導(dǎo)讀

據(jù)美國普渡大學官網(wǎng)近日報道，該校研究人員開發(fā)出一款原型設(shè)備，用人體充當信息傳送通道，只需摸一下物體表面就能傳輸信息。

背景

如今，隨著半導(dǎo)體、物聯(lián)網(wǎng)、新材料等技術(shù)不斷發(fā)展，創(chuàng)新型醫(yī)療設(shè)備層出不窮，并表現(xiàn)出靈巧、輕量、小型、生物相容、生態(tài)友好等新特點。這些設(shè)備大多具有數(shù)據(jù)采集、無線連接、遠程監(jiān)控、近場通信等功能，不僅可以監(jiān)測各種人體健康指標，還可以治療疾病和修復(fù)人體機能。其中比較典型的有：植入式醫(yī)療設(shè)備、可穿戴醫(yī)療設(shè)備、可吞服的醫(yī)療設(shè)備等。

監(jiān)測并治療糖尿病的石墨烯腕帶（圖片來源：Hui Won Yun / 首爾大學）

可吞服的氣敏膠囊可實時檢測腸道氣體，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至手機。（圖片來源：Peter Clarke/RMIT University）

心臟起搏器的新型供電系統(tǒng)（圖片來源：Islam Mosa/康涅狄格大學、Maher El-Kady/加州大學洛杉磯分校）

然而，這些設(shè)備往往需要通過藍牙或者Wi-Fi信號與外界通信以傳遞數(shù)據(jù)?？墒?，當藍牙與Wi-Fi信號在人體周圍傳播時，這些電磁波至少可以在人體周圍10米半徑范圍內(nèi)被檢測到，這樣就有可能被黑客竊聽到，從而威脅設(shè)備安全。

黑客（圖片來源：普渡大學）

例如2017年，美國食品和藥物管理局（FDA）召回了由 Abbott 公司生產(chǎn)的大約46.5萬個心臟起搏器。召回的原因就是，這些設(shè)備可能會被黑客遠程入侵，以增加心臟活動量或縮短電池壽命，進而可能危及病人生命。

去年，美國普渡大學的研究人員開發(fā)出一項讓通信信號保持在人體內(nèi)的技術(shù)，進一步加強了聯(lián)網(wǎng)的植入式醫(yī)療設(shè)備的安全性。這種私密的通信網(wǎng)絡(luò)僅允許你自己和你的設(shè)備訪問，而黑客非常難以攻破。

人體可以很好地攜帶信號，普渡大學新開發(fā)的技術(shù)能讓信號處于非?？拷梭w的范圍之內(nèi)。（圖片來源：Erin Easterling/普渡大學）

他們采用的是一種稱為“電準靜態(tài)場人體通信（EQS-HBC）”的方法，通過采用低頻率無載波（寬帶）傳輸?shù)姆椒?，將信號限制在人體之內(nèi)，使得鄰近的竊聽者很難截獲關(guān)鍵的隱私數(shù)據(jù)，形成一種私密的通信信道，也就是人體。

（圖片來源: 參考資料【1】）

創(chuàng)新

近日，該校研究人員又取得新進展，開發(fā)出一款原型設(shè)備，可以讓你的身體充當“卡片或智能手機”與“閱讀器或掃描儀”之間的連接通道，只需觸摸一下物體表面就可以傳輸信息。

雖然該原型設(shè)備還不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)賬匯款，但它是首個可通過指尖直接觸摸發(fā)送任何信息的技術(shù)。研究人員在一項新研究中表示，當用戶將原型作為手表佩戴時，在觸摸筆記本電腦上的傳感器時，用戶的身體可用于發(fā)送照片或者密碼等信息。

研究人員通過觸摸傳感器，將信息從手表中的芯片傳送至筆記本電腦。（圖片來源：普渡大學/John Underwood）

普渡大學電氣與計算機工程系副教授 Shreyas Sen 表示：“我們習慣使用指紋來解鎖設(shè)備，然而這項技術(shù)并不依賴于生物識別，而是依賴于數(shù)字信號。想象一下，通過觸摸就可以在他人的手機上登錄應(yīng)用程序。無論你觸摸什么，它都將變得更強大，因為數(shù)字信息正在通過它。”

普渡大學教授 Shreyas Sen（左）與研究生 David Yang 演示這項可以通過直接觸摸傳輸信息的技術(shù)。（圖片來源：普渡大學/John Underwood）

這項研究發(fā)表在美國計算機協(xié)會的期刊《Transactions on Computer-Human Interaction》上。普渡大學校友 Shovan Maity 作為 Sen 實驗室的博士生領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。研究人員還將在明年五月舉行的美國計算機協(xié)會的計算機人機交互（ACM CHI）會議上展示他們的發(fā)現(xiàn)。技術(shù)

這項技術(shù)的工作原理是在人體內(nèi)建立一個“互聯(lián)網(wǎng)”，智能手機、智能手表、起搏器、胰島素泵及其他可穿戴或植入式設(shè)備都可以用它來發(fā)送信息。這些設(shè)備通常使用藍牙信號進行通信，而這些信號往往從身體向外輻射。Sen 表示，黑客可以在30英尺外截獲這些信號。

（圖片來源：Chris Philpot）

Sen 的技術(shù)通過將信號耦合到所謂的“電準靜態(tài)范圍”中，從而將信號限制在人體內(nèi)。在電磁頻譜上，這比典型的藍牙通信的頻率要低得多。這種機制只需要接觸表面就可以傳遞信息。即使你的手指懸停在表面上一厘米的地方，沒有直接接觸，信息也不會通過這種技術(shù)傳遞。這將防止黑客通過截獲信號竊取信用卡憑證等私人信息。

（圖片來源：普渡大學）

研究人員在實驗室里通過讓一個人與相鄰的兩個表面相互作用來證明這個能力。每個表面都裝備有一個用來接觸的電極、一個用來接收手指上數(shù)據(jù)的接收器、一盞用來指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒簟Ｈ绻种钢苯佑|摸電極，則只有該表面的燈光會亮起。另一個表面保持不發(fā)光，說明數(shù)據(jù)沒有泄露出去。同樣，如果手指盡可能靠近并懸停在筆記本電腦傳感器上方，則不會傳送照片，而直接觸摸就可以傳送照片。價值信用卡機器和蘋果支付（Apple Pay）等應(yīng)用程序都采用了一種更安全的藍牙信號替代方案，即近場通信（near-field communication），通過刷卡或掃描手機來接收付款。Sen 的技術(shù)將使得用一個手勢進行安全支付變得更便利。Sen 表示：“你不必從口袋里掏出一個設(shè)備，只要把它放在口袋里或身體上，觸摸一下即可?！边@項技術(shù)也可以取代目前使用藍牙通信授權(quán)進入建筑物的鑰匙或卡片，用戶可能只需要觸摸一下門把手就能進入。就像如今掃描手機上的優(yōu)惠券、禮品卡和其他信息一樣，在現(xiàn)實生活中使用這項技術(shù)，將需要所有的表面都有正確的硬件來識別你的手指。

人們佩戴的設(shè)備上的軟件還需要進行配置，以便通過身體向指尖發(fā)送信號，而且還需要設(shè)定關(guān)閉的方式。這樣一來，諸如支付之類的信息就不會被傳送到每一個有接收設(shè)備的表面。研究人員相信，這項技術(shù)的應(yīng)用將超越我們今天與設(shè)備互動的方式。Sen 表示：“無論何時你啟用一個新的硬件通道，它都會賦予你更多的可能性。想想我們現(xiàn)今的大型觸摸屏，計算機接收到的唯一信息就是觸摸的位置。但是，通過觸摸傳遞信息的能力會改變這種大觸摸屏的應(yīng)用?！?/p>

關(guān)鍵詞

通信、觸摸、醫(yī)療

參考資料

【1】Debayan Das, Shovan Maity, Baibhab Chatterjee, Shreyas Sen. Enabling Covert Body Area Network using Electro-Quasistatic Human Body Communication.Scientific Reports, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038/s41598-018-38303-x

【2】Shovan Maity, David Yang, Scott Stanton Redford, Debayan Das, Baibhab Chatterjee, Shreyas Sen. BodyWire-HCI. ACM Transactions on Computer-Human Interaction, 2020; 27 (6): 1 DOI: 10.1145/3406238

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