將你的手臂變成觸摸屏的智能手表LumiWatch

提起能將手臂變成觸摸屏的手表，我們第一時(shí)間可能想到的就是在14年火爆的Cicret投影手環(huán)，可以將智能手機(jī)的畫面投影到手臂上。

不過，很可惜的是Cicret被證實(shí)只是一個(gè)騙局，時(shí)至今日他們都未拿出實(shí)際的產(chǎn)品。

取代的則是智能手表的風(fēng)潮，多家廠商紛紛推廣他們的智能手表，許多人也在佩戴。

比如丸子醬。然而智能手表有著一個(gè)致命的缺陷—屏幕太小，導(dǎo)致所有信息無法同時(shí)呈現(xiàn)，這在運(yùn)動(dòng)時(shí)就極其不方便；或是觸摸不靈敏，使用起來操作不流暢，體驗(yàn)差。

但丸子醬最想吐槽的就是支付寶的付款碼，太小了！當(dāng)我把手表貼上去半天卻沒有任何反應(yīng)時(shí)的尷尬。

而投影的智能手表的操作面積則會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超越現(xiàn)有智能手表的可操作面積。例外一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是皮膚更加自然，我們對(duì)自己的身體是十分熟悉的。哪怕閉著眼睛，我們也能夠在手臂上精準(zhǔn)的操作。依靠著肌肉記憶與手眼協(xié)調(diào)，提供了一個(gè)高質(zhì)量的操作水平。

近日，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一款智能手表的原型機(jī)，可以將手臂變成觸摸屏，而且大小與智能手機(jī)屏幕相當(dāng)，比普通智能手表表盤大5倍，定價(jià)估計(jì)為600美元。

LumiWatch

LumiWatch由邏輯板（又稱中心控制板）、投影儀、深度傳感器、金屬外殼和電池組成，使用Android5.1系統(tǒng)，并且是獨(dú)立出來的，不需要其他設(shè)備處理數(shù)據(jù)。

擺在研究人員面前的第一個(gè)難題是體積大小，畢竟這是手表體積不能太大。

如何保持性能又使結(jié)構(gòu)變得緊湊，研究人員需要做出取舍—他們使用了最高規(guī)格的投影儀而降低了其他設(shè)備規(guī)格。

研究人員設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)自定義的15流明（流明，發(fā)光強(qiáng)度單位）投影儀，包含三個(gè)激光器—紅色、綠色以及藍(lán)色，還有一對(duì)MEMS鏡子。按照光柵掃描模式操作，結(jié)果就是一個(gè)39°×22.5°的視野。

最高可以2.7瓦的功率進(jìn)行工作，而黑白圖像的投影幾乎不需要電量。這時(shí)弊端就暴露出來了，LumiWatch只能持續(xù)工作一小時(shí)，在正常使用頻率下也只能工作一天。

但是由于大功率的投影儀，即使在強(qiáng)烈的戶外陽光下，LumiWatch也能良好的工作。

深度傳感器用于捕捉投影區(qū)域的觸摸輸入，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)1D深度感應(yīng)陣列（7×38×3mm），由十個(gè)STMicro VL6180X飛行時(shí)間傳感器組成。每個(gè)傳感器都通過脈沖紅外光在25°椎體內(nèi)發(fā)射和返回的時(shí)間確定最近的物體，捕獲所有的測(cè)量值需要36毫秒，導(dǎo)致觸摸跟蹤幀速率為27.5Hz。

但有一個(gè)問題，深度傳感器是1D的，如何捕捉2D的操作畫面呢？

在實(shí)行操作的時(shí)候，手指是同時(shí)被許多個(gè)傳感器同時(shí)捕捉到的，但是只會(huì)與相切方向的傳感器距離最近，便可通過這個(gè)確定手指在手臂上x軸的位置，y軸的位置則由是個(gè)傳感器確定。因此1D的深度感應(yīng)陣列有能力追蹤2D的位置。

再通過位置變化的速率確定手指是在滑動(dòng)還是在點(diǎn)擊。

雖然采用了這樣緊湊的設(shè)計(jì)，LumiWatch的體積相對(duì)來說還是很大。

尺寸為50mm×41mm×17mm；

相較于42.5mm×36.4mm×11.4mm的Apple Watch要大整整一圈。

如何進(jìn)一步縮減體形也是研究人員的工作重心。

說完了結(jié)構(gòu)本身上的問題，我們來說說實(shí)際應(yīng)用的問題，主要有兩 大問題—人的小臂是不規(guī)則曲面，如何保證投影的清晰度，且圖像不會(huì)發(fā)生變形；其二就是個(gè)體使用習(xí)慣的差異，每個(gè)人的手表佩戴習(xí)慣不同（高度和左右手），如何使投影能夠普遍適用。

第一個(gè)問題較好解決，對(duì)于傳統(tǒng)的“世界校準(zhǔn)”來講，在平面上可以很好的執(zhí)行任務(wù)，不過小臂是個(gè)曲面，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形。只用在第一次使用的時(shí)候進(jìn)行曲率的校準(zhǔn)，投影就能很好的“鋪”在小臂上（下圖右上角圖）。這時(shí)又出現(xiàn)一個(gè)問題，靠近手表的地方會(huì)更亮，通過距離的測(cè)量改變各個(gè)位置的強(qiáng)度就能校準(zhǔn)。

而第二個(gè)問題就沒這么簡(jiǎn)單了，手表的左右手倒好改變，手表位置的高低就沒有了，因?yàn)樗嵌粩嘧兓?，無法提前固定。

這時(shí)就只能通過動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)了，研究人員采用了巧妙的方法。LumiWatch的開機(jī)是要通過滑動(dòng)滑塊來進(jìn)行解鎖的，這個(gè)滑動(dòng)距離在標(biāo)準(zhǔn)情況下是70mm。在解鎖時(shí)測(cè)量手指滑動(dòng)的距離就能夠以此為基準(zhǔn)來進(jìn)行校準(zhǔn)了。

再說兩句

LumiWatch或許可以說是第一款可交互投影手表，但任然有著諸多問題。激光雖然帶來了諸多便利，但是激光安全是一個(gè)必須考慮的問題，激光功率超過安全極限時(shí)，與視網(wǎng)膜接觸會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p傷；而且智能手表固有的大小限制了散熱功能，雖然研究人員采用了鋁制外殼，具有良好散熱功能，但還是捉衿見肘。手表在工作時(shí)升溫，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，而且會(huì)在幾分鐘內(nèi)達(dá)到這個(gè)溫度；并且手臂上的汗毛，手指的陰影都是會(huì)對(duì)投影造成影響的因素。

距離影視作品中酷炫的程度，LumiWatch還有非常多問題還未解。