別再白白沖走寶貴的健康信息

現(xiàn)如今，那些看起來(lái)像宇宙飛船似的高端坐便器可以提供夜燈、加熱座椅、自動(dòng)開(kāi)合蓋等貼心的功能。雖然這些功能讓如廁的體驗(yàn)上了一個(gè)臺(tái)階，但它們未必采用了多么先進(jìn)的技術(shù)，更多時(shí)候只是通過(guò)巧妙的方式運(yùn)用了現(xiàn)有技術(shù)而已。真正的智能座便器之所以“智能”，就在于它們能夠提供詳細(xì)的健康指標(biāo)。

不只是花哨的賣(mài)點(diǎn)

每天，我們都會(huì)沖走大量有關(guān)自身健康的信息。對(duì)廢水進(jìn)行檢測(cè)，這多少是個(gè)有點(diǎn)“惡心”的想法，但這些檢測(cè)可以揭示有關(guān)感染、特定種類(lèi)癌癥、糖尿病等疾病的信息。在新冠大流行期間，科學(xué)家就通過(guò)檢測(cè)廢水中的病毒，繪制出廢水病毒含量圖，并結(jié)合廢水的來(lái)源，監(jiān)測(cè)疫情爆發(fā)的情況。邁阿密大學(xué)的研究人員甚至能夠通過(guò)檢測(cè)廢水來(lái)確定校園中的某幢宿舍樓是否爆發(fā)了疫情。

一款先進(jìn)的智能座便器會(huì)集成多種排泄物監(jiān)測(cè)設(shè)備，例如用于監(jiān)測(cè)糞便粘稠度或尿液流量的攝像頭。未來(lái)的座便器甚至可以采集并處理糞便樣本。通過(guò)定期檢測(cè)糞便，可以及早發(fā)現(xiàn)結(jié)腸和直腸癌的跡象，但在以往，這項(xiàng)檢測(cè)需要親自前往實(shí)驗(yàn)室，在尷尬不適的氣氛中完成采樣，或者將樣本郵寄到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。如果能在家里自動(dòng)完成采樣，這項(xiàng)常規(guī)篩查就會(huì)更容易讓人接受。如果還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，那就可以簡(jiǎn)化對(duì)患者的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，定期向患者的醫(yī)療保健醫(yī)生提供最新信息，而患者無(wú)需付出額外的努力。

對(duì)于食物過(guò)敏或敏感的患者來(lái)說(shuō)，將智能座便器與飲食日記搭配起來(lái)，就可以詳細(xì)了解究竟是哪些食物引發(fā)了過(guò)敏。許多腸易激綜合癥（IBS）患者都會(huì)記錄飲食日記，以幫助找出疾病發(fā)作的原因。如果將飲食日記保存到座便器可以訪問(wèn)的應(yīng)用程序中，座便器就可以比較攝入的食物與糞便中檢測(cè)到的食物，從而為用戶(hù)提供重要信息，讓他們了解自己的身體對(duì)各種食物的反應(yīng)。如果數(shù)據(jù)足夠多的話(huà)，應(yīng)用程序甚至可以預(yù)測(cè)出哪些食物可能誘發(fā)了疾病發(fā)作（圖1）。

圖1：智能座便器與飲食日記相配合，有助于食物過(guò)敏的用戶(hù)確定哪些食物應(yīng)避免食用。（圖源：PheelingsMedia/stock.adobe.com）

對(duì)于注重健康和健身的消費(fèi)者而言，持續(xù)健康監(jiān)測(cè)也是一項(xiàng)頗具吸引力的趨勢(shì)。健康指標(biāo)可以激勵(lì)志在改善自己的人，而智能座便器則帶來(lái)了獲取健康指標(biāo)的全新方式。智能座便器可以為這些用戶(hù)提供補(bǔ)水和纖維攝入建議、監(jiān)測(cè)血糖水平，并對(duì)可能需要就醫(yī)的情況發(fā)出預(yù)警。有些用戶(hù)喜歡分享每次跑步和騎車(chē)的經(jīng)歷，他們?cè)谙硎艿街悄茏闫鞯谋憷?，甚至可能?huì)向社交平臺(tái)粉絲們分享自己的如廁活動(dòng)和健康指標(biāo)記錄。

哪些技術(shù)是座便器智能化的功臣？

現(xiàn)階段，健康監(jiān)測(cè)座便器所集成的電子設(shè)備仍然受制于改裝現(xiàn)有座便器的需求，但隨著技術(shù)的成熟，各種定制解決方案有望在將來(lái)出現(xiàn)。目前的解決方案包括監(jiān)測(cè)尿液流量和糞便成分的攝像頭、放置尿液分析試條的機(jī)械臂，以及將數(shù)據(jù)安全發(fā)送到云端的無(wú)線(xiàn)發(fā)射器。

任何根據(jù)攝像頭捕獲的圖像來(lái)推斷出數(shù)據(jù)的應(yīng)用，都是機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)一展身手的絕佳機(jī)會(huì)。機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以建立用戶(hù)檔案，了解每個(gè)人的常態(tài)狀況，從而更好地理解檢測(cè)結(jié)果中出現(xiàn)的哪些偏差可能值得提醒用戶(hù)。搭配來(lái)自飲食日記或醫(yī)療可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)后，機(jī)器學(xué)習(xí)算法還可以全面、詳細(xì)地分析用戶(hù)的消化道健康狀況，以及幫助用戶(hù)追蹤壓力、睡眠和飲食等因素對(duì)身體的影響。

營(yíng)養(yǎng)學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的領(lǐng)域，變量眾多，研究人員很難將其中的相關(guān)變量分離出來(lái)。機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以照亮人體這個(gè)黑盒子，為用戶(hù)提供可操作的飲食指導(dǎo)。例如，它可以為腸易激綜合癥患者的飲食調(diào)整提供實(shí)時(shí)建議。如果用戶(hù)同意共享匿名數(shù)據(jù)，它甚至可以根據(jù)其他相似用戶(hù)的數(shù)據(jù)，讓用戶(hù)知道應(yīng)該避開(kāi)哪些食物。

除了機(jī)器學(xué)習(xí)算法外，傳統(tǒng)的尿液分析試條也能提供即時(shí)、可靠的結(jié)果。尿液分析試條所含有的試劑可根據(jù)pH值、葡萄糖、蛋白質(zhì)、酮體和血液等物質(zhì)的濃度改變顏色。帶有多種試劑的尿液分析試條并不難買(mǎi)到，只需一根這樣的試條，就可以進(jìn)行十種或更多種不同的測(cè)試。光學(xué)傳感器可以解讀這些試條的顏色結(jié)果，讓智能座便器快速捕獲尿液中的各種健康指標(biāo)（圖2）。從中，用戶(hù)就能夠盡早得知尿路感染（UTI）、糖尿病、腎臟疾病和懷孕等身體狀況。

圖2：醫(yī)療服務(wù)供應(yīng)商可以利用衛(wèi)生間中收集到的信息，在常規(guī)篩查和診斷中及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。（圖源：Kirsten Davis/peopleimages.com/stock.adobe.com）

設(shè)計(jì)者需要決定在多大程度上依賴(lài)座便器發(fā)揮邊緣計(jì)算機(jī)的功能，以及在多大程度上通過(guò)云端進(jìn)行處理。能夠運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)程序的座便器會(huì)更加費(fèi)電，價(jià)格也可能高到消費(fèi)者無(wú)法接受的程度。采用云計(jì)算的座便器需要使用安全的數(shù)據(jù)連接方式，以及符合各地?cái)?shù)據(jù)隱私法規(guī)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

要讓智能座便器便于維護(hù)，這一點(diǎn)也會(huì)帶來(lái)更多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。一個(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題是，當(dāng)智能座便器發(fā)生故障時(shí)，用戶(hù)應(yīng)該找水管工還是IT技術(shù)人員？制造商需要做好客戶(hù)支持，配備訓(xùn)練有素的技術(shù)人員和充足的替換零件。安裝過(guò)程中也可能涉及電氣工程，因?yàn)樵S多衛(wèi)生間都不會(huì)在座便器旁邊預(yù)留電源插座。

智能座便器在普及路上面臨的挑戰(zhàn)

智能座便器工作的一個(gè)關(guān)鍵步驟是識(shí)別用戶(hù)。斯坦福大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的一款座便器在沖水手柄上安裝了指紋掃描儀，可在用戶(hù)沖水時(shí)識(shí)別其身份。 不過(guò)，這樣的做法有其局限性：高端座便器會(huì)自動(dòng)沖水，而且用戶(hù)并不總是為自己沖水（例如在需要他人輔助的情況下）。智能座便器需要盡可能實(shí)現(xiàn)“無(wú)感”工作，增加一個(gè)額外步驟來(lái)驗(yàn)證用戶(hù)身份是違反直覺(jué)的，況且在嚴(yán)重內(nèi)急時(shí)，誰(shuí)還有心思先在座便器上登錄一下？

智能座便器面臨的最大挑戰(zhàn)之一，在于社會(huì)問(wèn)題而非技術(shù)問(wèn)題。想要用上智能座便器，就必須接受自己最私密的數(shù)據(jù)被用來(lái)分析。衛(wèi)生間里發(fā)生的事情都是個(gè)人隱私，而排泄物分析往常只用于特定診斷，而非例行檢查。簡(jiǎn)而言之，智能座便器要想普及，就必須面對(duì)這個(gè)難以啟齒的問(wèn)題，畢竟在衛(wèi)生間安裝攝像頭，聽(tīng)起來(lái)更像是廉價(jià)民宿里的噩夢(mèng)，而非先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備該做的事。

數(shù)據(jù)隱私的重要性正與日俱增。智能座便器需要將收集到的信息提供給醫(yī)療服務(wù)供應(yīng)商，因而這些信息將作為醫(yī)療信息加以保護(hù)。在美國(guó)，此類(lèi)數(shù)據(jù)受《健康保險(xiǎn)可攜性和責(zé)任法案》（HIPAA）的保護(hù)，該法案對(duì)如何訪問(wèn)和使用患者數(shù)據(jù)制定了嚴(yán)格規(guī)定。智能座便器用戶(hù)絕不愿意看到自己的敏感數(shù)據(jù)外泄，也不希望任何人根據(jù)他們的如廁習(xí)慣來(lái)針對(duì)性地投放廣告。智能座便器中的無(wú)線(xiàn)發(fā)射器需要以加密的方式向所連接的數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸信息。

持續(xù)監(jiān)測(cè)用戶(hù)的排泄物也存在道德問(wèn)題。智能座便器能夠發(fā)現(xiàn)用戶(hù)未必希望他人知道的信息，比如酒精、處方藥或違禁藥物等。如果你在一戶(hù)裝了智能座便器的人家做客，你能不能選擇不使用智能功能，把它當(dāng)成傳統(tǒng)座便器來(lái)用？

還有一點(diǎn)是，智能座便器中的敏感電子產(chǎn)品需要經(jīng)常校準(zhǔn)和清潔，才能保持最佳性能。電氣連接和元器件需要密封以防受潮。座便器本身也并非無(wú)菌，有可能會(huì)污染檢測(cè)樣本而導(dǎo)致誤報(bào)。機(jī)器視覺(jué)可以識(shí)別排泄物，并引導(dǎo)座便器在排泄物落水前將其攔截。這個(gè)過(guò)程需要用到一個(gè)或多個(gè)攝像頭、堅(jiān)固耐用的小型電機(jī)，以及用來(lái)處理樣本的專(zhuān)用管道和空間。顯然，這里面最大的問(wèn)題，還是用戶(hù)能不能接受讓攝像頭和機(jī)械臂密切地監(jiān)視自己的私處。

結(jié)語(yǔ)

雖然我們未必愿意對(duì)自己的排泄物有什么想法，但沖走它們恰恰就是沖走了寶貴的健康信息。智能座便器提供了一種頗具吸引力的診斷和健康指標(biāo)檢測(cè)方式。在早期的原型設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中，智能座便器將機(jī)器視覺(jué)與傳統(tǒng)試劑測(cè)試相結(jié)合，取得了可喜的成果。通過(guò)定期監(jiān)測(cè)，有助于用戶(hù)捕捉各種疾病的早期跡象，從而及時(shí)尋求治療。雖然這項(xiàng)技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但要想真正普及，最大的障礙之一就是用戶(hù)能否接受自己最私密的數(shù)據(jù)被用來(lái)分析。

參考資料

[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.

作者簡(jiǎn)介

Matt是貿(mào)澤電子的技術(shù)文章作者。在攻讀電氣工程學(xué)位期間，Matt意識(shí)到自己擅長(zhǎng)文字表達(dá)更勝于解微積分，因而在其職業(yè)生涯中始終致力于探索尖端技術(shù)背后的故事。工作之余，他喜歡聽(tīng)音樂(lè)會(huì)、參與戶(hù)外活動(dòng)、收集舊物和拍攝日落。