解析手勢控制智能手表的秘密
“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(shù)英寸遠的地方打個響指,表盤就會有所“反應(yīng)”。
伊凡·波普列夫(Ivan Poupyrev)在谷歌ATAP(Advanced Technologies and Projects,先進技術(shù)和項目)實驗室工作,擔(dān)任Project Soli技術(shù)負責(zé)人。Project Soli旨在證明電子設(shè)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(shè)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(xiàn)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(xù)下去還是個懸而未決的問題。Tango已經(jīng)從ATAP“畢業(yè)”,進入谷歌,Ara似乎陷入麻煩中。
但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(shù)的消費電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)和設(shè)計語言。這也是波普列夫團隊不僅僅進行相關(guān)試驗,還證明雷達能集成在智能手表中的原因。
波普列夫說,“如果某種技術(shù)能整合在智能手表中,它就能整合到其他任何產(chǎn)品中。”ATAP重新設(shè)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(yōu)化。據(jù)Soli首席和硬件產(chǎn)品工程師哈基姆·拉賈(Hakim Raja)稱,該團隊最終實現(xiàn)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(fā)雷達信號。開發(fā)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(shè)計目標是探測在數(shù)英里及更遠距離之外飛行的金屬物體,而非數(shù)英寸之外、手指作出的幅度僅為數(shù)毫米的手勢。就在不久前,人們還不需要擔(dān)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(xué)習(xí)算法進行優(yōu)化。她首先意識到把雷達提供的空間信號轉(zhuǎn)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(fù)雜的任務(wù)。
與電子工藝相比,決定識別出用戶手勢后電子設(shè)備作出何種反應(yīng)的機器學(xué)習(xí)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(shè)備,屏幕上會顯示按鈕和滑動條;對于有實體開關(guān)的設(shè)備,用戶在撥動開關(guān)時能感覺到刻度。但是,如果什么也沒有,如何引導(dǎo)用戶進行操作呢?