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手勢控制智能手表的秘密 內部集成雷達芯片

來源: 作者: 瀏覽:- 發布日期:2016-08-26 11:42:00 【

核心提示:谷歌旗下ATAP實驗室開發出了微型雷達芯片,使用戶能利用手勢控制智能手表、音箱等電子設備。但這一技術更大的愿景是:控制未來無所不在的計算機。

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“如何與看不見的計算機交互?”如果在谷歌這樣的公司的會議室聽到這類問題,讀者一定會認為這將是展示未來黑科技的會議,不會有實物展示出來。

但在谷歌會議室,桌子上擺放著一款智能手表。在距離這款智能手表數英寸遠的地方打個響指,表盤就會有所“反應”。

伊凡·波普列夫(Ivan Poupyrev)在谷歌ATAP(Advanced Technologies and Projects,先進技術和項目)實驗室工作,擔任Project Soli技術負責人。Project Soli旨在證明電子設備可以集成微型雷達芯片,用戶能利用動作不大的手勢控制電子設備。在智能手表中集成雷達,目的是為了證明用戶可以操作看不見的計算機。

ATAP是谷歌旗下一個重要部門,上一任掌門是美國國防部高級計劃研究局大咖雷金娜·杜坎(Regina Dugan),從事的項目包括模塊化手機(Project Ara)、實時3D地圖(Tango)和虛擬現實電影(Spotlight Stories)。杜坎今年早些時候跳槽到Facebook,因此她留下的這些項目是否會繼續下去還是個懸而未決的問題。Tango已經從ATAP“畢業”,進入谷歌,Ara似乎陷入麻煩中。

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Jacquard觸摸纖維項目和Soli仍然還留在ATAP,Soli至少有了一個新的宏大目標:打造配備雷達技術的消費電子設備產業和設計語言。這也是波普列夫團隊不僅僅進行相關試驗,還證明雷達能集成在智能手表中的原因。

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波普列夫說,“如果某種技術能整合在智能手表中,它就能整合到其他任何產品中。”ATAP重新設計了Soli芯片,進一步減小了其尺寸,降低了能耗,并多次對它進行優化。

Soli首席和硬件產品工程師哈基姆·拉賈(Hakim Raja)稱,該團隊最終實現了芯片的最小化。它非常薄,4根天線能提供全雙工通信,收發雷達信號。開發工具包配置的第一代Soli芯片能耗為1.2瓦,最新芯片能耗僅為0.054瓦,降低了22倍。

把芯片做得如此小也有弊端。雷達的設計目標是探測在數英里及更遠距離之外飛行的金屬物體,而非數英寸之外、手指作出的幅度僅為數毫米的手勢。就在不久前,人們還不需要擔心這種水平的能耗,沒有人考慮如此小的雷達芯片對信號的影響。

杰米·利恩(Jaime Lien)是Soli首席研究員,她的工作是對融合到芯片中的機器學習算法進行優化。她首先意識到把雷達提供的空間信號轉化為能在計算機上處理的時間信號的意義。沒有什么比如此小的芯片遭遇的噪聲問題更棘手了,她的算法必須在眾多噪聲中找出需要的信號。對信號進行聚束是不可能的,通過芯片的每個信號都必須被捕獲。換句話說,這是一項很復雜的任務。

與電子工藝相比,決定識別出用戶手勢后電子設備作出何種反應的機器學習算法就相對簡單了,但它也絕對不是小兒科。對于配置觸摸屏的設備,屏幕上會顯示按鈕和滑動條;對于有實體開關的設備,用戶在撥動開關時能感覺到刻度。但是,如果什么也沒有,如何引導用戶進行操作呢?

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波普利夫表示,“萬物都有自己的界面?每個開關、智能灑水器或杯子都有自己的界面?這會引發混亂。”Soli的目標之一是開發一種既容易掌握、又足夠靈活能控制許多功能的通用設計語言。

波普利夫表示,“萬物都有自己的界面?每個開關、智能灑水器或杯子都有自己的界面?這會引發混亂。”Soli的目標之一是開發一種既容易掌握、又足夠靈活能控制許多功能的通用設計語言。

Soli首席機械工程師尼克·吉利安(Nick Gillian)介紹了團隊已經敲定的基本手勢。手勢分為遠處和近處兩大類,在遠處,用戶可以使用的手勢不多(用戶可以揮舞手臂,與微軟Kinect體感控制器相似);用戶靠近設備后,Soli能識別更細微的動作。因此,它能識別的第一個動作很簡單:接近。用戶把手靠近智能手表,顯示屏會點亮,顯示信息,用戶就知道自己能用更細微的動作控制它了。

波普列夫表示,Soli的“設計語言借鑒了實體控制”。這些控制是捻(拇指在食指上捻,就像捻牙簽玩一樣)、響指(拇指拍打食指)、搓(拇指沿著食指滑動)。

Soli控制手勢的優勢是能提供兩個級別的反饋:除能看到屏幕對手勢的反應外,還能感覺到手指的動作。這聽起來有些荒謬,但手指能相互觸摸到也是一種“有形”的操作。

但為什么要如此麻煩呢?波普列夫表示,“簡單地說,整個屏幕可以用來顯示內容。”如果能在空中通過手指動作控制設備,設備屏幕就無需再顯示各種按鈕了。波普列夫說,“目前的設備浪費了寶貴的屏幕顯示面積,這些屏幕本來可以用于顯示有用的內容。”對于像智能手表這么小的顯示屏,這樣的設計非常有意義。團隊在考慮用戶界面時“可以只考慮顯示內容,無需考慮用手操作”。

波普列夫的愿景更大:隨著計算機越來越小,它們最終會無所不在。當這樣的時代到來時,人們需要與它們交互的方式。語音被認為是一種有效的計算機操作方式,但為什么不使用手來操作呢?波普列夫說,

在人類發展過程中,手逐步成為與世界交互的主要方式。開始時我們必須借助額外的傳感器、按鈕和觸摸屏,因為我們不能直接操作數字內容。

Soli和Jacquard的目標是讓人們適應計算機無所不在的未來。未來可能意味著許許多多的顯示屏和揚聲器,也可能會更加自然,用戶觸摸自己的衣袖就可以開始播放音樂,通過語音命令完成互聯網搜索,打個響指就能啟動軟件。

波普列夫說,“人們將回歸自然,數字世界將成為實際生活的一部分。”但這是一個令人興奮的夢想,人通常會從夢中醒來,回到真實的世界。為了實現自己的夢想,波普列夫決定做點什么,他和他的團隊首先瞄上了智能手表。

手勢控制智能手表的秘密

首款Soli原型是LG Watch Urbane和JBL音箱,這兩款產品近期內都不會上市銷售。揚聲器是靠空氣振動發聲的,因此要在其中集成一款能探測毫米級別運動的芯片,會有一些難題需要解決;智能手表仍然存在電源和交互問題需要解決。

ATAP的目的不僅僅是證明這類產品在理論上的可能性,它與LG、高通、JBL等公司進行了合作,并向這些公司證明它們可以在市場上推出產品。

杜坎負責ATAP時,她的要求是,每個團隊必須在2年內開發出“能可靠地演示的產品”。盡管Soli已經開發了2年時間,目前仍然在開發中。波普列夫表示,他認為Soli已經達到了能可靠地演示的水平。該項目開發出了芯片以及能在芯片上運行的軟件,開發出了可以用于許多設備的設計語言。

目前Soli的目標是與消費產品公司合作,把所有這些技術打造成能上市銷售的產品。這完全不同于以往的ATAP方式,但波普列夫表示,“我們對于把這一技術轉化成商品是認真的”。 Soli團隊需要證明,未來2年它能取得與過去2年同樣大的進展。

 

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