科学匠人 | 麻省大学副教授熊杰加盟微软亚洲研究院 ——“你相信无线感知吗？”

2023年2月，熊杰从美国落地上海，开启了他在微软亚洲研究院全新的科研之旅。在成为微软亚洲研究院首席研究员之前，熊杰曾任美国麻省大学计算机系副教授一职，并分别在新加坡南洋理工大学、美国杜克大学、英国伦敦大学学院取得学士（一等荣誉学位）、硕士以及博士学位。熊杰多年来持续致力于无线感知、智慧医疗和移动计算方面的研究，相关学术论文曾获得 ACM MobiCom、ACM SenSys、ACM UbiComp 等多个全球顶会的最佳论文。

微软亚洲研究院首席研究员熊杰博士

是什么缘由促使熊杰走出校园，加入微软亚洲研究院？又是什么吸引他持续深入探索无线感知领域？他所带领的团队又将在无线感知研究中如何施展拳脚？新兴的无线感知领域，还需要哪些新鲜的血液？

10年前，熊杰正在伦敦大学学院攻读博士学位，研究领域是无线通信。那时 WiFi、3G 通信已落地应用，4G 产业正慢慢兴起，在可预见的未来几年，无线通信的研究将趋于饱和与成熟。彼时，熊杰和自己的导师也意识到了这一发展趋势，于是他们开始寻找新的研究方向。

无线感知这一交叉研究既是一个全新的领域，又和无线通信的基础知识结构紧密相关，自此，熊杰便踏上了无线感知的研究之路，并很快取得了突破性进展。

通过耳机声音信号感知图像

2015年博士毕业后，熊杰选择了留在学术界担任助理教授，但加入微软亚洲研究院，与世界级科研人员共同探索前沿科学技术的想法一直埋在心底。多年间，与他共事的许多老师和同学都有在微软研究院工作的经历，他们都对微软亚洲研院自由、包容和多元的科研环境留下了深刻的印象。2022年，熊杰看到无线领域的资深前辈邱锂力博士加入了微软亚洲研究院，遵循内心的渴望，跟随前辈的步伐，又恰逢微软亚洲研究院大力引进无线感知领域的研究人才，一年后，熊杰选择回国加入微软亚洲研究院，继续深入无线感知的研究。

过去十几年中，无线技术在通信领域取得了巨大的发展，例如手机与 WiFi、4G/5G 的连接，蓝牙与手持设备的连接；服装店使用 RFID （射频识别技术）来识别顾客所拿的货品及价格；还有可用于大范围 IoT 设备连接的 LoRa（Long Range Radio，远距离无线电）技术，支持长达几公里的通信距离；以及已经应用于手机中，能够实现更精确定位的 UWB（Ultra-Wide Band，超宽带）技术等等。面对这些无线技术，研究员们在想，除了用于通信外它们是否还可以实现其它有意义和有趣的事情？正是这些前沿的想法促成了无线感知领域的兴起。

所谓无线感知，就是使用生活中常见的无线信号来进行感知。它具有两个特性：无需接触（Contact-free）、无需传感器设备（Sensor-free）。这就意味着实现无线信号感知后，未来的一些感知应用不再需要传感器。以人的睡眠姿态和质量监测为例，现在人们需要穿戴一些特定的设备才能实现全程监测，然而长期穿戴这些设备会增加不适感，也可能在改变睡姿时影响监测质量。如果能够实现无线信号感知的监测，就可以摆脱穿戴设备的束缚，这些问题也就迎刃而解。

为了实现无线感知的目标，熊杰一直在探索 4G、LTE、声音、LoRa、UWB 等信号的感知技术。加入微软亚洲研究院后，熊杰正带领团队从三个方向进一步展开相关研究。

开发无线感知新理论。无线感知目前还是一个新兴领域，基础理论尚不完善。熊杰团队期望可以找到或发展出全新的理论来指导无线感知的研究，帮助更多人理解无线感知，比如衡量无线感知的性能、了解影响感知效果的主要因素等。虽然无线感知与无线通信紧密相关，但通信能力可以由信号强度和噪声来衡量，然而在感知中不光信号强度，信号的动态变化量也同样重要，这些都需要基础理论的指导。

探索无线感知新应用。通过创新利用多种信号，无线感知技术可以开发许多与日常生活息息相关、高可用性的落地应用。比如使用 WiFi 信号进行液体的准确识别，现在相关技术已经可以做到区分不同品牌的可乐，鉴别牛奶是否变质，识别水中糖的含量；还可以通过声音信号，实现如呼吸、心跳等生命体征的监测；利用无线信号监测土壤湿度，从而科学指导农业灌溉生产等等。

利用无线信号进行土壤湿度监测，科学指导农业灌溉生产

探索实际问题，创新无线感知平台和方法。当前无线感知研究主要在实验室中进行，目标大都聚焦于提升无线感知的性能指标，比如感知的距离、精细度。然而将无线感知技术应用到实际场景中却面临着新的挑战，如无线感知的稳定性、耗电量，以及对通信的干扰等。“我希望通过对实际问题的研究，来弥合消除实验室原型设计到落地应用之间的距离。”熊杰说。

熊杰认为，在无线感知探索中，不同的信号具有各自独特的优势，手机、汽车等人们高频使用的产品中都有麦克风、扬声器等器件，为利用声音信号感知提供了极大的便利性。通过车辆中的扬声器可以进行车内物体的感知，比如帮助驾驶员在离开车的瞬间识别车内是否还有生命体，如婴幼儿和宠物等，从而避免疏漏。同样也可以通过导航的手机发出超声波探测人的眨眼频次来实现疲劳驾驶监测！

相比声音信号，LoRa 信号的覆盖范围更广且可穿透建筑墙体。如果能够通过 LoRa 信号实现无线感知，那么对于楼房倒塌、地震救灾等场景将有很大帮助。而已经在手机中实现精准定位的 UWB 信号，可以在浴室、卫生间等隐私保护场所进行监测、感知，当老人摔倒时及时向有关人员发送通知。这些技术方向都是熊杰团队下一步攻克的重点。

无线感知的发展前景非常广阔，包括移动医疗、无人驾驶、机器人、智慧农业在内的应用场景都将以无线感知技术作为领域未来发展的基础。而在人工智能技术驱动的潮流下，无线感知也将成为人工智能发展必不可少的一部分。熊杰认为“在以大模型为主流人工智能应用的当下，无线感知数据将为 AI 训练提供有别于文本、图像、音视频之外的第四种数据类型，促进新型 AI 模型的设计，也将推动 AI 技术在更多场景得到应用。”

随着邱锂力和熊杰的加入，微软亚洲研究院收到了更多来自世界各地、希望从事无线感知研究的人才的申请。新技术领域的研究必将面临新的挑战，产生新的人才需求。那么无线感知领域的科研人员需要具备哪些特质？“相比于其他计算机领域，无线方向的研究对于专业知识的要求没有那么高，在掌握基本的信号处理、编程知识之外，更需要的是研究者的脑洞大开，敢于提出创新大胆的想法和创意，才能做出创新的研究。另一方面，从事无线感知领域的研究需要拥有极大的兴趣，并有坚持长期研究的耐心和决心。”熊杰说到。

就像熊杰读博期间面试微软研究院实习时，面试官问过他的一个问题——“你相信无线感知吗？”

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