這項新技術可將各種物體表面變成輸入設備
2023-05-10 12:25:42 EETOP編譯密歇根大學交互式傳感與計算 (ISC) 實驗室和 Meta Reality 實驗室的研究人員最近在 2023 年計算系統人為因素會議 (CHI '23) 上展示了一種新型輸入設備，可抵抗環境噪聲。
電容式輸入感應使智能手機觸摸屏成為可能。它允許用戶使用各種手勢來打開或關閉應用程序、快速編寫消息或關閉警報。在觸摸屏手機出現之前，數字鍵盤需要按 13 次按鈕 (4-4-3-3-5-5-5-5-5-5-6-6-6) 才能寫出hello。
SAWSense 可識別柔軟或不規則表面上的不同類型的觸摸輸入，甚至是人的衣袖。圖片由ISC 實驗室提供
現在，在電容傳感技術的下一次改進中，密歇根大學團隊及其 Meta 合作伙伴展示了他們的 SAWSense 系統如何重新利用骨傳導麥克風中常用的技術來拾取沿物體表面傳播的聲波。據悉該系統可以在非平坦表面（例如人的手臂或玩具）以及家具或衣服等柔軟織物上運行。除了在嘈雜的環境中工作外，研究人員還報告說，該系統能夠以極高的準確度識別不同的輸入（例如滑動、輕敲和劃痕）——所有這些都不需要其他常見的輸入方法，如觸摸屏、相機、或墊。
現有輸入法的挑戰
自第一款觸摸屏手機問世以來，語音助手讓語音輸入成為可能；其他傳感器使手勢或眼動追蹤能夠與我們的設備進行交互。
然而，許多輸入方法在可以感測的手勢或輸入的種類方面受到限制。例如，加速度計的采樣帶寬通常小于 250 Hz，而壓電麥克風的頻率可能限制在 2–4 kHz 之間。基于攝像頭的方法可能無法區分近距離接觸和實際接觸，而麥克風可能難以應對環境噪音。
SAWSense 試圖通過專注于聲表面波 (SAW) 來克服這些限制，聲表面波是僅在地對空邊界存在和傳播的二維波。SAW 可以在很寬的頻率帶寬下被檢測到，從而可以區分表面上的劃痕和滑動——即使是在很遠的距離。
SAWSense 利用語音拾取單元檢測表面聲波
研究團隊通過重新利用語音拾取單元 (VPU) 開發了 SAWSense，語音拾取單元用于麥克風，將振動從聲帶傳遞到內耳。VPU 專為檢測 SAW 而設計，采用密封設計，確保不會檢測到基于空氣的聲波。只有與傳感器接觸的表面發出的聲波才能被識別。
SAWSense 上的語音拾取單元。圖片由ISC 實驗室提供
當 VPU 檢測到 SAW 時，它會通過信號處理軟件提供這些信號，該軟件使用機器學習對手勢類型進行分類，準確率超過 97%。
當用戶將指甲甩到桌子上時，該動作會產生可被 VPU 檢測到的表面聲波，然后用機器學習管道對其進行解釋
在該團隊的實驗中，SAWSense 檢測到在嘈雜和安靜的環境中在桌面上的敲擊、滑動和輕彈。通過在桌面上使用兩個 VPU，研究人員還演示了如何通過滑動或點擊來滾動或導航網頁。
與奇怪的幾何形狀和材料兼容
SAWSense還在不同的表面上進行了演示，以表明它不僅限于類似桌面的平坦環境——甚至證明可以將人體作為輸入源進行操作。
SAWSense 將玩具變成輸入設備，可以檢測不同的動作，例如揉肚子
在一項實驗中，該系統可以區分玩具上的撫摸、腹部摩擦和假裝喂食動作。當連接到外套袖子時，SAWSense 檢測到各種手勢，例如擠壓。在揚聲器上，即使在播放音樂時，傳感器也可以檢測到劃痕或敲擊聲。
這項研究為什么可以被視為輸入設備以及用戶可以與之進行的不同類型的交互開辟了不同的可能性。雖然研究人員承認振動或表面聲波可以用加速度計或壓電傳感器等其他工具檢測，但 SAWSense 在更高的頻率帶寬下運行，使其能夠捕獲范圍更廣的信號并拒絕外部波。
將任何表面變成輸入接收器
該團隊將 SAWSense 視為可以提供更大隱私的替代輸入法。由于 SAW 只能在地對空邊界傳播，例如，與語音輸入相比，辦公室中的個人辦公桌可以用作更私密的輸入表面。
該團隊計劃使用帶有多個 VPU 的 SAWSense 來定位表面上的輸入，并將它們與其他輸入類型（例如基于視覺的輸入類型）相結合，以糾正輸入錯誤。研究人員還建議，SAWSense 最終可以用于醫療應用，系統可以檢測細微的聲音，例如關節破裂和爆裂聲，從而為診斷和治療提供洞察力。
研究人員說，也許 SAWSense 最有前途的用例是在智能家居中。SAWSense 可用于將廚房臺面變成表面傳感器，使其能夠識別何時用于混合、攪拌、切碎或攪拌。事實上，在演示中，該系統成功地對 16 種不同的廚房活動進行了分類（切菜、關閉微波爐門、使用食品加工機等）。
由于使用 SAWSense 的智能家居技術將依賴表面聲波而不是攝像頭或麥克風，因此它們為傳統輸入方法提供了一種注重隱私的有吸引力的替代方案。
來源：EETOP編譯自allaboutcircuits
