功能和用途。

东京大学的一个小组开发了“Sight”，这是一种可穿戴设备，可以将视觉信息转换为声音，以了解空间的范围以及其中物体的排列和类型（图 6）。我们周围的空间是一个广阔的三维世界，虽然双眼视差可以让我们感知到三维效果，但它并不适合准确掌握空间的范围。海豚和蝙蝠具有一种称为回声定位的能力，使它们能够通过发射超声波和感知回声来了解周围环境。视觉是一种旨在使人类能够使用回声定位技能的设备。首先，使用可见光相机来了解周围物体的布局，并使用红外 3D 相机来估计空间范围。然后，它将物体的类型和位置转换为易于聆听、有节奏的声音。例如，空间小则声音大，空间宽则声音小（参考资料1）。

[图 6] Sight，一种可穿戴设备，可让您了解空间的范围以及放置在那里的物品的排列和类型
来源：Sight 主页

通过占有其他人、动物和物体来获得独特的体验

此外，机器可以自由地增强和扩展感知，这也意味着人类可以通过机器相互交换感知。他们可以占有他人并接管他们的感知，让他们了解和感受他们自己无法体验的世界。对手可能不是人，而是动物或物体。您甚至可以体验在深海中游泳并观看巨型乌贼所看到的风景，或者在太空中飞行并观看行星探测器相机的图像。

东京大学的Junichi Rekimoto教授将获得这种扩展知觉的人类称为“增强人类”。增强人类体验无法通过自己的感官获得，与通过计算机模拟实现的模拟体验不同，并且可以感觉就像是用自己的力量实际体验它们一样。 Rekimoto 教授的团队实际上正在制作增强人类的原型，其中包括一个可以在空中移动、同时查看无人机摄像头图像的系统，并测试其有效性。通过获取专业技能和使用高度个性化的技能进行远程控制，这些技术将非常有效。

这一次，我们关注人类输入信息、感知的能力，并引入了利用机器来增强和扩展这种能力的技术。下次，我们将介绍增强和扩展身体能力的技巧，从而产生工作和表达等输出能力以及体力。

作家

伊藤元明（伊藤元明）

光线有限公司代表

在富士通担任 3 年半导体开发工程师，在 Nikkei Micro Devices、Nikkei Electronics、Nikkei BP Semiconductor Research 等公司担任记者/台/主编 12 年新闻工作，在 Techno Associates（Nikkei BP 和三菱商事的合资智囊团）担任顾问 6 年为制造商业务提供支持，以及在日本担任广告制作人 4 年营销支持Nikkei BP 技术信息组的广告部门。

2014年，他独立成立了光线有限公司。该公司提供专门从事技术营销的支持服务，公司考虑并付诸实践如何向目标受众（主要是科技公司）准确传达技术的价值。

网址：http://wwwenlight-inccojp/