「大尺度」新發明 ——智能坐便器

伴隨著新冠肺炎在全球肆虐，科學技術在抗擊疫情中發揮著越來越重要的作用，這為科技工作者提供了一個契機，可能會推動一些黑科技新發明的進一步研究。

比如，科學家已經發現，新冠肺炎患者的糞便中存在著新冠病毒，而且糞便中的病毒在患者表現出症狀之前就可以被檢測出來。如果能夠及時分析人們的糞便，那麼科學家就能早早地從廁所數據中發現無症狀感染者，這對於阻隔新冠病毒傳播很有幫助。在上述想法的激勵下，美國史丹福大學的科學家創造了史上科技含量最高的馬桶，這個馬桶被命名為「智能坐便器」。

高科技的馬桶圈

從外觀上看，智能坐便器弧度優雅、色彩潔白，和普通馬桶沒有太多不同。它的關鍵部位其實在於馬桶圈，那裡安裝了6種高科技元件（如上所示）。這些元件本不應該出現在廁所中，但科學家並不認為自己在糟踐東西，它們都將發揮不可替代的作用。



舉個例子來說，當一個人排尿的時候，馬桶圈上的運動感應器能夠用紅外線發生感應，使驗尿試紙彈出來。試紙可以定性或定量分析紅細胞、蛋白質、亞硝酸鹽、酮、葡萄糖、pH值、白細胞等多種指標，當它被尿溼後，運動感應器會使它抽回馬桶蓋裡面。這時，尿流攝像頭已經記錄了排尿時間和尿流流速，繼續採集驗尿試紙的圖像，就可以對尿液進行尿液的成分和尿量進行分析。

類似的，糞便分析也是靠圖像識別。當一個人排便的時候，他坐在馬桶圈上，就會使壓力感應器發生感應，然後自動激活糞便攝像頭。糞便攝像頭是衝著馬桶池子裡的，能記錄池子裡的變化：從開始排洩，一直到把衛生紙扔進馬桶，或者站起來衝水，整個過程都能被記錄下來。那麼收集到的圖像，又會用何種方式來分析呢？答案是布里斯托糞便量表和人工智慧。

布里斯托糞便量表是醫學界普遍使用的糞便分類表，它將人類糞便形態分成7類，作為醫生診斷各種腸道疾病或評價治療效果的重要依據（如右圖所示）。但一般情況下，患者就醫時往往不記得自己上次大便時，糞便是硬的還是軟的？是深褐色還是淺棕色？裡面是否有玉米渣？……這讓醫生難以獲得準確的信息。智能坐便器就解決了這個問題，它拍攝了糞便圖像和排便過程，通過人工智慧和大數據技術處理糞便信息，可以準確客觀地指出患者糞便處於哪個等級。

史丹福大學的科學家招募過數名醫學院學生，讓這些學生和智能坐便器分析同樣的糞便圖片，結果證明，智能坐便器分析的結果更加準確。科學家表示，如果想進一步分析糞便的成分（比如其中是否含有新冠病毒等微生物），只需要繼續增加一些大型精密的醫學分析儀器，將它們連接到智能坐便器的模塊中即可。

「大尺度」的新發明

想像一下，未來如果這種智能坐便器足夠普及，每家每戶有一個，那我們以後做體檢，可能就不需要去醫院了，去趟廁所就可以。不過，這必然會產生一個問題——一個馬桶，一家人共用，那麼科學家怎麼能判斷，哪份糞便樣本屬於誰呢？所以，科學家需要為智能坐便器增加身份識別功能。

科學家想到了兩個巧妙的方法。第一個方法比較直接，就是在衝水的按鈕上安裝一個指紋識別器。上完廁所，按衝水按鈕的時候，身份就被識別出來了。但這個方案也有漏洞，就是有的人上廁所不衝馬桶。於是，科學家想了另外一個方法——「肛紋識別」。



美國杜克大學的科學家曾對人類肛門的「樣貌」做過廣泛深入的研究，他們發現，每個人的肛門都有35～37個褶皺，而且褶皺形成的紋路各不相同。也就是說，肛門的褶皺就像指紋一樣，每個人的都獨一無二，科學家嚴肅地稱之為「肛紋」。如果有足夠的樣本數據，「肛紋」就能用來識別每個人的身份。我們前面提到過，馬桶圈上安裝了肛門攝像頭——它的其中一項功能，就是記錄和識別使用者的「肛紋」。

史丹福大學的科學家關於「肛紋識別」的研究論文，已經發表在了《自然》雜誌的生物醫學工程子刊上。然而，這項嚴肅的研究仍然進展緩慢，最大的瓶頸在於，「肛紋」的數據採集量非常有限。雖說科學創新的過程中一定會伴隨著與傳統觀念的碰撞，但是，大多數人不想讓自己的肛門暴露在攝像頭下——即使是為了科學，這尺度也太大了。

史丹福大學承諾，採集的肛門數據會全部加密，但仍然鮮有志願者報名參與研究。可見，智能坐便器想要走進尋常百姓家，估計還要等上好多年。