谷歌新技術(shù)：令人“腦洞大開”的隔空操作

　　通過空氣操作調(diào)整手表。 本版圖片來源：百度圖片

　　完全不需要接觸，只需在空氣中比劃幾個動作，你的智能終端就能完成你的操作指令。這并非一場魔術(shù)秀，而是科技現(xiàn)實(shí)。

　　完成這一創(chuàng)舉的是美國谷歌公司。雖然只靠兩個手指對空氣的揉搓就能調(diào)整時間，或者一個拇指的下壓就能按下確定鍵，聽起來確實(shí)有些不可思議。但是，谷歌做到了。

　　這個“奇跡”歸功于兩個微小的芯片。

　　其實(shí)是雷達(dá)

　　在這項(xiàng)名為Project Soli的項(xiàng)目中，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了兩種Soli芯片用來完成“隔空操作”。在日前舉行的谷歌2015網(wǎng)絡(luò)開發(fā)者大會上，研究團(tuán)隊(duì)講解了兩種Soli芯片分別為脈沖雷達(dá)芯片和連續(xù)波雷達(dá)芯片，前者大小為9平方毫米，后者則為11平方毫米。

　　在大部分人的認(rèn)知中，雷達(dá)似乎只用于偵察探測工作，多為軍用，它是如何實(shí)現(xiàn)手勢操作的呢？“所謂脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)指的是從波形上區(qū)分的兩種雷達(dá)體制。” 電子工程學(xué)院電子工程系副教授陳章鑫告訴《中國科學(xué)報》記者。

　　在生活中，常見的脈沖波形有心電圖上高高低低的波形，“這些波形就可以理解為是一個一個的脈沖，只不過雷達(dá)發(fā)射的脈沖波形持續(xù)時間等有所不同。”陳章鑫解釋道，“脈沖雷達(dá)通過主動發(fā)射這樣的脈沖波形，主要用來測量目標(biāo)相對于雷達(dá)天線的距離和方位，脈沖持續(xù)時間越短在距離上的分辨能力越精細(xì)，類似于尺子的刻度，刻度越精密，測量的精度越高。”

　　而連續(xù)波形則像湖中泛起的漣漪，波紋不斷地連續(xù)向外擴(kuò)散。“雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波波形的目的主要是用來測量目標(biāo)相對于雷達(dá)的運(yùn)動速度的大小和方向，利用的是‘多普勒效應(yīng)’。”陳章鑫說。

　　“多普勒效應(yīng)”在日常生活中很常見同時也容易被忽視。比如，聲音近大遠(yuǎn)小的現(xiàn)象，這并不是聲音本身有變化，而是聲源發(fā)出的聲波像雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波一樣，在按下的時候它的頻率近似于是恒定的。當(dāng)聲源靠近時，一定數(shù)量的波形被“擠壓”在越來越短的距離里，使得聲波的波長變得越來越短，從而導(dǎo)致其頻率升高；當(dāng)二者漸行漸遠(yuǎn)時，同樣數(shù)量的波形被“拉伸”在越來越長的距離里，使得聲波的波長變得越來越長，從而導(dǎo)致其頻率下降。“‘多普勒效應(yīng)’在表現(xiàn)上，大小與發(fā)射源和觀察者或者目標(biāo)之間的相對運(yùn)動速度的大小成正比，與波長的大小成反比；增大或者減小則與運(yùn)動方向有關(guān)。”陳章鑫說。

　　具體到Soli芯片運(yùn)作上，“同時利用脈沖波形和連續(xù)波波形，可以測量目標(biāo)的位置和相對運(yùn)動速度的大小和方向。”陳章鑫解釋說。例如，人們想做一個“單擊”的動作，一般就用一個手指頭向下做“點(diǎn)擊”的動作，識別系統(tǒng)在識別出一個手指后，并且該手指向下運(yùn)動，就可以判別為“點(diǎn)擊”動作。也正是因?yàn)檫@一特性，目前的Soli只能識別四類特定的手勢：搓動、捏合、點(diǎn)按和滑動。

　　神奇的60GHz

　　雷達(dá)的類型確定后，谷歌團(tuán)隊(duì)選擇讓其發(fā)射60GHz的毫米波。這個將來要被應(yīng)用在5G上的無線電波，早已是世界多國競相研究的目標(biāo)。“事實(shí)上，從30GHz~100GHz之間信號被稱為毫米波。其早期應(yīng)用還是在于雷達(dá)、通信、航天和射電天文等領(lǐng)域。因?yàn)樗枰奶炀€尺寸小，且可以提供更大的數(shù)據(jù)帶寬。因此60GHz可以得到高的角度分辨率和距離分辨率，有利于實(shí)現(xiàn)精細(xì)測量；另外，該段波長的信號的方向性好，因此朝不同方向發(fā)射的信號之間的干擾很小。”陳章鑫說，“它的缺點(diǎn)也很明顯，就是在大氣中傳播時衰減特別快，不適于長距離傳輸。”

　　然而正是這項(xiàng)缺點(diǎn)被谷歌“抓住”并成為毫米波的優(yōu)勢。“因?yàn)樵趥€人電子產(chǎn)品應(yīng)用中，最不希望的就是不同電子產(chǎn)品之間互相干擾，一個手勢會被多個設(shè)備收到，造成誤操作。而毫米波的這種快速衰減特性完全避免了設(shè)備之間的干擾，同時由于其操作距離其實(shí)很短，又滿足了應(yīng)用的需求。”陳章鑫告訴記者。

　　掙脫羈絆

　　如今可穿戴設(shè)備越來越小巧，然而在過小的屏幕上操作確實(shí)并不容易。Soli的出現(xiàn)顯然為解決這一問題提供了良好的方案。