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别再白白冲走宝贵的健康信息

时间:2024-05-15 作者:Matt Campbell 阅读:
近年来,智能技术让越来越多我们日常使用的电器变成了智能家居中的联网设备。然而,这股风潮却没给卫生间带来多大的变化。虽然智能牙刷和智能体重秤已经颇为普及,但一旁的座便器却固守着上个世纪的模样,几乎没有任何变化。不过,随着传感器技术不断发展,以及人们对健康指标的关注度与日俱增,智能座便器发展的序幕终于拉开。

现如今,那些看起来像宇宙飞船似的高端坐便器可以提供夜灯、加热座椅、自动开合盖等贴心的功能。虽然这些功能让如厕的体验上了一个台阶,但它们未必采用了多么先进的技术,更多时候只是通过巧妙的方式运用了现有技术而已。真正的智能座便器之所以“智能”,就在于它们能够提供详细的健康指标。

不只是花哨的卖点

每天,我们都会冲走大量有关自身健康的信息。对废水进行检测,这多少是个有点“恶心”的想法,但这些检测可以揭示有关感染、特定种类癌症、糖尿病等疾病的信息。在新冠大流行期间,科学家就通过检测废水中的病毒,绘制出废水病毒含量图,并结合废水的来源,监测疫情爆发的情况。迈阿密大学的研究人员甚至能够通过检测废水来确定校园中的某幢宿舍楼是否爆发了疫情。

一款先进的智能座便器会集成多种排泄物监测设备,例如用于监测粪便粘稠度或尿液流量的摄像头。未来的座便器甚至可以采集并处理粪便样本。通过定期检测粪便,可以及早发现结肠和直肠癌的迹象,但在以往,这项检测需要亲自前往实验室,在尴尬不适的气氛中完成采样,或者将样本邮寄到实验室进行检测。如果能在家里自动完成采样,这项常规筛查就会更容易让人接受。如果还能实现自动化检测,那就可以简化对患者的长期监测,定期向患者的医疗保健医生提供最新信息,而患者无需付出额外的努力。

对于食物过敏或敏感的患者来说,将智能座便器与饮食日记搭配起来,就可以详细了解究竟是哪些食物引发了过敏。许多肠易激综合症(IBS)患者都会记录饮食日记,以帮助找出疾病发作的原因。如果将饮食日记保存到座便器可以访问的应用程序中,座便器就可以比较摄入的食物与粪便中检测到的食物,从而为用户提供重要信息,让他们了解自己的身体对各种食物的反应。如果数据足够多的话,应用程序甚至可以预测出哪些食物可能诱发了疾病发作(1)。

1:智能座便器与饮食日记相配合,有助于食物过敏的用户确定哪些食物应避免食用。(图源:PheelingsMedia/stock.adobe.com)

对于注重健康和健身的消费者而言,持续健康监测也是一项颇具吸引力的趋势。健康指标可以激励志在改善自己的人,而智能座便器则带来了获取健康指标的全新方式。智能座便器可以为这些用户提供补水和纤维摄入建议、监测血糖水平,并对可能需要就医的情况发出预警。有些用户喜欢分享每次跑步和骑车的经历,他们在享受到智能座便器的便利后,甚至可能会向社交平台粉丝们分享自己的如厕活动和健康指标记录。

哪些技术是座便器智能化的功臣?

现阶段,健康监测座便器所集成的电子设备仍然受制于改装现有座便器的需求,但随着技术的成熟,各种定制解决方案有望在将来出现。目前的解决方案包括监测尿液流量和粪便成分的摄像头、放置尿液分析试条的机械臂,以及将数据安全发送到云端的无线发射器。

任何根据摄像头捕获的图像来推断出数据的应用,都是机器学习技术一展身手的绝佳机会。机器学习算法可以建立用户档案,了解每个人的常态状况,从而更好地理解检测结果中出现的哪些偏差可能值得提醒用户。搭配来自饮食日记或医疗可穿戴设备的数据后,机器学习算法还可以全面、详细地分析用户的消化道健康状况,以及帮助用户追踪压力、睡眠和饮食等因素对身体的影响。

营养学是一个复杂的领域,变量众多,研究人员很难将其中的相关变量分离出来。机器学习算法可以照亮人体这个黑盒子,为用户提供可操作的饮食指导。例如,它可以为肠易激综合症患者的饮食调整提供实时建议。如果用户同意共享匿名数据,它甚至可以根据其他相似用户的数据,让用户知道应该避开哪些食物。

除了机器学习算法外,传统的尿液分析试条也能提供即时、可靠的结果。尿液分析试条所含有的试剂可根据pH值、葡萄糖、蛋白质、酮体和血液等物质的浓度改变颜色。带有多种试剂的尿液分析试条并不难买到,只需一根这样的试条,就可以进行十种或更多种不同的测试。光学传感器可以解读这些试条的颜色结果,让智能座便器快速捕获尿液中的各种健康指标(2)。从中,用户就能够尽早得知尿路感染(UTI)、糖尿病、肾脏疾病和怀孕等身体状况。

2:医疗服务供应商可以利用卫生间中收集到的信息,在常规筛查和诊断中及早发现问题。(图源:Kirsten Davis/peopleimages.com/stock.adobe.com)

设计者需要决定在多大程度上依赖座便器发挥边缘计算机的功能,以及在多大程度上通过云端进行处理。能够运行机器学习程序的座便器会更加费电,价格也可能高到消费者无法接受的程度。采用云计算的座便器需要使用安全的数据连接方式,以及符合各地数据隐私法规的数据库。

要让智能座便器便于维护,这一点也会带来更多设计挑战。一个显而易见的问题是,当智能座便器发生故障时,用户应该找水管工还是IT技术人员?制造商需要做好客户支持,配备训练有素的技术人员和充足的替换零件。安装过程中也可能涉及电气工程,因为许多卫生间都不会在座便器旁边预留电源插座。

智能座便器在普及路上面临的挑战

智能座便器工作的一个关键步骤是识别用户。斯坦福大学研究人员开发的一款座便器在冲水手柄上安装了指纹扫描仪,可在用户冲水时识别其身份。 不过,这样的做法有其局限性:高端座便器会自动冲水,而且用户并不总是为自己冲水(例如在需要他人辅助的情况下)。智能座便器需要尽可能实现“无感”工作,增加一个额外步骤来验证用户身份是违反直觉的,况且在严重内急时,谁还有心思先在座便器上登录一下?

智能座便器面临的最大挑战之一,在于社会问题而非技术问题。想要用上智能座便器,就必须接受自己最私密的数据被用来分析。卫生间里发生的事情都是个人隐私,而排泄物分析往常只用于特定诊断,而非例行检查。简而言之,智能座便器要想普及,就必须面对这个难以启齿的问题,毕竟在卫生间安装摄像头,听起来更像是廉价民宿里的噩梦,而非先进的医疗设备该做的事。

数据隐私的重要性正与日俱增。智能座便器需要将收集到的信息提供给医疗服务供应商,因而这些信息将作为医疗信息加以保护。在美国,此类数据受《健康保险可携性和责任法案》(HIPAA)的保护,该法案对如何访问和使用患者数据制定了严格规定。智能座便器用户绝不愿意看到自己的敏感数据外泄,也不希望任何人根据他们的如厕习惯来针对性地投放广告。智能座便器中的无线发射器需要以加密的方式向所连接的数据库传输信息。

持续监测用户的排泄物也存在道德问题。智能座便器能够发现用户未必希望他人知道的信息,比如酒精、处方药或违禁药物等。如果你在一户装了智能座便器的人家做客,你能不能选择不使用智能功能,把它当成传统座便器来用?

还有一点是,智能座便器中的敏感电子产品需要经常校准和清洁,才能保持最佳性能。电气连接和元器件需要密封以防受潮。座便器本身也并非无菌,有可能会污染检测样本而导致误报。机器视觉可以识别排泄物,并引导座便器在排泄物落水前将其拦截。这个过程需要用到一个或多个摄像头、坚固耐用的小型电机,以及用来处理样本的专用管道和空间。显然,这里面最大的问题,还是用户能不能接受让摄像头和机械臂密切地监视自己的私处。

结语

虽然我们未必愿意对自己的排泄物有什么想法,但冲走它们恰恰就是冲走了宝贵的健康信息。智能座便器提供了一种颇具吸引力的诊断和健康指标检测方式。在早期的原型设计和实验中,智能座便器将机器视觉与传统试剂测试相结合,取得了可喜的成果。通过定期监测,有助于用户捕捉各种疾病的早期迹象,从而及时寻求治疗。虽然这项技术取得了长足进步,但要想真正普及,最大的障碍之一就是用户能否接受自己最私密的数据被用来分析。

参考资料

[1] “Tracking Covid-19 through Wastewater,” US National Institutes of Health, March 23, 2023, https://covid19.nih.gov/news-and-stories/tracking-covid-19-through-wastewater-testing.

[2] Hanae Armitage, “‘Smart Toilet’ Monitors for Signs of Disease,” Stanford Medicine, news release, April 6, 2020, https://med.stanford.edu/news/all-news/2020/04/smart-toilet-monitors-for-signs-of-disease.html.

作者简介

 

 

 

Matt是贸泽电子的技术文章作者。在攻读电气工程学位期间,Matt意识到自己擅长文字表达更胜于解微积分,因而在其职业生涯中始终致力于探索尖端技术背后的故事。工作之余,他喜欢听音乐会、参与户外活动、收集旧物和拍摄日落。

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