一家來自英國的公司Ultrahaptics結(jié)合了市面上的超音波硬件以及獨家的軟件技術(shù)，開發(fā)出一種為手勢識別與控制系統(tǒng)添加非接觸式觸覺(touch-less haptics)功能的方法，令人耳目一新。
我們在操作電子系統(tǒng)時，很大程度上依賴視覺、聽覺以及直接接觸，而現(xiàn)在已經(jīng)到了我們危險地讓那些感覺超載的程度，所以會開始從中抽離。舉例來說，每當我倒車進入我家有點坡度的車道，就會有一堆警報聲同時響起，包括倒車警報以及有時太過敏感的倒車雷達；我的手機則是會有來電/短信鈴聲、短信或社交網(wǎng)絡(luò)的消息通知…那些通通讓人不想理睬。
這真的不太好，因為我們會需要一個得去注意的警報─例如手剎車；是的，承認這件事就跟它本身一樣讓人頭痛，我有時候會忘記放手剎車，然后就讓車子緩緩從我家的車道開出去，而那種摩擦力道非常不明顯；無論是手剎車警報或是儀表板上小小的紅燈我都沒注意，大部分是因為我一直忙著注意車子后面有沒有行人。
我常疑惑為何他們不把手剎車警報弄得更響亮，而不是只有小小的“叮、叮”聲，就像那些我們很快就不想理睬的警報音；難道它不值得有特殊的聲音嗎？或者是更與眾不同的？
盡管在某種程度上有點個性化，現(xiàn)在有一種很炫的觸覺回饋新技術(shù)，已經(jīng)準備好支持下一代的全像成像(holographic imaging)、手勢追蹤應(yīng)用，或是做為醫(yī)療、汽車設(shè)備的界面；這種技術(shù)是由Ultrahaptics的首席技術(shù)官暨創(chuàng)辦人Tom Carter所開發(fā)，利用聚焦超音波刺激皮膚表面，例如模擬撥號時“點擊”的感覺；該技術(shù)通常是與手勢識別結(jié)合，追蹤手的位置以確切辨別該在何處投射超音波。
這種觸覺系統(tǒng)的原理是先利用手勢識別技術(shù)判別手的位置，接著以專屬軟件驅(qū)動經(jīng)典的現(xiàn)成40kHz超音波發(fā)射器數(shù)組，將聲像(sound image)聚焦在手或是手指的確切位置，以提供所需的知覺；目前的開發(fā)工具能在1公尺外聚焦于指尖，而追蹤方案的精確度仍有限制。Carter表示：“我們有能夠在2公尺外鎖定指尖的模擬成果。”
圖1 Ultrahaptics的系統(tǒng)提供了一種在虛無半空中的奇特觸覺體驗，為工業(yè)、汽車、醫(yī)療或虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)用提供了機會。
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如果你到現(xiàn)在還沒搞懂，總之這種技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢，在于你能在實際上沒有摸到任何東西的情況下，仍然取得觸覺回饋；“其他每種觸覺方案都需要被觸摸到，”Carter指出：“我們的技術(shù)主要優(yōu)點在于你不必穿戴特殊裝備或是手套，這具備很多手勢上的優(yōu)勢。”
Carter開發(fā)此技術(shù)的目的當然不只是讓我驚艷，而他認為汽車與醫(yī)療會是最適合的應(yīng)用：“汽車有大量的功能，我們往往會需要同時做四、五件事情，而大腦處理觸覺的速度會快得多、所消耗的(大腦)能量也較低。”
如果你能轉(zhuǎn)動汽車儀表板上某個旋鈕，并知道你轉(zhuǎn)了多少、轉(zhuǎn)得多快，這真的很棒；而如果你能在不需要更換特殊服裝或是手套的情況下操作醫(yī)療儀器或計算機，甚至有可能拯救一條生命；這些都是非接觸式觸覺技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用，特別是在醫(yī)療院所那樣容易感染的環(huán)境中，“觸摸”幾乎會變成一種恐懼。
圖2 簡單的瓦斯爐開關(guān)旋鈕，能以投射出來的影像代替、而且是“摸”得到的。
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Carter講了一個故事，說有位醫(yī)師坦承他經(jīng)常設(shè)法避免在他工作的醫(yī)院里按電梯，總是大搖大擺走進電梯然后大聲喊：“4樓，謝謝！”當然，他這是叫別人去幫他按整間醫(yī)院最容易受到細菌感染的按鈕…該說這位醫(yī)生很明智嗎？
其實非接觸式觸覺技術(shù)已經(jīng)有人嘗試過，是采用噴射或是空氣渦流，但那些方法都效率不佳、吵雜、不準確而且會迅速消散；Ultrahaptics的技術(shù)則是采用村田制作所(Murata)的超音波換能器(transducer)─可能是通常被用在停車傳感器的種類─并以一顆Xmos處理器控制。就像電磁波一樣，超音波也有最小吸收量的頻率，這也是使用40kHz的原因。
組成數(shù)組的超音波換能器數(shù)量從16~256顆不等，是依據(jù)應(yīng)用所需范圍來決定；在目前的評估板上，手部追蹤是以Leap Motion的攝影機暨手勢識別系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用程序編程接口(API)來完成。同樣的，該硬件是現(xiàn)成產(chǎn)品，而當Carter第一次在英國布里斯托大學(Bristol University)進行概念驗證時，花了20分鐘才用服務(wù)器上的高分辨率繪圖卡渲染出一個圖框(frame)，而圖框會對應(yīng)每一次位置的改變。
不過在2013年成立Ultrahaptics之后，Carter與他的團隊用不斷改善的軟件達到了60圖框/秒(fps)的速度；在半年前，該公司甚至以單顆CPU讓速度提升到了100~200fps。現(xiàn)在Ultrahaptics已經(jīng)推出第二版軟件，能使用32位ARM核心處理器(在這個案例中是采用Xmos處理器)，讓更新率達到10,000fps；這可望實現(xiàn)以更低功耗支持更復雜的感覺與互動接口。
對于這樣的技術(shù)，我的第一反應(yīng)是想知道超音波能提供多大的“力量(force)”，但Carter表示，該技術(shù)實際上不會提供那種抵抗力，而是會在皮膚表面產(chǎn)生震動：“我們有一個感知專家團隊，負責根據(jù)不同所需的感覺來設(shè)計優(yōu)化觸覺體驗；”而且這個團隊對于技術(shù)突破成果并不藏私，他們正與英國的格拉斯哥大學(University of Glasgow)、布里斯托大學、薩賽克斯大學(University of Sussex)以及一所位于日本東京的大學進行公開合作。
雖然目前版本的超音波換能器實際體積夠小，能讓汽車制造商將不同配置的數(shù)組整合到儀表板原型中，但如果能更小當然是更好；Carter表示：“我們正在尋求一整個全新的換能器數(shù)組解決方案，此刻正與來自世界各地的不同伙伴在保密協(xié)議下合作，很抱歉不方便提供詳情。”
在此同時，我很期待有一種全新形式的感覺輸入，能立即提醒我放掉手剎車(我今天早上又忘了，唉…)；其實我覺得在方向盤上的震動脈沖會有用，如果有哪位讀者正好是負責汽車設(shè)計的工程師，請務(wù)必考慮一下！
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