极客解决“彭宇难题”

本月初，洪洋和她的团队在重庆某创业大赛斩获3万元奖金。

一年前，她因不堪忍受各种“老人跌倒无人敢扶”的新闻（此事可追溯至2006年南京一起扶起老人遭到起诉的案件，扶起老人的彭宇一审被判罚款5万多元）而萌生了要从技术上解决这一问题的想法，最终设计出了一款戴在老人腰间、通过测量老人身体加速度和运动角度来判断老人是否跌倒的仪器，并实现了其及时向亲人发送短信、报警等功能。

跨越一个个技术难题之后，一道道德题却摆在了他们面前：当子女可以依靠仪器了解老人体征数据、安全情况时，他们是否减少亲自探视的次数，甚至连打电话关心都省略了？

数据测算与监控

如何“算”出老人跌倒

摆在团队实验室办公桌上的是一部装有家庭智能看护系统软件的iPad，和两个手机充电宝大小的“肥皂盒”（表面有点脏，实验了超过一万次，能不脏吗），这些就是他们全部的研发产品，如果墙角的那个一闪一闪的网关不算在内的话。

两个“肥皂盒”中，一个是体征检测仪，老人可以在感到身体不适（或按医嘱）时带上它检测体温、心率、脉搏，这并不稀奇，国内已经有手表式的体征检测仪器，能将结果直接显示在“表盘”上，他们的这种体征检测仪唯一的

也是关键的优势就是通信，它能够将体征数据发给老人的亲人或者医生。另一个是跌倒检测仪，这是团队的核心产品。据实验，老人跌倒时，身体前、左、右方的加速度急剧变化可构成一个合加速度（SVM阈值，这个值通过三个方向坐标系上的三轴加速度传感器得到的数据算出），同时，身体与竖直方向的夹角也会变化，检测仪通过这两组数据判断老人是否跌倒。如果跌倒则报警、发送短信到亲人手机上等。一旦检测仪判断错误，比如跌倒却未检测到（没跌倒却“被”跌倒），也可以手动按报警（或取消报警）按钮。也就是说判断得对不对，如何算出这两个值，是检验跌倒检测仪的关键。而这一算法则正是洪洋要负责的部分，尽管我们很难将冰冷又陌生的字母、公式与声音、长相都十分甜美的她联系起来。洪洋把跌倒分为四个阶段，每个阶段有一个实验得来的合加速度阈值，比如失重阶段是0.8g（g为重力加速度），当判断中检测到的值小于0.8g，就是失重状态，以此类推其他四个阶段的判断。但这样的实验方法得到的每一阶段的参考值误差很大，需要大量实验。

于是她启用了一种高级算法（基于神经网络的模糊控制算法），这种算法具有“自我学习”的能力，它会将输入的值进行复杂运算，得到一个相对稳定的结果（至少比起初求实验平均值听上去靠谱，但实际上这个算法产生的结果与实验得出的四个阶段的阈值基本一致，只是算法上更科学，且收敛速度更快）。“它就相当于一个黑箱，你给它一个数据，你并不知道它具体的算法（应该是函数关系或数学模型）是什么，但它出来的结果就能反映出来你这个系统的特征。”洪洋有些骄傲，因为要不是以前参加数模比赛，她根本不知道有这样一种神奇的算法。

由此，当系统采集到数据时，该算法会算出“失重加速度、撞击加速度、静止维持时间、姿态（夹角）变化”四个数值，再次进入“黑箱”（黑箱已经形成了自己的模糊规则，即某种隶属度函数）计算之后，会得到两种结果——1（跌倒）和0（非跌倒），再由系统输出并发送。当然以上复杂过程用时不会超过1秒。

极客生活剧——《生活大爆炸》剧照

如何让“肥皂盒”发短信

与洪洋一样在做这件事的还有北京航空航天大学的一群人，不过他们不是用三轴加速传感器、获得加速度、计算合加速度来得到数据从而进行判断，而是通过加速度传感器和陀螺仪来得到数据，如果说这种算法并不神秘，那么“跌倒”的判断出现以后，十万火急之下如何发送出去呢？

一开始，团队的技术成员董磊只打算在室内环境（准确地说是在他们学校的智能家居局域网中）实现通信，但老人毕竟还是在户外跌倒的情况更多，也更需要呼救。于是他需要加入3G网络和GPS模块，也就是说他要让这块“肥皂盒”像一部手机一样能发出信息来（3G模块上有张SIM卡，因此他们每次在户外做实验，都会如手机通信一样交“短信费”）。

安上这两个模块，可不是组装一个模型那么简单，装上以后，首先需要通过系统联调，然后还要令其与其他移动终端进行相互通信，这需要依靠一种通信协议，幸好邮电大学有自己的C平台进行交互（这是邮电大学自己的物联网，IEEE802.15.4e传感网）。董磊怎么可能懂得GPS、3G网络等模块，为此他不得不看大量论文、做大量反复调试尝试，用洪洋的话说，“他们相当于做了一个小型的手机”。

早在董磊做这件事的时候，老师就提醒他，“这几个模块搭在一起会出现信号干扰”，他们当时还狡辩“会通过线路布局去修正”，后来真的出现了这个问题，“两种通信模式虽然用不同的信道，但还是有干扰”。这时候老师的“高大形象”再次出现：“如果通过线路布局不能解决，就要在电子元器件上做一些改变。”后来，他们又从工业布局（主要是指主控芯片上各个模块的分布）、板面设计上花了很多功夫去避免这种干扰，比如增加滤波、增加电容的电感等，“甚至我们有一段时间用的是分段式通信，一个信道通信时另一个不通信，这样避免干扰”，用这样的方法，董磊等人逐渐解决了干扰问题。他说：“不同的板式设计会产生不同的电磁场，产生不同的干扰，不断去改进这个东西，最后达到减少这两个互相干扰的目的。”

这种有点像无头苍蝇般的无数次尝试，在董磊刚接到这个活儿的时候更让人焦灼，当时他要换掉自己的主控芯片（换成更新的，才具有更好的扩展性），一旦换掉，就像把电脑的32位操作系统换成64位的一样，所有的程序和代码都需要换。他要移植原来的所有模块到新的主控芯片上，不是直接乾坤挪移，新的平台上有很多的管脚（芯片的输出或者输入口）、功能是与旧芯片不一样的，他又只能用他的老办法——“试”。

老人看护系统示意图

别提前景，这是找工作用的

如果这两个“肥皂盒”外观上的瑕疵还勉强可以忍受的话，另一个问题则是绕不开的——这个仪器的体积较大。谁都知道，本身行动不便的老人是不会再在自己腰上挂个收音机的。这也是他们未来试图要解决的问题之一。另外，洪洋认为，这款产品要成为市场产品还需要：设计外观、更换传感器（目前采用的是医用传感器）、压缩成本、争取通过国家的3C认证（强制性产品认证制度）。

而如果要成立公司继续这个项目，则还需要大量投资，因为科技产品更新换代太快，需要不断研发，而且与其他公司成熟、多样化的经营相比，只做老人看护系统还太单一。团队中另一位来自经管系的同学李凌超说：“首先我们的产品外观上还不构成市场产品的条件，价格不用说，因为我们有自己的专利，可以很便宜。渠道，我们要卖到老人手中、卖入孝心市场，要进入医院、福利院、社区，需要各方面支持，还需要他们愿意安装我们的终端软件等。”

因此，按照往届学生研发项目的规律，洪洋等人很可能会选择把项目留给学校。其实，这五个人，三个决定要考研，一个决定要工作，一个已经创业去了。这次的研发项目，在他们看来，仅是一次学习体验，“这个过程是学习，参加过完整的项目，企业会很看重”。

或许，正在申请中的专利下来之后，会有所变化吧。

他们的指导老师付蔚也说到，这样的项目，其知识产权属于学校，学生可以带走自己参与项目的经验和技术，运用于今后的工作中，甚至可以以此成立技术开发公司等。而这个项目，学校会让以后的学生继续做下去。

试验过万次的体征检测仪和跌倒检测仪

年轻人“不用”看望老人了？

回到洪洋的初衷：帮助独居老人。可这样一项技术的发明，在未来是否会让更多的年轻人“放心”地把父母搁置一旁，更加不闻不问？他们不就可以抱着“反正有什么事监护系统会自动报警”的心态高枕无忧了？

这个问题，团队的每个人都想过。洪洋的回答是：“问题很普遍，比如手机让朋友间疏离，一些小孩打游戏与父母疏离等，这是科技带来的一种弊病。”她认为，他们的产品一定会有这样的负面影响，“但现在的年轻人不是不想回去，有的的确是因为生活、工作压力都比较大，工作很忙，距离远，假期少而不能回去”。

“如果这个孩子愿意购买这个首先说明他是有孝心、希望他父母身体健康的。而人们去不去看父母是看他与父母的感情的问题，不是说他父母身体健康就不去看他了。这不是产品的原因，是人们自己感情的原因。孩子的看望是家庭美德与社会道德的要求和体现，不是我们所能左右的，而我们和孝心人群的目的是一致的，希望老人能够身体健康，安享晚年。”洪洋说。

李凌超对此持相似的观点：“我们看得很开，科技的发展本来就是让人在独立的情况下，实现各种功能、而不用依靠其他人，本来就和人与人的群居相矛盾”。

指导老师付蔚也说：“科学的东西就是把人的生活变得简单，这样一款产品有可能会让人们亲自探视老人的机会减少，但也有一种可能，就是因为不时有短信、数据发过来，他反而变得更为牵挂家里的老人，任何科技产品都是有两面性的。”

团队的技术达人董磊再次强调了发明这款造价2000多元的“独居老人看护系统”的初衷：不是为引起舆论关注，而是想用科技产品帮助老人。

“我们不能因为它可能造成不好的影响而不去追求科技进步，而且如果有这个产品，老人意外跌倒中风或者不幸身亡的案例会减少。我想，相比孩子的看望，老人的健康更重要。”这是洪洋的一点“狡辩”。

文/重青记者 席郁兰(图片由受访者提供)