无论是日常生活中买西瓜还是医生判断病症,以指轻叩都是最常见的动作。至于梁朝伟在《无间道》里轻轻敲出摩尔斯码暗通信息,更只是一种略显直白的用法。最近微软公司和卡内基·梅隆大学的研究者们开发出了一种特别的工具,让我们只需用指头触碰皮肤,就能控制MP3播放器这样的电子设备。

现在这种叫做Skinput的工具还只是粗糙的原型,由一条臂带、一个微型投影仪和一部运算装置构成,之间用线缆连接。臂带内侧有两列形状像微型听诊器的传感器阵列,每个阵列的五个压电式传感器会收集不同频率的震动,并由运算装置将我们敲击手臂的震动转化为计算机可以识别的信号。

当我们用手指敲另一只手的手心时,所产生的震动不仅仅会通过空气传播,也会随着皮肤、肌肉和骨骼向四处蔓延。在《黑客帝国》第三部,那个尼奥一拳正中史密斯特工左脸的慢镜头中,我们看到史密斯特工的脸就像是被扔进了一块石头的水池般泛起波澜。这种情形在我们的日常生活中很难见到,但是我们的身体却会忠实地将这些波动传递。

Skinput就是利用了这一原理。当敲击手臂时,由皮肤表面直接传导的横波将会先行到达传感器,而通过骨骼传导的震动由内而外传递到皮肤时将形成稍晚的纵波。通过震动的强度和时间差可以得到产生震动的源头位置—和进行地震测量时的方法十分类似。

理论上来说,任何清晰到能够分辨出来的信号,都可以用于计算机的输入。Skinput的发明人之一是卡内基·梅隆大学的Chris Harrison,他不仅设计了这种轻轻敲打式的输入设备,还曾经设计过另一种输入方式:用指甲在任何表面上划过,就可以向计算机发出指令。无论是木头、塑料还是牛仔裤,只要划出指定的轨迹,就可以进行输入,而准确率高达80%以上。

这两种技术的本质很相近,都是基于震动波形的采集和分析。现在的Skinput由Harrison和微软研究中心的DesneyTan共同研发,后者也是人机交互领域的先锋人物之一。“我们希望用户能够用上更好更自然的操作方式,”Tan说,“特别是通过更自然的输入设备,希望创造出能够让我们和计算机更深入交流的技术。”

要接收从皮肤上传递的低频震动并不需要太精确的传感器,而更重要的是如何判断其位置。Harrison和Tan通过安装多个传感器解决了这个问题,他们通过在上臂两个侧面贴上两个压电传感器阵列来增强精确度,并且给每个压电传感器上安装不同的配重,让它们分别对从25赫兹到78赫兹不等的震动频率敏感。通过一个他们自己用C语言和Java语言写的小软件,可以对这十个信号进行分析和分类,进而较为精确地判断敲击的位置。

这项技术现在已经能够达到不错的精确度—和使用iPhone屏幕键盘输入的准确度差不多,最高能达到95%。这个数据是通过对数十位志愿者的测试得到的,使用了拇指、中指、手心、手腕和小臂五个输入点。可以理解,当输入点的位置越接近时,Skinput的输入精度就会越低,如果在小臂上选择十个输入点的话,准确率只有81.5%。对于商用技术来说,这种准确率的确还需要提高。

但是Harrison对这种技术充满信心。“使用皮肤触摸技术不仅仅因为我们有两平方米的皮肤面积,也不仅仅因为可以用手碰到,更重要的是,这种触摸方式不需要用到眼睛。”他说,“因为本体觉(感知我们身体的方向、动作、位置和力量的感觉)的存在,我们不需要看也可以准确地触摸身体的位置。我们完全不需要看就可以轻松地把任何两个指尖碰到一起、摸鼻尖和鼓掌。”这是一种随手可及的操作方式。

虽然现在的设计原型上,Skinput和麻省理工学院的“第六感”装置一样都安装了一个微型投影仪,但是这并不是必需品。现在设计者们已经实现了一只手控制MP3播放器的功能,通过用大拇指碰触其他手指尖,就可以轻松地控制MP3。“现在的电子设备正在向越来越小的方向进化,触摸屏或者按钮这样的控制装置越来越难使用。”在一篇论文中,设计者们这样说,“一种可能的选择,就是我们使用环境来操控它们。”

的确如此。现今计算机的计算速度已经可以实现几乎无穷的可能性,人们可以比以前有更多的选择。作为一种几乎不需要学习的、可以随身携带的控制装置,Skinput可能会引领一场对动作控制的可能性进行探索的新浪潮。

在今年四月份于美国亚特兰大举办的第二十八届“计算机—人机互动大会”上,开发者将进行Skinput的展示。目前来看它最大的问题是体积过大,但是这将不成问题,人们已经进行了大量这方面的研究。例如最近一所韩国大学开发出硅橡胶材质的柔性电极,可以贴在任何部位,而且几乎感觉不到—它只有几根头发的宽度,而且可以弯折70万次。在这类技术的帮助下,Skinput呼之欲出了。

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