表面声波传感器将衣服和台面制成触摸界面

一项新的研究发现,日常表面,从厨房台面到夹克袖子等,都可以在微型麦克风的帮助下变成触控板,这些麦克风可以拾取穿过表面传播的声波。

长期以来,科学家们一直在探索使用声学传感器来检测触摸产生的振动,作为触摸屏的更简单替代品。然而,加速度计、传统麦克风和接触式麦克风等声学传感器通常仅限于低带宽,限制了其潜在应用。

因此,由密歇根大学安娜堡分校的计算机科学家Alanson Sample领导的研究人员没有依赖在太空中穿梭的传统声波,而是探索了每次物体接触固体物体时都会在固体物体表面产生涟漪的声波。移动电话和其他设备长期以来一直依靠表面声波(SAW)来帮助操纵无线电信号。

科学家们试验了语音拾取单元(VPU),这种声学传感器最初是为耳塞设计的,用于捕获从声带传播到内耳的声波,允许佩戴它们的人在拥挤,嘈杂的环境中清晰地说话和被听到。这些传感器是密封的,有助于它们抑制在空气中传播的声波,同时通过接触捕获SAW。

这些 2.65 x 3.5 毫米 VPU 的关键组件采用与 MEMS 相同的方法制造。这使得VPU“比传统的接触式麦克风具有更宽的感应范围,”Sample说。

结果是一个声学接触式麦克风,“非常宽带 - 20赫兹到20千赫兹,”样本指出。结合研究团队定制设计的信号处理和机器学习管道,新系统可以从比以前的小工具更丰富的触摸事件,手势和物体中感知和识别SAW,“在连续表面上的任何地方都不会受到背景噪音的干扰,”他说。

总而言之,名为SAWsense的新系统“允许我们在几乎任何对象或设备上创建输入界面,并检测桌子和地板等表面上的各种活动,”Sample说。“一个优点是,产品设计师只需要向一个对象添加一个传感器,而不是多个按钮或触摸传感器。

科学家们尝试将手势界面添加到各种表面和物体上。例如,在办公桌等传统的平面上,SAWSense可以识别触控板风格的手势,如点击和滑动。借助第二个VPU传感器,它还可以检测这些手势的方向。“我们将VPU传感器添加到笔记本电脑的支脚上,有效地在桌子上创建了一个虚拟触控板,使用户能够浏览Web和PDF,”Sample说。

此外,研究人员使用SAWsense为更不寻常的几何形状添加触摸界面,例如玩具龙的头部拍打和腹部摩擦。它们还可以增强夹克袖子等织物项目,表明SAW不仅限于刚性表面。

此外,科学家们还研究了SAWsense除了表面上的手势之外还能帮助识别哪些活动。“例如,我们分析了常见的膳食准备任务,如切碎,搅拌,去皮,混合,混合,沸水,发现我们的系统可以轻松检测到表面上任何地方的这些事件,”Sample说。总而言之,它可以识别16种不同的烹饪相关任务。

在所有这些例子中,SAWsense的准确率超过97%。这种新的传感技术“将允许产品设计师在我们最喜欢的电子设备中创建更低成本,更有效的触摸界面,并通过允许计算系统更好地了解用户的活动和需求来实现新的智能家居应用,”Sample说。

科学家们在24月<>日于汉堡举行的ACM CHI计算系统中人为因素会议上详细介绍了他们的发现。