北陸先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)副校長丹康雄教授（TAN Yasuo），以石川科學(xué)園區(qū)內(nèi)一座配備了近1000個(gè)各類傳感器的智能家居試驗(yàn)建筑為例，闡述了邁向“近未來”智能家居時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)與AI技術(shù)所必須實(shí)現(xiàn)的突破。那么，構(gòu)建理想中的智能家居究竟依賴哪些關(guān)鍵技術(shù)？而那些致力于開發(fā)并提供這些基礎(chǔ)技術(shù)的供應(yīng)商，又將在其中扮演怎樣的關(guān)鍵角色呢？

構(gòu)建理想智能家居需引進(jìn)何種技術(shù)？

住宅中生活的人們特征各異，有男女老少，也有生活習(xí)慣及價(jià)值觀等各不相同的人。智能家居便是通過將前沿的信息通信技術(shù)引進(jìn)如此多樣的場所而實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)引進(jìn)什么樣的技術(shù)，以及其有效性、易用性乃至安全性，都需要從多個(gè)角度進(jìn)行仔細(xì)驗(yàn)證。

石川科學(xué)園區(qū)內(nèi)旨在探討未來智能家居中所需技術(shù)的實(shí)證試驗(yàn)大樓，按照建筑學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)設(shè)置了房間布局，并明確界定了住戶的概況（家庭成員構(gòu)成、每位住戶的日常行動(dòng)等），居住環(huán)境由此而成。實(shí)證試驗(yàn)大樓內(nèi)部和周圍安裝了各式傳感器和構(gòu)成智能家居的多種裝置及設(shè)備，對尚未向市場投放的構(gòu)建智能家居的新技術(shù)、裝置和設(shè)備進(jìn)行提前驗(yàn)證。此外，這里還連接了模擬電力網(wǎng)絡(luò)和廣域通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，用來驗(yàn)證智能家居和社會(huì)能否順利安全地合作運(yùn)行。

丹教授認(rèn)為，智能家居的作用應(yīng)該總是以住戶為中心，想住戶所想，支持他們的生活。在開發(fā)智能家居的基本技術(shù)和系統(tǒng)時(shí)，需要考慮到住戶的引進(jìn)目的和屬性是千差萬別的。智能家居和智能大樓（即讓建筑本身具備智能化）在構(gòu)成系統(tǒng)的技術(shù)方面不同。就普通住宅而言，沒有管理人員來構(gòu)建和運(yùn)行系統(tǒng)。而且，住宅落成后，住戶往往會(huì)使用初始設(shè)計(jì)階段所沒有設(shè)想到的機(jī)器和設(shè)備，并將其連接到家庭網(wǎng)絡(luò)。也就是說，開發(fā)智能家居的技術(shù)需要以之后不斷多樣化和復(fù)雜化為前提。

智能家居標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)需要做到即插即用，一旦連接，就能簡單穩(wěn)定地運(yùn)行。如果智能家居的技術(shù)需要專業(yè)知識(shí)，就無法得到大范圍普及。所以需要引進(jìn)前沿的信息通信技術(shù)，使其在使用時(shí)能做到簡單方便，就像家電那樣把插頭連接到電源插座上就能使用。

傳感器及電子元件需要如何發(fā)展？

首先，我們期待將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)的通信技術(shù)和與此相關(guān)的電子元件都能取得進(jìn)步。丹教授介紹說，在理想情況下，我們希望在一個(gè)普通住宅中安裝大約1000個(gè)不同種類的傳感器。然而，在我們用來驗(yàn)證新技術(shù)的實(shí)證試驗(yàn)大樓中，許多傳感器都是通過有線連為一體的，如果這樣的話安裝傳感器需要大量的人力和成本，而且很難收集到適當(dāng)且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，也可采取使用無線技術(shù)的方法。但是，即使技術(shù)規(guī)格上能夠連接數(shù)萬個(gè)區(qū)域，在現(xiàn)實(shí)中也無法做到在連接1000個(gè)傳感器的狀態(tài)下，無論何時(shí)都能穩(wěn)定地傳輸所需的數(shù)據(jù)量。我們需要一個(gè)系統(tǒng)，以確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能獨(dú)立運(yùn)行，可連接1000個(gè)傳感器，并能順利進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

雖然使用有線系統(tǒng)能較為容易地進(jìn)行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，但仍需更易于安裝的有線技術(shù)。為此，我們成立了一個(gè)相關(guān)團(tuán)體，旨在于日本推行“單對以太網(wǎng)（Single Pair Ethernet，SPE）”，即能實(shí)現(xiàn)成本更低、空間更省的傳感器連接的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。我們認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)對于在住宅內(nèi)方便地實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器聯(lián)網(wǎng)非常有效，可望成為一種解決方案。

也就是說，要安裝1000個(gè)傳感器，可能需要一些技術(shù)創(chuàng)新。

作為將更多傳感器導(dǎo)入住宅的方法，還可以站在截然不同的角度進(jìn)行探討。

首先是使用內(nèi)置于現(xiàn)有家電產(chǎn)品和住宅設(shè)備中的傳感器。這種使用方法旨在以更少的投資利用更多的傳感器。例如，在實(shí)際驗(yàn)證其效果的地區(qū)，收集聯(lián)網(wǎng)的空氣凈化器等物聯(lián)網(wǎng)家電中的內(nèi)置傳感器所提供的氣溫及濕度等數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到數(shù)字田園都市數(shù)據(jù)合作基礎(chǔ)的云平臺(tái)。然后嘗試將這些數(shù)據(jù)與住戶信息關(guān)聯(lián)起來，便能了解每個(gè)老人的生活節(jié)奏和居家情況。這一舉措旨在為高齡者提供醫(yī)療保健、災(zāi)害應(yīng)對措施和能源管理服務(wù)。近年來的家電產(chǎn)品標(biāo)配有多種傳感器，能實(shí)現(xiàn)有效且附加價(jià)值較高的功能，其中還有部分機(jī)種可以收集空氣質(zhì)量、氣味、灰塵、二氧化碳等富有價(jià)值的信息。我們嘗試將家電產(chǎn)品連接到網(wǎng)絡(luò)，利用能使各個(gè)設(shè)備都發(fā)揮其功能的傳感器，以收集其他目的的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，如果能將那些可收集到更多樣、更準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的傳感器搭載到家電產(chǎn)品中，就再好不過了。

此外，盡管在家庭使用領(lǐng)域尚未實(shí)現(xiàn)，還可考慮賦予傳感器本身移動(dòng)功能的方法。近年來，為了提高橋梁等道路基礎(chǔ)設(shè)施的檢查和維護(hù)工作的效率，人們開始使用無人機(jī)進(jìn)行檢查。雖然在橋梁的關(guān)鍵點(diǎn)安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器也能收集數(shù)據(jù)，但使用無人機(jī)可更靈活地根據(jù)目的和情況收集數(shù)據(jù)。此外，住宅內(nèi)總會(huì)有一些僅靠固定安裝的傳感器無法解決的地方。此外，也可能出現(xiàn)需要根據(jù)具體情況來集中收集信息的情況。例如，住宅內(nèi)的家電和設(shè)備是否在運(yùn)行，只要觀察各自安裝的移動(dòng)顯示LED指示燈等便能一目了然。如果通過安裝攝像頭來監(jiān)控每個(gè)設(shè)備，效率會(huì)很低，但如果在清潔機(jī)器人等可在住宅內(nèi)移動(dòng)的設(shè)備上安裝傳感器及攝像頭，就能以移動(dòng)方式來收集信息。

通用多功能傳感器或?qū)柺?/strong>

在智能家居大范圍普及的時(shí)代，為了提高智能家居的整體功能和性能，丹教授認(rèn)為，各式各樣家用電器即使制造商不同，都應(yīng)普遍搭載標(biāo)準(zhǔn)化的通用多功能傳感器，以更高的精度收集更多數(shù)據(jù)，這才是理想的狀態(tài)。

當(dāng)然，也可以在住宅內(nèi)各處安裝具有同樣傳感功能的數(shù)據(jù)收集專用物聯(lián)網(wǎng)終端，但對于設(shè)置僅具備傳感功能的設(shè)備且持續(xù)耗電，有些人可能就會(huì)有抵觸心理吧。因此，在家電產(chǎn)品等中搭載通用多功能傳感器才是更自然的做法。事實(shí)上，某家電制造商已將傳感器及話筒這些看似超規(guī)格的設(shè)備與通信模塊一體化后，搭載到自家公司生產(chǎn)的家電產(chǎn)品中。作為物聯(lián)網(wǎng)家電，該公司產(chǎn)品備受好評。

一般來說，傳感器是一種可根據(jù)功能及性能進(jìn)行細(xì)分的多品種產(chǎn)品。如果對通用多功能傳感器的需求增加，就會(huì)形成少品種大批量生產(chǎn)的局面，那么對于傳感器制造商來說，可能會(huì)出現(xiàn)事業(yè)效率得以提高的裨益，從而可能成就傳感器業(yè)務(wù)的新方案。

 

跨行業(yè)協(xié)作，跨業(yè)務(wù)共識(shí)

智能家居相關(guān)企業(yè)應(yīng)為多樣化的理想?yún)f(xié)作準(zhǔn)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和框架。我們需要建立一個(gè)相關(guān)場所，讓多種多樣的公司能夠共同思考智能家居，在討論、合作并達(dá)成一致的同時(shí)不斷進(jìn)行技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)并提供服務(wù)。如果各公司之間無法順利開展合作，那么智能家居也將無法發(fā)揮其功能，因此各公司都需要在考慮其他公司立場的同時(shí)，不斷推進(jìn)開發(fā)和事業(yè)化。明確實(shí)現(xiàn)智能家居的整體藍(lán)圖，明確各行業(yè)的職責(zé)和定位，并朝著達(dá)成共識(shí)的方向前進(jìn)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

在此過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些并不屬于任意一家公司業(yè)務(wù)范圍的領(lǐng)域，我們認(rèn)為大學(xué)及國家需要在這些領(lǐng)域提供一些方向性的指導(dǎo)。而一般財(cái)團(tuán)法人電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（JEITA）的智能家居部會(huì)正在積極開展相關(guān)活動(dòng)，以推動(dòng)這種跨行業(yè)跨業(yè)務(wù)的共識(shí)。

 

具有系統(tǒng)思維的元器件廠商

包括傳感器及對實(shí)現(xiàn)通信功能來說不可或缺的電子元件等在內(nèi)，智能家居中這些不可或缺的技術(shù)的供應(yīng)商將發(fā)揮很大的作用。

設(shè)備制造商往往是在認(rèn)識(shí)到應(yīng)用市場的規(guī)模之后才會(huì)參與公司間合作及行業(yè)團(tuán)體的活動(dòng)。丹教授認(rèn)為，就像智能家居一樣，如果能讓設(shè)備制造商從共同建設(shè)未來市場的階段便參與進(jìn)來，那么整個(gè)系統(tǒng)將從設(shè)備層面加速進(jìn)化。屆時(shí)，我們就會(huì)去討論智能家居整體系統(tǒng)的理想狀態(tài)，因此我希望看到那些具有系統(tǒng)思維的設(shè)備開發(fā)商都能積極參與其中。

在Society5.0時(shí)代，各式各樣的設(shè)備及系統(tǒng)、乃至政府系統(tǒng)都將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化連接。除了眼前能看到的業(yè)務(wù)之外，在未來即將到來的時(shí)代需要什么樣的設(shè)備，我希望大家都能一起去探索。

 

總結(jié)

電子元件，尤其是傳感器的持續(xù)進(jìn)化，為智能家居的性能提升與廣泛普及提供了強(qiáng)大動(dòng)力。丹教授強(qiáng)調(diào)，智能家居系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對住戶狀態(tài)和情況的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測，就必須集成多種多樣的傳感器。然而，他也提到，為了讓復(fù)雜的信息通信技術(shù)能夠更順暢地融入家庭環(huán)境并被大眾所掌握，必須開發(fā)出更易于操作和普及的技術(shù)。

目前，借助空氣凈化器等設(shè)備內(nèi)置的傳感器，智能家居的試驗(yàn)研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，這表明利用現(xiàn)有的傳感器和通信組件確實(shí)能夠搭建起基本的智能家居架構(gòu)。不過，若要將智能家居推向更高層次，并使其走進(jìn)更多家庭，電子元件領(lǐng)域的技術(shù)革新不可或缺。隨著智能家居的逐步構(gòu)建和持續(xù)發(fā)展，未來可能會(huì)催生出與傳統(tǒng)傳感器及通信組件截然不同的技術(shù)發(fā)展路徑。

 

村田制作所一直積精致力于傳感器及通信零部件的開發(fā)與提供，以滿足家電產(chǎn)品到數(shù)據(jù)中心等使用的前沿設(shè)備等各式應(yīng)用設(shè)備的要求。我們相信，在開發(fā)和供應(yīng)智能家居所需的新零部件方面，我們將大有作為。