從蘋(píng)果ForceTouch看智能硬件的人機(jī)交互發(fā)展

蘋(píng)果iPhone6S的發(fā)布，通過(guò)siri、Force Touch、Haptics技術(shù)打開(kāi)了全新的人機(jī)交互時(shí)代。

從2011年開(kāi)始，智能手機(jī)與平板電腦歷經(jīng)爆發(fā)性成長(zhǎng)，手勢(shì)觸控技術(shù)開(kāi)始取代鍵盤(pán)鼠標(biāo)，帶來(lái)了一場(chǎng)人機(jī)交互革命。2014年底，智能硬件迎來(lái)大爆發(fā)，預(yù)計(jì)2015年全球互聯(lián)設(shè)備將達(dá)到49億臺(tái)，到2020年更上看250億臺(tái)。隨著智能硬件的迅速放量，從最早的單一控制功能，到最后實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，原有的人機(jī)交互技術(shù)，如觸控、語(yǔ)音、體感、生物辨識(shí)正逐漸融合，而類似于觸覺(jué)反饋、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)等新興人機(jī)交互技術(shù)正逐漸顯現(xiàn)。

智能纖維：透過(guò)布料實(shí)現(xiàn)觸控交互

在智能手機(jī)上，觸控已經(jīng)是必不可少的操控方式。但是到了可穿戴設(shè)備以及智能硬件上，由于產(chǎn)品尺寸以及待機(jī)時(shí)長(zhǎng)的限制，觸控交互不如智能手機(jī)上那么方便了，可實(shí)現(xiàn)的功能也非常有限。因此，在最初一代產(chǎn)品中，類似于智能手表這樣的產(chǎn)品只能成為手機(jī)配件，大部份的交互方式還需要透過(guò)手機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如何在方寸之間實(shí)現(xiàn)更多的功能，而且還得確保產(chǎn)品的美觀?

Apple Watch的解決方式是重新定義用戶的操作手勢(shì)及用戶體驗(yàn)——“橫向滑動(dòng)”切換頁(yè)面、“點(diǎn)按”選擇內(nèi)容，“長(zhǎng)按”則是打開(kāi)菜單。此外，Apple Watch還增加了表冠(crown)與實(shí)體按鍵。在操控方式上，表冠既可輕按又可以旋轉(zhuǎn)縮放屏幕大小。此外，Apple Watch還透過(guò)不同的震動(dòng)方式來(lái)提示如何轉(zhuǎn)向。Apple Watch出現(xiàn)的意義并不是為了顛覆手表產(chǎn)業(yè)，而是真正讓可穿戴設(shè)備可以脫離手機(jī)的的地心引力而存在，使其能夠獨(dú)立展開(kāi)形成完整的應(yīng)用生態(tài)。

除了蘋(píng)果(Apple)，Google也在積極探索智能可穿戴設(shè)備的人機(jī)交互方式。早在幾個(gè)月前最新的Google I/O大會(huì)上，專攻尖端技術(shù)的ATAP團(tuán)隊(duì)展示了透過(guò)衣物進(jìn)行交互的技術(shù)Project Jacquard。

Project Jacquard透過(guò)衣物進(jìn)行交互

這個(gè)技術(shù)的思路是在紡織品中加入電路，與康寧(Corning)發(fā)布的概念宣傳片《Glass 2塑造的一天》相較，未來(lái)人機(jī)交互的主角不再僅僅是各種玻璃，而是可以將衣服、褲子、汽車坐墊或窗簾都變成可交互的媒介。人們可以透過(guò)各種織物來(lái)控制手機(jī)、計(jì)算機(jī)、可穿戴設(shè)備甚至家電。

目前，ATAP團(tuán)隊(duì)已經(jīng)與日本一家布料廠合作，將導(dǎo)電的線路與棉線編織在一起，并保留柔軟的觸感，以及支持不同色彩、棉質(zhì)/化纖/絲質(zhì)的質(zhì)料。另外，他們還與Levi’s合作設(shè)計(jì)了一款搭載Project Jacquard的棉質(zhì)外套，外套的觸摸感應(yīng)區(qū)可以辨識(shí)多點(diǎn)觸摸，并支持一定距離內(nèi)的隔空操作。

這種新開(kāi)發(fā)的紗線能以3D技術(shù)來(lái)紡織，并與微控制器聯(lián)機(jī)以制作低功耗觸摸板;Schwesig表示，這種線路本身就具備低功耗特性，預(yù)期嵌入在衣物時(shí)能連續(xù)運(yùn)作一星期。雖然能量采集是搭配這種紡織品會(huì)很不錯(cuò)，但ATAP團(tuán)隊(duì)還沒(méi)著手開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)。

將導(dǎo)電的線路與棉線編織在一起，可實(shí)現(xiàn)交互功能

Google還展示了新開(kāi)發(fā)智能纖維的數(shù)種應(yīng)用情境，包括用戶能用多種手勢(shì)來(lái)開(kāi)燈或是在手機(jī)上操作音樂(lè)播放。Schwesig表示這種紗線也能運(yùn)用于汽車內(nèi)裝，但Jacquard項(xiàng)目是以一種通用技術(shù)來(lái)進(jìn)行研發(fā)，未特別針對(duì)某個(gè)使用情境。

這種技術(shù)的應(yīng)用想象空間非常大，例如早上穿外套準(zhǔn)備上班的時(shí)候，手機(jī)就自動(dòng)預(yù)定Uber;穿上慢跑鞋后自動(dòng)追蹤運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù);在衣服袖子上滑動(dòng)一下，就可以解鎖手機(jī)并對(duì)它下達(dá)語(yǔ)音指令等。與其用手環(huán)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，不如直接用鞋子來(lái)得更精確。

這種織物技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)是如何確保電子電路和芯片不怕高溫熨燙以及洗衣機(jī)水泡，同時(shí)讓這種交互方式盡可能精準(zhǔn)。此外，由于牽涉到紡織業(yè)以及服裝產(chǎn)業(yè)，涉及的供應(yīng)鏈過(guò)于復(fù)雜，材料的測(cè)試流程也很多。

Force Touch的前世今生，核心算法來(lái)自……

以觸控技術(shù)而言，手勢(shì)控制雖然無(wú)法實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制，但是透過(guò)算法使得人機(jī)交互顯得更加“智能”，可以透過(guò)不同的手勢(shì)和姿態(tài)判斷用戶的使用場(chǎng)景，這似乎更適于應(yīng)用在可穿戴設(shè)備上。Google眼鏡盡管是一款過(guò)于前衛(wèi)的產(chǎn)品，但是它的人機(jī)交互方式主要還是采用手勢(shì)或自然動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。例如用戶只要眨眨眼睛就能拍照。

Apple的手勢(shì)應(yīng)用主要采用壓力觸控(Force Touch)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的軟件算法來(lái)自于生物識(shí)別安全公司Privaris。目前，該公司已經(jīng)把大部分專利轉(zhuǎn)移給蘋(píng)果。這種技術(shù)是一種可以區(qū)分輕觸和用力按壓的功能，可以支持大量的新手勢(shì)。它的原理是將壓力敏感融入多點(diǎn)觸控輸入機(jī)制中，用戶只要用力長(zhǎng)按，就可以啟動(dòng)二級(jí)動(dòng)作。Apple Watch的壓力觸控常被視為類似Mac計(jì)算機(jī)右擊的功能，用以打開(kāi)下一層的設(shè)備和菜單選項(xiàng)，如果沒(méi)有這種機(jī)制，很難將這些操作融合到一個(gè)非常小的接口。

Apple Watch的壓力觸控技術(shù)

這種技術(shù)已經(jīng)從Apple Watch擴(kuò)展到Apple的其它產(chǎn)品線，如新一代iPhone以及Macbook系列，未來(lái)可能將繼續(xù)使用到蘋(píng)果的其他產(chǎn)品線如ipad。此外，壓力觸控還將與實(shí)時(shí)的觸覺(jué)反饋配合使用，除了現(xiàn)有的多點(diǎn)觸控功能，還能讓開(kāi)發(fā)者為高端用戶開(kāi)發(fā)專有的功能。事實(shí)上，壓力觸控帶來(lái)的應(yīng)用還不止是實(shí)現(xiàn)某些操控手勢(shì)，由于支持不同的壓力變化，使得用戶在觸控屏幕上實(shí)現(xiàn)精確的作畫(huà)及書(shū)寫(xiě)成為可能。在蘋(píng)果最新發(fā)布會(huì)上，展示了利用ipad Pro配合Applepencil制作出的精美畫(huà)作。

華為(Hwawei)在新一代iPhone上市之前搶先在手機(jī)上采用類似的技術(shù)。華為消費(fèi)者終端董事長(zhǎng)余承東在參展德國(guó)柏林IFA大會(huì)上發(fā)布了旗艦手機(jī)Mate S，現(xiàn)場(chǎng)展示的‘The Power of touch’壓力觸控技術(shù)，能夠稱量橘子的重量。

實(shí)際上，美國(guó)Z-origin的 Z-Tohch則是較早的觸控探索者;TI公司早前推出過(guò)基于高電壓的新一代振動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)芯片;美國(guó)“IMMERSION”公司擁有基于“觸覺(jué)交互”的大量技術(shù)儲(chǔ)備與專利;中國(guó)的衡業(yè)新材也在研發(fā)“新一代觸摸反饋”的核心硬件。早在2009年黑莓(Blackberry)就在Storm系列手機(jī)上采用過(guò)類似的屏幕按壓技術(shù)SurePress了，不過(guò)用戶在使用時(shí)必須按壓很大的力量，因此用戶體驗(yàn)非常糟糕。

谷歌逆天發(fā)明，精準(zhǔn)的毫米波手勢(shì)控制

相較于Apple Watch的Force Touch 壓力觸控方式，Google的手勢(shì)控制方案Project Soli更具有顛覆性，用戶可以透過(guò)搓動(dòng)手指實(shí)現(xiàn)控制音量大小、切換歌曲、隔空調(diào)節(jié)耳機(jī)音量等功能。

這項(xiàng)技術(shù)是一種60GHz的毫米波技術(shù)。也就是說(shuō)，無(wú)論是控制手表、平板，還是手機(jī)等設(shè)備接口，將不再受制于屏幕。不必再透過(guò)接觸觸控屏幕來(lái)實(shí)現(xiàn)觸控，通過(guò)脈沖雷達(dá)波在任意空間擷取用戶的手勢(shì)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。這也就是我們平常所說(shuō)的體感交互，而現(xiàn)在Google在這當(dāng)中應(yīng)用了更精準(zhǔn)的新技術(shù)。

毫米波技術(shù)，手勢(shì)控制方案

透過(guò)搓動(dòng)手指控制手表

這是一種基于無(wú)線電波反射建立的交互系統(tǒng)，5mm波長(zhǎng)的無(wú)線電波能夠探測(cè)到5m空間范圍內(nèi)的精細(xì)動(dòng)作，目前Soli可以感測(cè)/辨識(shí)手指的捏轉(zhuǎn)、搓動(dòng)與傳動(dòng)等動(dòng)作，感應(yīng)誤差精密到毫米級(jí)。這種技術(shù)的困難在于要在盡量最小的尺寸范圍整合無(wú)線電波發(fā)射天線與接收天線。此外，這種操控方式在實(shí)際應(yīng)用中是否有實(shí)際意義，例如打個(gè)響指切歌是否真的比單擊按鍵切歌方便?這些都缺少更加真實(shí)應(yīng)用案例和用戶體驗(yàn)。

手機(jī)震動(dòng)就是觸覺(jué)反饋Haptics的最初應(yīng)用

蘋(píng)果在iphone6S上內(nèi)置了一個(gè)振動(dòng)器，將Force Touch技術(shù)與觸覺(jué)反饋(Haptics)技術(shù)相結(jié)合。Haptics是一種透過(guò)馬達(dá)和觸摸板搭配實(shí)現(xiàn)不同觸覺(jué)體驗(yàn)的技術(shù)。手機(jī)震動(dòng)就是Haptics最初的應(yīng)用，目前幾乎大部份的智能手表和手環(huán)都具有振動(dòng)反饋功能。

這一技術(shù)最早從Sony開(kāi)始嘗試，并推出了第一代Haptics技術(shù)的手機(jī)，三星(Samsung)甚至生產(chǎn)了一款型號(hào)帶觸覺(jué)字樣的手機(jī)——三星Haptic 2。Apple在2007年提交了相關(guān)專利，在題為《光滑觸控表面實(shí)現(xiàn)按鍵觸感的若干方法》中描述了如何讓用戶感覺(jué)屏幕的凸起和凹陷。

比如，日本DOCOMO生產(chǎn)的一款“RAKURAKU”老人手機(jī)，其振動(dòng)回饋可以讓在老人觸摸屏幕有觸感，如按壓鍵盤(pán)一樣的實(shí)物感，還曾風(fēng)靡一時(shí);日本松下也推出獨(dú)特振動(dòng)回饋的平板;韓國(guó)PANTECH(潘泰)也推出過(guò)精敏振動(dòng)的平板等等。

Haptics觸覺(jué)反饋技術(shù)

Haptics技術(shù)的3種振動(dòng)器應(yīng)用形式

Haptics技術(shù)的建置目前有三種主要方式：偏轉(zhuǎn)質(zhì)量(ERM)、線性共振(LRA)、壓電傳動(dòng)。其中目前比較成熟的技術(shù)是ERM和LRA技術(shù)，主要透過(guò)轉(zhuǎn)自馬達(dá)和線性馬達(dá)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)反饋，其中線性馬達(dá)更能實(shí)現(xiàn)不同方向的振動(dòng)。

在手機(jī)領(lǐng)域，線性馬達(dá)目前已經(jīng)逐漸普及，而在汽車電子領(lǐng)域，主要仍采用轉(zhuǎn)子馬達(dá)。至于采用壓電傳動(dòng)的稀土馬達(dá)，其原理主要是采用具有壓電效應(yīng)的多晶體逆壓電效應(yīng)，在該晶體產(chǎn)生形變時(shí)產(chǎn)生電流，而在為晶體施加電壓時(shí)，晶體產(chǎn)生形變。目前包括三星、AAC、村田(Murata)、TDK與TI都正積極開(kāi)發(fā)Haptics相關(guān)產(chǎn)品。

Haptics的壓電傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式

在游戲與虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用中，Haptics技術(shù)可為用戶帶來(lái)身歷其境的觸覺(jué)體驗(yàn)。微軟亞洲研究院正嘗試將Haptics技術(shù)應(yīng)用在消費(fèi)產(chǎn)品和可穿戴設(shè)備上。此外，透過(guò)對(duì)采用Haptics技術(shù)的鍵盤(pán)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示擁有觸摸反饋的鍵盤(pán)，其輸入速度和正確率比單純利用視覺(jué)或聲音反饋單鍵盤(pán)更高許多。

未來(lái)在網(wǎng)購(gòu)體驗(yàn)中，Haptics將可能在手機(jī)或平板電腦的觸控屏幕上仿真商品的真實(shí)紋理與質(zhì)地。此外，在智能手表中采用Haptics技術(shù)，將可透過(guò)壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)各種控制。例如將壓電組件置于觸控表面下，透過(guò)電流實(shí)現(xiàn)類似于實(shí)體按鍵的觸控效果，或者透過(guò)壓力實(shí)現(xiàn)待機(jī)一鍵啟動(dòng)等。

聰明如siri，語(yǔ)音交互只會(huì)更智能

蘋(píng)果最近正在大舉招募人工智能專家，旨在挑戰(zhàn)谷歌在人工智能領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。在蘋(píng)果最新發(fā)布的iOS 9系統(tǒng)中，智能機(jī)器人Siri可通過(guò)學(xué)習(xí)辨識(shí)聲音ID。

在智能硬件時(shí)代，人機(jī)交互的核心需求正朝向處理復(fù)雜任務(wù)的趨勢(shì)變遷。直接透過(guò)語(yǔ)言對(duì)話是處理復(fù)雜任務(wù)的理想人機(jī)交互方式。用戶希望能有一個(gè)真正智能的“隨身管家/秘書(shū)/數(shù)字助手”，而不僅僅是一個(gè)語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字的工具。從iPhone推出Siri開(kāi)始，包括Nuance等語(yǔ)音技術(shù)供貨商正持續(xù)優(yōu)化語(yǔ)音交互技術(shù)，以求實(shí)現(xiàn)最佳體驗(yàn)，其主要發(fā)展方向集中于語(yǔ)音識(shí)別與語(yǔ)音合成。

智能手表廠商映趣科技(inWatch) CEO王小彬認(rèn)為，智能手表的交互方式應(yīng)該做到盡量減少設(shè)備接觸，透過(guò)語(yǔ)音技術(shù)解放雙手。這一點(diǎn)在車載設(shè)備上有更嚴(yán)格的要求，目前有不少智能硬件廠商正針對(duì)車載環(huán)境開(kāi)發(fā)智能后視鏡及導(dǎo)航產(chǎn)品。智能后視鏡廠商威仕特CEO聞?wù)硎?，過(guò)去語(yǔ)音技術(shù)只能由機(jī)械辨識(shí)“去哪兒”，而不能理解“我想去哪兒”，而現(xiàn)在要做到“我不知道去哪兒，你推薦我一個(gè)地方去”。

首家采用認(rèn)知交互模型設(shè)計(jì)語(yǔ)音交互系統(tǒng)的思必馳(AI Speech)在傳統(tǒng)語(yǔ)音識(shí)別和合成技術(shù)上導(dǎo)入交互人工智能，透過(guò)情境理解和多輪交互，針對(duì)最終任務(wù)完成度和用戶體驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。什么是“交互人工智能”?所謂的“人工智能”包括運(yùn)算智能、感知/表達(dá)智能、認(rèn)知智能與抽象思維等四大智能模塊。思必馳認(rèn)為認(rèn)知型的對(duì)話是語(yǔ)音交互的未來(lái)，不僅僅是簡(jiǎn)單的辨識(shí)語(yǔ)音，而是真正能夠讓機(jī)器像人一樣進(jìn)行分析、推理與處理指令。

在具體使用中語(yǔ)音交互面臨環(huán)境噪聲、辨識(shí)率的問(wèn)題。思必馳的解決方式是透過(guò)麥克風(fēng)數(shù)組模塊+云端服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回音消除以及遠(yuǎn)程語(yǔ)音識(shí)別。

類似蘋(píng)果的語(yǔ)音助手Siri，國(guó)內(nèi)華為榮耀7的智靈鍵采用獨(dú)立物理按鍵語(yǔ)音連接互聯(lián)網(wǎng)。能夠喚醒語(yǔ)音助手，并且深化語(yǔ)音助手功能，將語(yǔ)音功能和很多日常軟件打通。例如嘀嘀打車、微博、備忘錄、菜譜、地圖等軟件都能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音操控。

人工智能+大數(shù)據(jù)，人機(jī)交互的究極形態(tài)

日前，百度結(jié)合語(yǔ)音識(shí)別和圖像識(shí)別功能，推出全新的機(jī)器人助理度秘(duer)——個(gè)人數(shù)字助理。

整體而言，單一的人機(jī)交互方式無(wú)法滿足智能硬件多元應(yīng)用場(chǎng)景的需要，從自然人機(jī)交互的未來(lái)趨勢(shì)來(lái)看，高度便利的多模態(tài)自然人機(jī)口語(yǔ)交互方式是最自然且想的人機(jī)交互方式。所謂多模態(tài)人機(jī)交互是指融合視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)甚至味覺(jué)的交互方式，其表達(dá)效率和信息都優(yōu)于單一的視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)模式。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，未來(lái)的人機(jī)交互模式中，輸入信息的方式將變得越來(lái)越簡(jiǎn)單、隨意與任性，例如隨口說(shuō)句話、比個(gè)手勢(shì)、打個(gè)響指或甚至使個(gè)眼色就能告訴機(jī)器一項(xiàng)信息。但是機(jī)器能否理解你發(fā)出的信息就是人工智能的范疇了，如果你不想出現(xiàn)機(jī)器聽(tīng)不懂你說(shuō)“我想靜靜”到底是什么意思，就有必要讓機(jī)器反問(wèn)你一句“你到底是想一個(gè)人靜靜?還是想念靜靜?”

甚至到了最后，用戶再也不用主動(dòng)發(fā)出信息，透過(guò)眼球追蹤、觸覺(jué)反饋、各種傳感器，機(jī)器將自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析用戶所在的環(huán)境、狀態(tài)甚至情感信息，協(xié)助用戶進(jìn)行選擇或提供服務(wù)。例如當(dāng)你睡著了，機(jī)器系統(tǒng)將主動(dòng)關(guān)燈、關(guān)電視甚至幫你蓋被子。這可以說(shuō)是人機(jī)交互的最高境界了，到了這個(gè)階段硬件才可以真正稱得上是“智能”。不過(guò)要實(shí)現(xiàn)如此高度智能化的前提是，設(shè)備必須透過(guò)許多的“大數(shù)據(jù)”來(lái)進(jìn)行演算分析，讓智能設(shè)備記住你的行為習(xí)慣和偏好并越來(lái)越懂你，甚至有一天比你自己還要了解你。