When Science Meets Magic: The Footstep-Sensing Invention Inspired by Harry Potter’s Marauder’s Map.

When Science Meets Magic:

The Footstep-Sensing Invention Inspired by Harry Potter’s Marauder’s Map.


The Marauder’s Map, seen in Harry Potter series, is considered as one of the most wanted magical objects since it allows the owner to see every single individual in Hogwarts, and understand what they are doing at that time as the map displays their names and exact locations.

Here, Pei Zhang from Carnegie Mellon University, in collaboration with Hae Young Noh from Stanford University, has conducted the research on floor vibrations sensing in order to bring this fantasy world’s enchanted map into our modern world. 



Zhang and Noh defined “vibrations which are transmitted through the floor” as the key that helps create the duplicate Marauder’s Map, so they installed devices on the ground to detect vibrations. In the same way, machine learning algorithms were used to distinguish between vibrations from humans’ footsteps and irrelevant vibrations, such as background noise, which are created by other objects and machinery. With this vibrations sensing system, researchers could change the entire structure into one enormous sensor platform. Thus, there is no need of charms or spells to create this enchanted map.


Researchers could determine all individuals’ identity and locations by detecting their footsteps and gait. Likewise, Zhang and Noh aim to understand individuals’ size, health, status and their state of mind by considering the way they are walking. 

This vibration sensing project has been carried out efficiently thank to researchers’ potential and professional experience: (1) Zhang, an associate professor of electrical and computer engineering, who specializes in sensing and analyzing sensor data by using machine learning; and (2) Noh, formerly an associate professor of civil and environmental engineering at Carnegie Mellon University, who studies how vibrations are transferred through the building. 


This sensing systme can possibly be applied to a variety of industries, including agirculture. For example, In Thailand, there is a study on geophone-based (vibration) sensors used in pig farming.  With this sensors, pig farmers can monitor pigs’ behaviors more closely by detecting the vibrations from their footsteps or other motion, so that allows farmers to identify sick pigs.

Similarly, this project possibly provides great benefits to healthcare. The sensors help doctors in identifying people who might face the neurological disease because the sensors can detect the change in a person’s movement or regular activities which might be the early warning of heart attack or stroke. 




เมื่อวิทยาศาสตร์มาเจอกับเวทย์มนต์:

สุดยอดสิ่งประดิษฐ์ตรวจจับการก้าวเดิน  ดั่งแผนที่ตัวกวนในภาพยนต์แฮร์รี่พอตเตอร์ 

แผนที่ตัวกวน (The Marauder’s Map) ในภาพยนต์แฮร์รี่พอตเตอร์ เป็นหนึ่งในสุดยอดสิ่งของปลุกเสกที่เหล่ามักเกิ้ลอยากได้มากที่สุด อันเนื่องมาจากเจ้าแผนที่นี้จะสามารถช่วยให้ผู้ที่ถือมันสามารถเห็นทุก ๆ คนในโรงเรียนพ่อมดและแม่มดฮอกวอตส์ และรู้ได้ว่าพวกเขาแต่ละคนกำลังทำอะไรอยู่ จากการที่แผนที่จะแสดงชื่อและสถานที่อยู่ของคนนั้น ๆ 

และตอนนี้เอง Pei Zhang จากมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน ภายใต้ความร่วมมือจาก Hae Young Noh จากมหาวิทยาลัยแสตนฟอร์ด ได้ดำเนินการวิจัยในเรื่อง เซนเซอร์ตรวจจับการสั่นไหวจากพื้น เพื่อที่พวกเขาจะสามารถนำแผนที่สุดมหัศจรรย์ในโลกเวทย์มนต์มาสู่โลกยุคปัจจุบันของเราได้



Zhang และ Noh ได้กำหนดให้ “การสั่นไหวที่ถูกส่งผ่านทางพื้น” เป็นหัวใจสำคัญที่ช่วยให้พวกเขาสามารถจำลองแผนที่ตัวกวนได้ ดังนั้นพวกเขาจึงได้ติดตั้งอุปกรณ์บนพื้น เพื่อที่จะตรวจจับการสั่นไหว ในทำนองเดียวกัน พวกเขาใช้อัลกอริทึมของเทคโนโลยีเรียนรู้ได้ด้วยตัวเอง (Machine Learning Algorithms) ในการแยกระหว่าง ‘การสั่นไหวจากการก้าวเท้าของคน’ และ ‘การสั่นไหวที่ไม่เกี่ยวข้อง’ เช่นตัวรบกวนจากทางพื้นหลังที่มาจากสิ่งของหรือเครื่องจักรต่าง ๆ และด้วยระบบการตรวจจับด้วยเซนเซอร์นี้เอง เหล่านักวิจัยสามารถเปลี่ยนตัวอาคารทั้งหมดให้เป็นพื้นที่เซนเซอร์ขนาดมหึมาได้
ดังนั้น เราก็ไม่ต้องการเวทยนต์หรือคาถาใด ๆ ในการสร้างแผนที่สุดอัศจรรย์นี้แล้ว


เหล่านักวิจัยสามารถระบุตัวตนของแต่ละบุคคลได้จากการตรวจจับการก้าวเท้าและลักษณะการเดินของคนนั้น ๆ ในทำนองเดียวกัน Zhang และ Noh มีจุดมุ่งหมายที่จะทำความเข้าใจ รูปร่าง สุขภาพ สถานภาพ และสภาวะทางอารมณ์ของบุคคลได้ จากพิจารณารูปแบบการเดินของคนนั้น ๆ


งานวิจัยในเรื่องการตรวจจับการสั่นไหวผ่านตัวเซนเซอร์ได้ดำเนินการไปอย่างดีเยี่ยม ด้วยความสามารถและประสบการ์ความเชี่ยวชาญของผู้วิจัย ซึ่งก็คือ (1) Zhang รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ ผู้มีความเชี่ยวชาญในเรื่องระบบตรวจจับด้วยเซนเซอร์และการวิเคราะห์ข้อมูลจากการใช้เทคโนโลยีเรียนรู้ได้ด้วยตัวเอง และ (2) Noh อดีตรองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสภาพแวดล้อมของมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน ผู้ศึกษาวิธีการที่การสั่นไหวถูกส่งผ่านตัวอาคาร


ทั้งนี้ระบบเซนเซอร์นี้สามารถนำไปปรับใช้ในภาคอุตสาหกรรมได้หลายแขนง เช่นภาคการเกษตร ในประเทศไทยมีการศึกษาในเรื่องการใช้เซนเซอร์จีโอโฟรเบส (ตรวจจับการสั่นไหว) ในการเลี้ยงสุกร ด้วยตัวเซนเซอร์นี้ เหล่าคนเลี้ยงสุกรสามารถเฝ้าสังเกตุการณ์พฤติกรรมของสุกรได้อย่างใกล้ชิดมากขึ้น ผ่านการตรวจจับลักษณะการเดินและการเคลื่อนไหวอื่น ๆ ของมัน ซึ่งนั่นทำให้ผู้เลี้ยงสามารถจำแนกสุกรที่ติดโรคได้ 

นอกเหนือจากนี้ งานวิจัยนี้อาจสร้างผลประโยชน์มากมายแก่ระบบดูแลรักษาสุขภาพ ตัวเซนเซอร์จะช่วยให้คุณหมอสามารถแยกแยะได้ว่าคนไหนเสี่ยงต่อโรคทางระบบประสาท เพราะว่าเซนเซอร์สามารถจับลักษณะการเดินและการเคลื่อนไหวที่ผิดแปลกไป ซึ่งอาจเป็นสัญญานเตือนระดับแรกของโรคหัวใจและโรคหลอดเลือดสมอง

Retrieved from: https://engineering.cmu.edu/news-events/news/2020/02/17-mauraders-map.html

Written By: