斯坦福发布的马桶，能“以菊识人”

出品丨虎嗅科技组

作者丨石晗旭

封面丨 IC photo

你有想过让马桶来给你做尿检、便检吗？

斯坦福大学研究团队坚持认为，马桶最终将成为持续人类排泄物的“日常诊所”，从尿液和粪便中采集人类健康数据，将有助于一些疾病（如糖尿病）的筛查和后续诊断。

于是，他们做出了一套智能系统，给普通马桶加上压力传感器、试纸条、甚至广角摄像头等设备，再配合深度学习，就可以完成检测尿液中的葡萄糖含量、记录日常排便时间等以分析肠道功能是否出现问题等一系列操作。

这一智能马桶论文日前已在《Nature Biomedical Engineering》上发表。

更绝的是，科学家们怕人类没有及时冲水的好习惯，为了让马桶更好匹配使用者的数据，还给这款智能马桶加上了肛门纹路识别的功能。

也就是说，除了指纹和人脸之外，我们即将拥有象征身份的“菊花纹”。

都能检测啥？

首先，给大家看下这款智能马桶的示意图：

从外形来看，这好像跟普通马桶没什么区别。实际上，这项研究的目的就在于改装普通马桶。

仔细观察图中的座圈，我们可以看到表面嵌着的一个压力传感器，座圈内侧从内到外则依次埋伏着验尿试纸条、运动传感器以及四个摄像头。

这四个摄像头，分别是粪便摄像头、肛门摄像头以及两个尿流摄像头，还都是广角。也就是说，人在大便或小便的过程中，都会被几双眼睛全方位地一直盯着自己的排泄表现……

这些细思极恐的组件到底能做什么？研究人员在论文中也做了详细介绍。

比如这两个尿流摄像头，可以实时视频采集并运用计算机视觉记录下人排尿的时间、流速以及流量。而经过在10名19~40岁男性的31次排尿测试，研究人员确定了这两个镜头测量这些参数的准确性与标准流量计差别不大。

另外，男性小便时瞄准马桶中心将触发运动传感器，马桶内侧的试纸条将应召而出，结合摄像头检测人类尿液中的红细胞、葡萄糖、蛋白质、酸碱值等，从而判断使用者是否可能患有糖尿病、肾衰竭等。随着排尿结束，试纸条则自动脱落，处理方便。

在斯坦福大学团队看来，这种测算方式还可以更高效地监测男性前列腺、膀胱功能是否出现问题。

为什么只有男性呢？这其实是这款设计目前的一个缺陷，因为女性在排尿时根本无法触发位于马桶后侧的运动传感器。

那么也不难理解，粪便摄像头的作用了。人坐到马桶上时，压力传感器会触发粪便摄像头；摄像头所采集到的粪便视频，将交由AI分辨便便的状态是正常、过硬还是过软，以此提示人是否有便秘及腹泻症状。

同时，智能马桶将计算人从落座到初次排便的时间间隔，以及整个排便过程的时长，“这在临床上可能被医生用来帮助控制便秘和痔疮”。

上述这些分析，实际上是基于卷积网络神经进行的。

详细的排便监控模块研究过程，简单理解的话看前文描述就可以了

而考虑到马桶的一般使用场景是在家庭中，区别不同使用者以建立更准确的健康档案自然是需要解决的问题之一。因此，团队在冲水按钮内嵌入了一套指纹识别系统，监测和分析结果将按指纹分配给不同的如厕人。

但研究人员们显然比较担心人类是否有及时冲厕所的好习惯，于是就又加装了肛门摄像头，通过肛门（尤其是褶皱，叫肛门纹也行）图像的采集与比对，更有针对性地辨别到底是谁刚刚用了马桶。

据论文通讯作者Sanjiv Sam Gambhir教授介绍，肛门纹和手指的指纹一样，都是独一无二的。

以上所有采集到的排泄物数据将传送到云端进行保存。同时，团队开发的App可以在用户出现健康状况时及时向其医疗团队发出警报。当然，这比较适合美国的私人医生体制。

只不过现阶段这套系统的检测功能还较为初级，团队的研究仍在继续。

“我们目前正在开发一种从尿液和粪便中检测DNA、RNA的模块，这将使我们能够筛查结直肠癌、泌尿系统癌症和新冠肺炎等疾病。”在接受DeepTech采访时，论文第一作者、斯坦福大学医学院高级研究科学家Seung-min Park透露了团队的下一步计划。

伦敦国王学院肠道微生物专家Tim Spector十分看好这项研究的前景：“要知道，你的粪便样本可能是我们能够掌握你目前健康状况的最佳快照。”

进化中的“最伟大的发明”

世纪之交时，在英国《焦点》杂志发起的“世界上最伟大的100项发明”评选中，抽水马桶不可思议地夺得了冠军，败在它手下的有飞机、电脑、电灯、火、蒸汽动力等。

这实际上就是归功于抽水马桶对人类健康情况的改善。在医疗技术不发达的年头里，抽水马桶和它背后依靠的下水系统改善了以往粪便随意倾倒的恶习，对阻止霍乱等传染病的酝酿与传播起到了极大作用。

抽水马桶普及后，脑洞很大的日本人第一次提出了智能马桶的概念。具有冲洗、烘干、除臭、按摩等功能的马桶，进一步提升了人类的排便体验。

到现在，有些智能马桶盖还为人提供了音视频播放功能，连排便时候的无聊都一并给排解了。而去日本买马桶盖，也一直十分流行。

眼看着可穿戴设备的高速发展，日常陪伴人类的马桶也不甘示弱——毕竟它更“亲肤”，也有更多机会采集人体排泄物数据。

对公共卫生来说，智能马桶也将起到很大作用。“一起工作的科学家告诉我们，如果可以监测厕所，就能预测哪种类型的疾病会爆发。”非盈利组织Toilet Board Coalition主管Cheryl Hicks曾表示。

因此，洁具厂商们纷纷研究起智能马桶的健康监测功能。

2015年，日本TOTO公司在横滨的高新技术博览会上展出了Flowsky智能马桶，并称其可以充当医生的角色，在人如厕时检测尿液流速，判断人体健康情况。

2018年，松下在中国推出的智能马桶已经具备指纹识别和收集用户蛋白质等信息的功能，且通过扶手上的传感器判断用户是否肥胖。

像几何科技这样的国内初创公司，也正沿着这一方向进行研发。

但在进一步的数据采集与智能化的分析上，智能马桶仍处于实验室研究阶段。如去年3月，美国罗切斯特理工学院博士后Nicholas Conn开发的用于监测心脏问题的智能马桶，距离量产至少也还要2~3年的时间。

斯坦福大学的这项研究则需要更久。毕竟，到目前为止只有21名实验对象参与了该智能马桶的测试；现在产品对用户的性别限制也将为其推广带来阻碍。这都是在规模化生产前，团队需要改善的问题。

至于商用的期限，Gambhir希望能在未来的5~7年中让这款智能马桶进入家庭。