超聲波用于人機(jī)交互，為觸控帶來(lái)二次革命

不久前，騰訊與華碩合作的游戲手機(jī)“ROG 游戲手機(jī)2騰訊定制版”上采用了超聲波觸控傳感器方案。為此，手機(jī)游戲玩家通過(guò)手指按壓邊框即可來(lái)控制游戲中的移動(dòng)、攻擊等操作。這種觸控邊框技術(shù)的提供者是一家初創(chuàng)公司——顯通（Sentons）科技，采用了新型的超聲波傳感器技術(shù)。

照片：顯通科技 總裁兼CEO 李政揚(yáng)

顯通科技總裁兼首席執(zhí)行官（CEO）李政揚(yáng)指出：電容式觸摸屏在手機(jī)上的應(yīng)用已長(zhǎng)達(dá)12年之久，局限是觸控范圍沒(méi)有辦法突破屏幕本身。新的超聲波觸控可利用手機(jī)的邊框?qū)崿F(xiàn)觸控。由于超聲波是一種波紋，可以通過(guò)金屬、塑料、玻璃、木頭等媒介傳導(dǎo)，也可以在柔性屏/柔性介質(zhì)中傳輸，因此未來(lái)的理想狀況是所有設(shè)備的表面都可以是交互式的。

顯通公司的推進(jìn)計(jì)劃是：2019年主攻游戲手機(jī)市場(chǎng)，2020年將進(jìn)軍旗艦型手機(jī)市場(chǎng)。之后要進(jìn)入更廣泛、更大量的手機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)。未來(lái)，計(jì)劃進(jìn)入更多的應(yīng)用領(lǐng)域，只要是需要人機(jī)交互的行業(yè)，顯通科技都愿意去嘗試，諸如車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智聯(lián)家居等。

1  游戲手機(jī)的觸控按鍵特點(diǎn)

“ROG 游戲手機(jī)2騰訊定制版”中所采用的方案中有顯通定制的超聲波AirTriggers感應(yīng)模塊，還有SurfaceWave處理器。AirTriggers是一組安裝在ROG手機(jī)內(nèi)側(cè)邊緣的傳感器，共有6~8顆。這些傳感器將控制臺(tái)游戲手柄的肩部按鈕虛擬化，并提供額外的輸入以增強(qiáng)游戲中的交互性。

AirTriggers是軟件定義的，只需輕到5 g的壓力就能激活，同時(shí)也能避免觸碰手機(jī)導(dǎo)致的誤觸發(fā)。這種高敏感且有選擇性的控制可通過(guò)簡(jiǎn)單的輕敲或輕掃來(lái)實(shí)現(xiàn)，最終提供更為深入和更具投入感的游戲體驗(yàn)。

2 手機(jī)上的其他應(yīng)用機(jī)會(huì)

過(guò)去12年，觸摸屏主宰了消費(fèi)類電子設(shè)備的人機(jī)交互界面。不過(guò)遺憾的是，盡管手機(jī)一直在變化，人和手機(jī)之間的交互卻不能跟上這種變化。

首先，手機(jī)屏幕做得越來(lái)越大，這造成一個(gè)困擾——很難再用一只手去操控手機(jī)。

其次，進(jìn)入5G時(shí)代之后，手機(jī)要能提供更好的體驗(yàn)，游戲手機(jī)就是一個(gè)應(yīng)運(yùn)而生的新產(chǎn)品，相信游戲手機(jī)在5G時(shí)代會(huì)非常重要。但是游戲在手機(jī)上怎么掌控？因?yàn)閮蓚€(gè)拇指在手機(jī)上過(guò)多地做各種操作，會(huì)影響玩家去看游戲內(nèi)容，所以需要在手機(jī)上面有更多的操控方式，例如在屏幕之外的邊框。

第三是旗艦機(jī)型的要求。旗艦手機(jī)追求的是更完美、差異化的外觀設(shè)計(jì)，因?yàn)槭謾C(jī)不僅僅是智能性的，而且現(xiàn)在變成了時(shí)尚的設(shè)備。因此要追求更美觀的外形，其中玻璃一體化的設(shè)計(jì)則是趨勢(shì)。但這樣按鍵就不能存在，如何解決這方面的問(wèn)題？現(xiàn)有的觸控屏是采用電容式觸控技術(shù)，這種技術(shù)本身不能離開(kāi)屏幕，無(wú)法擴(kuò)展到邊框和背蓋，而且無(wú)法應(yīng)用于金屬或塑料，難以兼容，所以觸控范圍無(wú)法突破屏幕本身。

顯通科技帶來(lái)可以讓手機(jī)上產(chǎn)生更多手勢(shì)操作的應(yīng)用方式。例如其方案不僅能夠帶來(lái)邊框和背蓋的觸摸性操作，甚至在原有的正面觸摸屏上，也能夠帶來(lái)壓力的操作。因?yàn)槌暡ǖ挠|摸屏方案操作不只是X、Y軸的2D操作，甚至還可以有壓力，這樣可以帶來(lái)更豐富的人機(jī)交互體驗(yàn)。

3 超聲波虛擬按鍵的應(yīng)用場(chǎng)景

未來(lái)的按鍵本身不再是實(shí)體的按鍵，而是虛擬的按鍵。在非常小的區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)既替代音量的兩個(gè)調(diào)節(jié)按鍵（如下圖）。

圖 超聲波虛擬按鍵的應(yīng)用場(chǎng)景

還可變成可滑動(dòng)操作的區(qū)域，可以通過(guò)軟件定義這個(gè)區(qū)域操作系統(tǒng)切換，方便用戶單手控制手機(jī)。

智能手機(jī)的另外一個(gè)重要功能是拍照。手機(jī)的拍照體驗(yàn)希望更趨向于單反相機(jī)。眾所周知，單反相機(jī)使用時(shí)先按一半是對(duì)焦，再按一半才是拍照。未來(lái)手機(jī)也可以滑動(dòng)對(duì)焦，先按下去一半對(duì)焦，再按一下才是拍照。

據(jù)悉，從2019年開(kāi)始，中國(guó)的手機(jī)廠商、可穿戴設(shè)備廠商均表示出了對(duì)顯通科技觸控技術(shù)的興趣?？纱┐髌骷S商認(rèn)為這一技術(shù)和手表可以有非常完美的匹配，因?yàn)榘存I會(huì)影響到手表的防水功能，如果使用顯通科技的產(chǎn)品，可取代按鍵以提高防水規(guī)格，因而在洗澡、游泳甚至潛水的情況下，都可以佩戴手表。

4 超聲波傳感的原理

顯通科技的核心技術(shù)是利用了超聲波。超聲波是一種波紋，它可以通過(guò)金屬、玻璃、木頭等媒介傳導(dǎo)。超聲波在發(fā)出去之后會(huì)有反彈，雖然人的耳朵聽(tīng)不到，但是專業(yè)的接收裝置可以接收到超聲波的反彈。如果超聲波在行進(jìn)的過(guò)程中有手指碰觸的話，就可以接收到這個(gè)變化，判斷在這個(gè)過(guò)程中什么東西發(fā)生了碰觸。

超聲波的工作原理：超聲波其實(shí)是聲波組成的一個(gè)圖案。一層層的波在表面擴(kuò)散、反彈，如果有手指碰觸的話，就像在水紋當(dāng)中的一個(gè)蜻蜓點(diǎn)水，它會(huì)引起漣漪反彈回來(lái)。接收裝置接收到會(huì)判斷它的準(zhǔn)確位置。

顯通科技的方案允許在觸摸屏的表面?zhèn)蓽y(cè)多個(gè)觸點(diǎn)，波紋反射的復(fù)雜程度會(huì)提高，顯通科技會(huì)用特定的芯片來(lái)處理這些信號(hào)，讓用戶很容易感知到人機(jī)交互界面上發(fā)生的情況?？梢?jiàn)，基于超聲波的信號(hào)處理技術(shù)是顯通科技的核心技術(shù)（如下圖）。

圖 顯通公司的超聲波傳感原理

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)和實(shí)踐的檢驗(yàn)，顯通科技的超聲波傳感器容錯(cuò)率大，穩(wěn)定性好。

5 超聲波觸控可否取代按鍵和觸控屏？

未來(lái)，按鍵被取消是發(fā)展方向，也有廠商開(kāi)始這么做了。

目前觸摸屏的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，因此一段時(shí)間內(nèi)，超聲波與之是互補(bǔ)的。觸摸屏可幫助解決X、Y軸上的操作，而超聲波解決方案還可以幫助解析屏幕上的壓力。實(shí)際上，顯通科技的壓力敏感度可以達(dá)到毫克級(jí)，但在實(shí)際手機(jī)應(yīng)用上，根據(jù)人體工程學(xué)設(shè)定為5 g~5 kg的力度。目前，還沒(méi)有哪個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可以做到在這樣大的范疇內(nèi)對(duì)壓力的判斷。

不過(guò)未來(lái)，觸摸屏做柔性屏成本很高，而超聲波可以在彎曲的表面上傳遞，所以顯通科技的超聲波方案也可以為柔性屏、彎曲介質(zhì)提供很好的支持。

6 相比其他邊框觸控解決方案

廠家們一直都在嘗試和尋找不同的技術(shù)和解決方案，但目前來(lái)看沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可以與顯通科技的超聲波技術(shù)相比，因?yàn)樗麄兌紩?huì)遇到各種條件變化下的誤觸等明顯挑戰(zhàn)。

7 愿景

顯通科技的愿景是提供一個(gè)可以使用軟件定義開(kāi)發(fā)的人機(jī)交互界面。目前人機(jī)交互主要靠鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等，未來(lái)需要更豐富多彩的交互方式，如車(chē)聯(lián)網(wǎng)、大尺寸屏幕等。