非接觸式界面對(duì)抗病原體的傳播

人機(jī)界面通常是面向觸覺的界面。甚至在電力出現(xiàn)之前，杠桿、電纜、桿和良好的老式手和手臂力量就需要進(jìn)行采礦、冶煉、鑄造、研磨、拋光和其他操作。隨著電力的出現(xiàn)，在許多情況下，這些操作變得像開關(guān)或按鈕一樣簡(jiǎn)單。

現(xiàn)代用戶界面使用按鈕、開關(guān)、觸摸面板，甚至語(yǔ)音來(lái)訪問和控制設(shè)備。語(yǔ)音識(shí)別已為許多非接觸式應(yīng)用取得了巨大進(jìn)展。但致病性偏執(zhí)狂的現(xiàn)代世界正在促使機(jī)器制造商重新思考人與機(jī)器的互動(dòng)方式，尤其是在公共場(chǎng)所。

公共場(chǎng)所總是對(duì)機(jī)器界面提出獨(dú)特的挑戰(zhàn)。以某種方式、形狀或形式觸摸簡(jiǎn)單的地鐵旋轉(zhuǎn)門或欄桿和欄桿。自動(dòng)門在某些地方解決了這個(gè)問題，但需要更復(fù)雜用戶界面的復(fù)雜機(jī)器尤其具有挑戰(zhàn)性。例如，大多數(shù) ATM 界面使用鍵盤或觸摸屏來(lái)輸入 PIN 或密碼。兩者都是不會(huì)自我消毒的表面。也沒有人過來(lái)用棉簽或酒精擦拭它們。

非接觸式技術(shù)為機(jī)器和人類提供了一種全新且安全的交互方式，而不會(huì)傳播病原體。在這里，我們探討設(shè)計(jì)人員如何為機(jī)器界面集成非接觸式技術(shù)。

一張圖片抵得上 1000 行代碼

視頻正在成為個(gè)人和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全公共交互界面的重要組成部分。使用面部識(shí)別的智能手機(jī)可以鎖定和解鎖這些手持設(shè)備（圖 1）。面部識(shí)別軟件通過龐大的全球可訪問視頻源網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)工作。它是執(zhí)法部門和國(guó)際安全團(tuán)體可以使用的眾多個(gè)人遠(yuǎn)程跟蹤技術(shù)之一。

3-D 相機(jī)為將非接觸式技術(shù)應(yīng)用到用戶界面提供了另一種選擇。多年來(lái)，3-D 相機(jī)取得了重大改進(jìn)。這兩種類型——魚眼，如 Samsung Gear 360 設(shè)備，以及空間距離立體的 Microsoft Kinect——都展示了令人印象深刻的能力。游戲玩家和程序員使用較舊的平面技術(shù)，例如 Xbox 1（2001 年左右推出），來(lái)創(chuàng)建令人印象深刻的身體運(yùn)動(dòng)跟蹤和測(cè)量。

這項(xiàng)技術(shù)可以識(shí)別對(duì)比度確定的邊界，確定質(zhì)心以創(chuàng)建骨架線框，并一次跟蹤多個(gè)人——這在當(dāng)時(shí)是一項(xiàng)令人印象深刻但未得到充分利用的技術(shù)。但通常是游戲世界推動(dòng)了處理能力、圖形速度和分辨率的極限。

現(xiàn)代 Kinect 2 傳感器技術(shù)使用飛行時(shí)間 (ToF) 測(cè)量技術(shù)，其中每個(gè)視頻點(diǎn)的 3-D 深度通過監(jiān)測(cè) LED 或激光的反射時(shí)間來(lái)確定。得益于更高分辨率的高清視頻，今天更令人印象深刻。視頻可以通過監(jiān)測(cè)面部、頸部或前額的血管擴(kuò)張和收縮來(lái)測(cè)量心率。

所有這些技術(shù)的核心是識(shí)別手勢(shì)和動(dòng)作的能力。這項(xiàng)技術(shù)在很大程度上是非接觸式的。您可以與手持設(shè)備交互，但永遠(yuǎn)不必觸及機(jī)器的核心。

觸覺是如何發(fā)生的

非接觸式界面必須牢記實(shí)際考慮因素。例如，我們不能指望人們?cè)陂T口跳舞才能進(jìn)入。全身手勢(shì)本身并不是與手持或固定機(jī)器安全交互的理想方式。但是，在近距離結(jié)合顯示技術(shù)和觸覺反饋，手勢(shì)可以提供一種非接觸式安全方式來(lái)輸入數(shù)據(jù)或射擊虛擬壞人（圖 2）。必須集成三種技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

第一個(gè)是近距離工作的精密 3-D 手勢(shì)技術(shù)。

第二個(gè)是單個(gè)用戶視圖屏幕，允許用戶選擇和操作更高級(jí)別的功能。

第三個(gè)是觸覺反饋系統(tǒng)，允許操作員驗(yàn)證操作。

這些技術(shù)正在融合并在今天可用。如果您在病原體敏感人群的新常態(tài)中面臨如何設(shè)計(jì)下一代公共機(jī)器用戶界面的困境，Ultraleap是一家值得考慮的技術(shù)公司。

Ultraleap 是兩家公司和技術(shù)的結(jié)合。Leap Motion 和 Ultrahaptics 于 2019 年聯(lián)手將精確跟蹤與觸覺反饋相結(jié)合。用于手部追蹤的多功能傳感器運(yùn)動(dòng)控制器模塊是一個(gè)小型（13 毫米 x 80 毫米 x 30 毫米）專用的基于攝像頭的手部追蹤表面安裝模塊，具有 120?-x-150? 的追蹤范圍，可延伸至 24 英寸遠(yuǎn)。該軟件已經(jīng)可以檢測(cè)到 27 種不同的手部位置、動(dòng)作和元素，包括骨骼和關(guān)節(jié)的位置。

將其與基于超聲波的 Stratos Inspire 觸覺反饋系統(tǒng)相結(jié)合，您將真正感受到您的動(dòng)作。一組超聲波發(fā)射器在不同的時(shí)間被觸發(fā)以產(chǎn)生一個(gè)超聲波波陣面，其疊加的波形可以被感覺到。

Stratos Inspire和Stratos Explore的開發(fā)套件現(xiàn)已上市，您可以開始開發(fā)。Ultraleap 還提供用于手部跟蹤的開發(fā)套件。

圖 3：在特定時(shí)間觸發(fā)的超聲波疊加干涉并產(chǎn)生觸感或物理反饋力。聲懸浮的小型版本。（來(lái)源：超躍）

將這些技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以為機(jī)器和人類提供一種新的、安全的交互方式，而不會(huì)傳播病原體。它還是與虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程機(jī)器控制和游戲的主要技術(shù)。該公司還提供了一個(gè)VR 開發(fā)者支架，并有一段很酷的視頻展示了它如何用于游戲和其他有趣的應(yīng)用程序。

結(jié)論

在現(xiàn)代世界，對(duì)傳播病原體的恐懼迫使機(jī)器制造商重新思考人類與機(jī)器互動(dòng)的有效方式。將非接觸式技術(shù)（例如面部和手勢(shì)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和跟蹤以及熱反饋）集成到機(jī)器界面中，為人類與機(jī)器交互提供了一種有效的方法

完成電氣工程學(xué)業(yè)后，Jon Gabay 曾在國(guó)防、商業(yè)、工業(yè)、消費(fèi)者、能源和醫(yī)療公司擔(dān)任設(shè)計(jì)工程師、固件編碼員、系統(tǒng)設(shè)計(jì)師、研究科學(xué)家和產(chǎn)品開發(fā)人員。作為一名替代能源研究人員和發(fā)明家，他從創(chuàng)立并經(jīng)營(yíng) Dedicated Devices Corp. 到 2004 年一直從事自動(dòng)化技術(shù)工作。從那時(shí)起，他一直在為下一代工程師進(jìn)行研發(fā)、撰寫文章和開發(fā)技術(shù)和學(xué)生。

審核編輯黃宇