Husen har blivit gradvis "smartare" i decennier, men nästa generation av smarta hem kan erbjuda vad två forskare från Case Western Reserve University kallar ett "Internet of Ears."

Dagens smarta hem har vitvaror, underhållningssystem, säkerhetskameror och belysning, värme- och kylsystem som är anslutna till varandra och internet. De kan nås och fjärrstyras av dator- eller smarttelefonappar.

Tekniken för att sammankoppla kommersiella, industri- eller statliga byggnader, någon gång till och med hela samhällen, kallas "sakernas internet, " eller IoT.

Men ett par professorer i elektroteknik och datavetenskap vid Case School of Engineering har experimenterat med en ny svit av sensorer. Detta system skulle inte bara läsa av vibrationerna, ljud – och till och med den specifika gången, eller andra rörelser – förknippade med människor och djur i en byggnad, men också alla subtila förändringar i det befintliga omgivande elektriska fältet.

Även om det fortfarande är ett decennium eller så kvar, framtidens hem kan vara en byggnad som anpassar sig till din aktivitet med bara några små, dolda sensorer i väggar och golv och utan behov av invasiva kameror.

En byggnad som "lyssnar"

"Vi försöker skapa en byggnad som kan "lyssna" på människorna inuti, " sa Ming-Chun Huang, en biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap.

"Vi använder principer som liknar det mänskliga örat, där vibrationer plockas upp och våra algoritmer dechiffrerar dem för att bestämma dina specifika rörelser. Det är därför vi kallar det 'öronens internet'."

Huang leder forskningen relaterad till mänsklig gång och rörelsespårning, medan Soumyajit Mandal, T. och A. Schroeder biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap, fokuserar på vibrationsavkänning och förändringar i det befintliga elektriska fältet som orsakas av närvaron av människor eller till och med husdjur.

"Det finns faktiskt ett konstant 60 Hz elektriskt fält runt omkring oss, och eftersom människor är något ledande, de kortar ut fältet bara lite, " sa Mandal. "Så, genom att mäta störningen i det fältet, vi kan avgöra deras närvaro, eller till och med deras andning, även när det inte finns några vibrationer förknippade med ljud.

Huang och Mandal publicerade detaljer om sin forskning i oktober på IEEE Sensors-konferensen i New Delhi, Indien. En längre version av deras resultat kommer att visas i journalen IEEE-transaktioner på instrumentering och mätning tidigt nästa år.

De har också testat tekniken i konferensrum på elteknikavdelningen på campus och i Smart Living Lab i Ohio Living Breckenridge Village, en äldreboende i Willoughby, Ohio.

Mandal sa att de har använt så få som fyra små sensorer i väggarna och golvet i ett rum. När det gäller integritetsfrågor, Mandal sa att systemet inte skulle kunna identifiera individer, även om den skulle kunna kalibreras för att känna igen människors olika gångarter.

Energi sparande, byggnadssäkerhet

De förväntar sig att systemet kan ge många fördelar.

"Den första fördelen kommer att vara energieffektivitet för byggnader, speciellt inom belysning och uppvärmning, när systemen anpassar sig till hur människor rör sig från ett rum till ett annat, energifördelning på ett mer effektivt sätt, " sa Huang.

En annan fördel kan vara möjligheten att spåra och mäta en byggnads strukturella integritet och säkerhet, baserat på mänsklig beläggning – vilket skulle vara avgörande i en jordbävning eller orkan, till exempel, sa Huang.

"Det här har inte riktigt utforskats så långt som vi har sett, men vi vet att människor skapar en dynamisk belastning på byggnader, speciellt i äldre byggnader, " sa Huang. "I samarbete med vår kollega YeongAe Heo på civilingenjörsavdelningen, vi försöker förutsäga om det kommer att bli strukturella skador på grund av den ökade vikten eller belastningen baserat på antalet personer på golvet eller hur de är fördelade på det golvet."