Övertygande, genomgripande datoranvändning

År 2000 lanserade Massachusetts Institute of Technology ett ambitiöst projekt för att förändra hur världen använder datorer. Den gamla modellen: en låda, en bildskärm och tangentbord. Det nya: datorer lika genomgripande och osynliga som luften vi andas. De kallade det Project Oxygen.

För en översikt över projektets mål och en Q&A med dess grundare, se Projekt Oxygen's New Wind .

Nu, nästan två år senare, rullar de första teknikerna ut från laboratoriet. Projektledare-Laboratoriet för datavetenskapschef Victor Zue, biträdande direktör Anant Agarwal och Artificiell Intelligens Laboratoriets chef Rodney Brooks-insisterar på att Project Oxygen handlar om en idé, inte produkter. Men företagssponsorer - bland dem Hewlett Packard, Nokia och Philips - väntar ivrigt på deras resultat. Teknikgranskning gick in i labbet för att få en smygtitt på tre aspekter av syre som visar särskilt lovande: Cricket, ett platsmedvetet datorsystem; det intelligenta rummet, ett högteknologiskt kontor som fungerar som ett forskningslabb för visionsgränssnitt; och Raw-mikroprocessorn, ett lågeffekts, ultraprogrammerbart chip designat för att driva 2000-talets handhållna enheter. Tillsammans kommer dessa teknologier, säger deras skapare, att placera datorer överallt och ingenstans.

En rå affär

Handdatorer har kommit långt sedan Apple presenterade sin Newton 1993. En gång lite mer än en glorifierad Rolodex, konkurrerar handdatorer idag med prestanda och tillämpningsområde för stationära datorer. Men högre hastigheter och flera specialiserade processorer har gjort dem strömkrävande, och batteritiden fortsätter att vara en begränsande faktor. För att komma till rätta med strömproblemet bygger syreforskare, med Agarwal i spetsen, ett mer flexibelt, mindre strömkrävande chip som de kallar Raw Architecture Workstation, eller Raw. Idag bygger människor anpassade [chips] för video, grafik, nätverk och så vidare, säger Agarwal. Vi har en enda processor som kan göra alla dessa saker.

Detta optimerar inte bara prestandan - särskilt för uppgifter som videobearbetning, som fastnar i minnet - utan det sparar ström, en viktig funktion för alla små batteridrivna enheter. Och programmerbarheten sträcker sig inte bara till att integrera diskreta funktioner. Det kan öppna upp för spännande genombrott inom områden som mjukvaruradio, som enkelt kan växla mellan flera cellulära protokoll.

Genom att göra datavägarna mycket programmerbara undviker Raw centraliserade minnes- och registersystem. I en typisk processor kan du behöva studsa en bit data runt. Men med Raw går det direkt dit jag vill att det ska gå, säger Agarwal.

Raw-arkitekturen liknar ett nätverk av brickor, som var och en innehåller funktioner för instruktioner, switchinstruktioner, dataminne, logiska enheter, register och en programmerbar switch. Vi ägnar mycket uppmärksamhet åt sammankopplingen, till ledningarna, säger Agarwal. Om du exponerar kopplingen till programvaran kan du anpassa hur data flödar genom chipet. Du kan orkestrera dataflödet. Nu kan min programvara matcha hårdvaran med applikationen.

Oxygens handhållna datorprototyp, Handy 21, använder en kamera (överst) för att utföra ansiktsigenkänning.

Den första enheten som chippet kommer att driva kommer att vara Oxygens modell handdator, vad de kallar Handy 21. Prototyp Handys integrerar röstigenkänning, trådlös kommunikation och videokraftkrävande applikationer som skulle dra nytta av Raws allt-i-ett-design. En prototyp av Raw-processorn, som utvecklas med IBM Microelectronics, förväntas komma någon gång i år.

Cricket kvittrar

På Project Oxygen tror forskare att en mobil dator kan vara mer användbar om den vet var den är och vad som finns runt den. Gå in i Cricket Indoor Location System, ett nätverk av trådlösa sändare som förser mobila enheter som Handy 21s med information om deras fysiska plats, som de kan använda för att hitta statiska enheter som skrivare eller utgångar såväl som andra människor.

Platsspårning är ett hett ämne nu i ljuset av Federal Communications Commissions Enhanced 911-krav som kräver att 95 procent av alla mobiltelefoner ska inkludera automatisk platsidentifieringsteknik som Global Positioning System i slutet av 2005.

Målet, säger LCS docent Hari Balakrishnan, är att utveckla ett inomhusalternativ till satellitbaserad GPS-spårning, som sällan fungerar inne i byggnader och ofta misslyckas utanför nära höga byggnader.

Inuti byggnader stör flervägs- och magnetisk interferens traditionella lokaliseringsenheter. Att få något att fungera inomhus är särskilt utmanande, säger Balakrishnan. Målet för oss är att få linjära avstånd inom några centimeter så att du kan se var du befinner dig inom en fot eller så.

Crickets trick är att låta varje beacon kontinuerligt sända två signaler: en radio- och en ultraljudssignal. Eftersom radion glider fram med ljusets hastighet och ultraljudspulser färdas med ljudets hastighet, kan Cricket-mjukvaran som styr lyssningsenheten som är inbyggd i en hårdvara beräkna tidsskillnaden mellan de två för att bestämma platsen. Så om det finns ett mellanrum på tio millisekunder så är du cirka tio meter bort, säger Balakrishnan.

De billiga, batteridrivna Cricket-fyrarna kan slås i taket snabbt utan kalibrering, vilket gör det enkelt att skala. De är placerade så att alla lyssningsenheter kan ta emot signaler från tre eller fyra enheter samtidigt för att ytterligare lokalisera positionen. Cricketfyrar kan också skicka annan information utöver platskoordinaterna, till exempel sända identiteten på nyckelresurser inom dess område.

Oxygen-teamet arbetar också på en Cricket Compass-prototyp som kan avgöra vilken riktning avlyssningsenheten är vänd. Genom att utrusta varje lyssningsapparat med flera ultraljudsmottagare placerade mycket nära varandra kan de jämföra minutskillnaderna mellan mottagningstiderna och på så sätt bestämma orienteringen. Denna förmåga kan hjälpa en dator att skicka information till närmaste skärm, eller så kan den förbättra informations- och försäljningsapplikationer. Köpare kan till exempel rikta sin handenhet mot en butiksdisplay för att ta reda på om närliggande försäljning, eller museumsbesökare kan ladda ner information om en närliggande utställning. Cricket är inte gift med en viss radiofrekvens, och Balakrishnan säger att de kan byta till Bluetooth om tekniken tar fart. Känsliga för Crickets storebrors undertoner designar forskare också intrikata skydd för användarnas integritet.

Crickets största inverkan kan komma i inbyggda system som inte spårar människor på ett kontor, utan delar genom ett lager. Faktum är att Balakrishnans grupp experimenterar med ett trådbundet bibliotek, där varje bok har en radiotagg som spåras av ett cricketliknande system. Bättre spårning av varor under hela tillverkningen och leveransen kan spara miljarder i stöld, förlust och ineffektivitet, samtidigt som man undviker de integritetsbekymmer som är förknippade med spårning av människor.

Det intelligenta rummet

Om, som LCS-direktör Victor Zue föreslår, Project Oxygen är en stor lekplats, då är Intelligent Room det coola nya djungelgymmet i mitten. Rummet är värd för en mängd olika projekt som utforskar nya samarbetsverktyg och audio/visuella gränssnitt. För Oxygen fokuserar Artificial Intelligence Laboratory på teknik för röst- och synigenkänning som kommer att hjälpa till att forma Oxygens Enviro 21, en rumskontrollerande enhet som låter användare interagera naturligt med datorn.

Vid första anblicken ser det intelligenta rummet ut som ett typiskt mötesrum, om än med ett överflöd av datorprojicerade liveboard-skärmar på väggen. Du interagerar med displayerna via röst, ljuspenna, gest eller, om allt annat misslyckas, en pekskärm. Taket är översållat med en uppsättning av 32 mikrofoner, två vanliga videokameror och två stereoskopiska videokameror.

Ett grundläggande mål är att förbättra kommunikationen mellan mikrofoner och kameror så att datorn kan avgöra vem den ska uppmärksamma. Uppgiften att identifiera talare är viktig både för att kontrollera videokonferenser och för att låta datorn svara på användarkommandon utan att bli förvirrad. Så småningom kommer sådan kommunikation, som orkestreras via Oxygens innovativa nätverksprogram, Metaglue, också att hjälpa datorn att anpassa svaren för varje individ.

I traditionella visionsystem har du monokameror som försöker upptäcka objekt genom att extrahera den förinspelade bakgrunden, men att ändra belysningen lurar kameran, säger Krzysztof Gajos, en A.I. Labbforskare och teknisk chef för Intelligenta rummet. Med stereokamerorna kan vi inte bara spela in bakgrundsbilden utan även bakgrundsformen. Det är mycket mer robust.

Oxygen är också intresserad av vad folk tittar på, till exempel för att hjälpa datorn att bestämma vilka skärmar som ska användas för optimal visning. Programvaran spårar hur en användare ser ut genom att kombinera ansiktsigenkänningsprogram med 3D-informationen från en stereokamera. För att identifiera orientering, knappar head-post-algoritmen in på hur ansiktsdrag förändras under rörelse. Bland andra applikationer hoppas forskarna kunna montera spårningssystemet på robotar för att förbättra navigeringen.

Forskaren Harold Fox demonstrerade SAM, en animerad datorskärm som visar olika känslor för att avslöja dess tillstånd. Istället för att inleda kommandon genom att säga dator, vilket kan vara förvirrande i möten, tittar användaren bara på grafiken, och Foxs prototyp vet att lyssna. När användaren tittar bort kopplas SAM ur.

Huruvida SAM eller Cricket eller Raw någonsin hittar in i konferensrummen, korridorerna och handdatorerna i vardagen är en fråga som inte kommer att besvaras på flera år. Men en sak är säker: de koncept som de inspirerar kommer utan tvekan att göra.

Dölj