Kinect等運動感測器被創造性地用在國外多種科學研究中

你知道嗎？運動感測器不止用於電子遊戲，通過搭配合適的軟體，它們還能夠掃描恐龍頭骨，監控冰川，賦予機器人視力。作為微軟最初為其電子遊戲產品而設計的Kinect遊戲控制器，其最初目的是想讓Xbox用戶通過肢體動作和手勢來控制遊戲中的人物，而不再受遊戲手柄的限制。然而，自它上市起，就大受科學家和臨床醫生的歡迎。他們通過改造Kinect和其他感測器，幫助開展機器人學、冰川學和醫療健康等領域的研究。他們很快就意識到這些設備可用於測量肢體活動，操控3D物體，觀察或建立3D空間模型，而搜集到的數據，能用於各種各樣的研究。

黑色矩形裝置便是內置運動感測器的Kinect遊戲控制器。資料圖

古生物和冰川研究

比如上圖中，一個胸前戴著一個黑色矩形裝置的人正小心翼翼地繞著一個霸王龍頭骨行走。這不是什麼行為藝術。那個黑色矩形裝置便是內置有運動感測器的Kinect，那個人正在美國芝加哥菲爾德博物館用它捕捉恐龍頭骨精確的3D形狀。

這類遊戲控制器的應用領域並不限於古生物學。丹麥及格陵蘭地質調查局的冰川學家Ken Mankoff曾利用Kinect給冰川河床及其下面的融水通道建模，解析度達1毫米。這樣的數據能幫助冰川學家更好地理解冰川融水如何影響海平面。Mankoff說，科學家通常用激光雷達系統搜集數據，一套系統的成本可超過一萬美元。

安裝在Watch-Bot設備三腳架上的Kinect，資料圖

機器人應用

現成的電子遊戲運動感測器還可用作簡易的機器人視覺系統。機器人學研究者Ashutosh Saxena和Chenxia Wu就用Kinect設計了一個可以通過觀察人類行為來學習任務的機器人：WatchBot。

它由一台計算機、一個激光指示器和一個安裝在三腳架上的Kinect組成，Kinect在這裡充當眼睛。WatchBot能夠學習完成一項任務（比如從烤箱中把食物取出來）所需的步驟。在60%的情況下它能夠鑒定遺漏的步驟，這樣的準確率足夠讓其在未來應用於製造與安全監測領域。

Watch-Bot項目研究原理示意圖，資料圖

此外，還有其他的電子遊戲感測器也對科學研究有用。Leap Motion開發的控制器能夠跟蹤手部和手指的細微動作；虛擬現實頭戴設備，比如谷歌的Daydream和Oculus VR的Rift，則能增加沉浸感。例如，荷蘭代爾夫特理工大學的水文學家Willem Luxemburg用Wii Remote測量水庫蒸發速率，精度超過一毫米。Wii已停產，但舊版系統仍可從網上獲取，Kinect也是一樣。微軟在去年10月停止生產Kinect。微軟不斷推出新產品，比如目前限量生產的增強現實眼鏡HoloLens便採用了和Kinect一樣的核心感測器。

醫療研究

電子遊戲感測器也被越來越多地用於醫療。密蘇里大學的工程師Marjorie Skubic從2010年Kinect剛剛發行時，便開始用它監測老年人的步態並預測他們摔倒的風險。Kinect極大地改進了他們之前所用的監測系統——一個攝像頭和一台笨重的台式電腦。計算機不僅占空間，而且發熱嚴重，需要用電風扇散熱，發出的噪音非常干擾工作。有了Kinect後，這些問題迎刃而解，只需要一台小電腦就能夠準確捕捉老人的步態。

Kinect被用在老年人步態監測研究中，資料圖

在英國阿爾斯特大學，康復研究者Suzanne McDonough和計算機科學家Darryl Charles將電子遊戲感測器和定製軟體結合起來，用於監控病人在家裡的理療鍛煉情況，並根據他們的康復狀況安排新的訓練。在過去的幾年裡，McDonough和Charles使用的工具也在不斷進步，從EyeToy和Wii到VR遊戲專用攝像頭，再到用兩代Kinect來跟蹤手臂和手部運動，最後用Oculus和谷歌的VR頭戴設備來提供更加逼真的體驗。他們也用到了Leap Motion感測器。Charles說，它很善於識別手勢和手部的自然運動。

優點和局限

總體來說，對於科學家來說，這類感測器對科學家來說有諸多優點，主要包括成本合理（大部分為80到100美元）、便攜且與免費易學的軟體兼容，因此被用於許多研究項目。

不過，這類設備也有明顯的不足之處，比如它們的規格（如解析度）通常比不上工業級硬體，而且系統更適合客廳環境而非野外。不僅如此，它們的效用很大程度上取決於所開展的研究類型。

例如，Kinect的一個缺點是距離。因為它是為家用需求設計的，所以只能測量距離感測器幾米以內的物體。其他的一些問題在田間工作時尤其突出，比如任何潮濕的東西都不行，直接日照也不行。其他局限還包括電池壽命和難以跟蹤姿態奇特或衣著寬鬆的人。

儘管如此，科學家仍在不斷挖掘這些感測器的創意用法。自從研究者發表了關於文章開始那項霸王龍的研究結果後，研究者收到了許多來自博物館和古生物學團體的請求，他們希望能夠使用或改造他們開發的掃描儀來分析其它化石、藝術品和人工製品。研究者表示，雖然這感測器肯定比不上一個工業級掃描儀，但是它成本低且便於分享數據，因而有利於促成合作。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！