La tecnologia prototipo potrebbe consentire sistemi domestici intelligenti che non registrano il parlato record
I microfoni sono forse il sensore elettronico più comune al mondo, con una stima di 320 milioni in ascolto dei nostri comandi negli altoparlanti intelligenti del mondo. Il guaio è che sono in grado di ascoltare anche tutto il resto.
Ma ora, un team di ricercatori dell’Università del Michigan ha sviluppato un sistema in grado di informare una casa intelligente – o ascoltare il segnale che accenderebbe un altoparlante intelligente – senza intercettare il suono udibile.
La chiave del dispositivo, chiamato PrivacyMic, è il suono ultrasonico a frequenze al di sopra della gamma dell’udito umano. Lavastoviglie in funzione, monitor di computer, persino schiocchi di dita, generano tutti suoni ultrasonici, che hanno una frequenza di 20 kilohertz o superiore. Non possiamo sentirli, ma cani, gatti e PrivacyMic possono.
Il sistema mette insieme le informazioni ultrasoniche che ci circondano per identificare quando sono necessari i suoi servizi e percepire cosa sta succedendo intorno a noi. I ricercatori hanno dimostrato che può identificare le attività domestiche e d’ufficio con una precisione superiore al 95%.
“Ci sono molte situazioni in cui vogliamo che il nostro sistema di automazione domestica o il nostro altoparlante intelligente capisca cosa sta succedendo nella nostra casa, ma non vogliamo necessariamente che ascolti le nostre conversazioni”, ha affermato Alanson Sample, professore associato di UM di elettricità ingegneria e informatica. “E quello che abbiamo scoperto è che puoi avere un sistema che capisce cosa sta succedendo e una dura garanzia che non registrerà mai alcuna informazione udibile”.
Computing onnipresente + privacy
PrivacyMic può filtrare le informazioni udibili direttamente sul dispositivo. Ciò lo rende più sicuro della crittografia o di altre misure di sicurezza che adottano misure per proteggere i dati audio dopo che sono stati registrati o limitano chi vi ha accesso. Queste misure potrebbero lasciare le informazioni sensibili vulnerabili agli hacker, ma con PrivacyMic le informazioni semplicemente non esistono.
Sebbene gli altoparlanti intelligenti siano un’applicazione ovvia, il team di ricerca ne prevede molti altri che, sebbene meno comuni, potrebbero essere più importanti. I dispositivi ad ultrasuoni domestici, ad esempio, potrebbero monitorare le case degli anziani per i segni che hanno bisogno di aiuto, monitorare la funzione polmonare nei pazienti respiratori o ascoltare i partecipanti agli studi clinici per le firme sonore che potrebbero rivelare effetti collaterali dei farmaci o altri problemi.
“Un microfono convenzionale posizionato nella casa di qualcuno per mesi alla volta potrebbe fornire ai medici informazioni più ricche di quanto non abbiano mai avuto prima, ma i pazienti semplicemente non sono disposti a farlo con la tecnologia di oggi”, ha detto Sample. “Ma un dispositivo a ultrasuoni potrebbe fornire ai medici e alle scuole di medicina una visione senza precedenti di come sia realmente la vita dei loro pazienti in un modo che i pazienti sono molto più propensi ad accettare”.
L’idea alla base di PrivacyMic è iniziata quando il team stava classificando l’audio registrato in precedenza. Guardando un grafico visivo dei dati, si sono resi conto che il suono udibile era solo una piccola parte di ciò che era disponibile.
“Ci siamo resi conto che eravamo seduti su molte informazioni interessanti che venivano ignorate. Potevamo effettivamente ottenere un’immagine di ciò che stava accadendo in una casa o in un ufficio senza utilizzare alcun audio”, ha detto Yasha Iravantchi, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica e primo autore di un nuovo articolo sulla ricerca.
Ascolto del suono ultrasonico
Armato di questa intuizione, un laptop e un microfono a ultrasuoni, il team si è quindi messo al lavoro per catturare l’audio dallo spazzolino da denti, dallo sciacquone, dall’aspirapolvere, dal funzionamento della lavastoviglie, dall’utilizzo dei monitor dei computer e da centinaia di altre attività comuni. Hanno quindi compresso le firme ultrasoniche in file più piccoli che includevano bit chiave di informazioni mentre eliminavano il rumore nel raggio dell’udito umano, un po’ come un MP3 ultrasonico, e hanno costruito un dispositivo basato su Raspberry Pi per ascoltarli.
Il dispositivo, che può essere impostato per filtrare il parlato o eliminare tutti i contenuti udibili, ha identificato con precisione le attività comuni più del 95% delle volte. Il team ha anche condotto una prova in cui i partecipanti allo studio hanno ascoltato l’audio raccolto dal dispositivo e hanno scoperto che nessun singolo partecipante riusciva a distinguere il linguaggio umano.
Sebbene il dispositivo sia una prova di concetto in questa fase, Sample afferma che l’implementazione di una tecnologia simile in un dispositivo come un altoparlante intelligente richiederebbe solo piccole modifiche: un software che ascolta il suono ultrasonico e un microfono in grado di captarlo, che sono poco costosi e prontamente disponibile. Sebbene un dispositivo del genere sia probabilmente tra diversi anni, il team ha richiesto la protezione del brevetto tramite l’Ufficio del trasferimento tecnologico di messaggistica unificata.
“La tecnologia intelligente oggi è una proposta tutto o niente. Non puoi avere nulla o puoi avere un dispositivo in grado di registrare costantemente l’audio”, ha detto Sample. “PrivacyMic offre un altro livello di privacy: puoi interagire con il tuo dispositivo utilizzando l’audio, se lo desideri, oppure puoi avere un’altra impostazione in cui il dispositivo può raccogliere informazioni senza raccogliere l’audio”.
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Il documento è intitolato “PrivacyMic: utilizzo di frequenze non udibili per la privacy preservando il riconoscimento delle attività quotidiane”. I ricercatori lo hanno presentato il 12 maggio alla conferenza virtuale ACM CHI sui fattori umani nei sistemi informatici. Altri ricercatori del progetto includevano Karan Ahuja, Mayank Goel e Chris Harrison, tutti della Carnegie Mellon University.