手上的压电元件使用超声波识别手势

原型可穿戴设备

Yuki Kubo等。 / MobileHCI 2019

日本和瑞士的工程师创造了一种可穿戴设备，该设备使用粘贴在刷子上的紧凑型超声波发射器和接收器来识别手指的动作。该设备分析由刷子的移动引起的超声声学特性的变化，并据此确定手势。除了用一只手的手势之外，该系统还能够识别另一只手的手指的触摸。

当今大多数消费类电子产品都通过触摸屏，按钮和其他机械控件进行控制。但是，它们并不总是很方便。一个明显的例子是智能手表。它们的屏幕很小，无法显示较大的界面元素，并且它们上的物理按钮的数量通常也限制为两个或三个。

为了解决该问题，工程师建议使用其他输入信息的方法。例如，中美的开发人员使用投影仪创建了将手表变成触摸屏的智能手表原型。谷歌多年来一直致力于Soli微型雷达的研发，能够识别手势并为智能手表和智能手机设计。

苏黎世瑞士高级技术学校的Otmar Hilliges领导的工程师创建了一个系统，该系统使您可以使用超声波识别手势。该系统的原理基于以下事实：执行手势时，笔刷的形状会发生变化。同时，笔刷的共振频率会随着形状而变化，因此可以通过跟踪这些变化来识别手势。

开发人员创建了设备的两个单独的原型（连接到计算机并独立），但是两者的主要部分设计相似。它由面积为三平方厘米的两个小元件组成，元件用双面胶带固定在刷子的外侧。这对压电元件用作扬声器，发出频率为20至40千赫兹的超声波脉冲，并作为麦克风记录电刷的振动。

为了进行分析，该算法将来自麦克风的数据转换为矢量。然后，使用支持向量方法，将向量与一个或另一个手势相关联。开发人员训练了分类器以识别许多不同类型的手势。例如，他可以识别拇指沿着另一只或其中一只的移动，触摸手指以及在另一只手的手掌上触摸一只手的手指，并且他能够大致计算出位置和压力。

实验表明，手势识别的准确率为84.4％。作者指出，尽管他们的方法有缺点，例如，需要训练算法以与特定人员一起工作。

去年，另一组工程师创造了一种可穿戴设备，用于通过超声波识别手势，该设备由手镯和戒指组成。带有发射器的戒指位于拇指上，带有麦克风的手镯位于腕部上。该系统的原理基于以下事实：当声波穿过电刷时，声脉冲会改变其特性。