超音波传感器颠覆人机互动——赛斯维传感器网-pg电子游戏官网官方网站

　　如今，动作(任天堂wii)、触控(apple iphone)以及语音(amazon alexa)等互动方式已经过时了，更酷炫、更有赚头且“免触控”(touchless)的新一代用户接口 (ui)正成为消费设备的新宠。

　　正如chirp microsystems首席执行官michelle kiang在mwc展会上所说的，“重要的消费电子突破总是由ui革命触发的。” 

　　chirp推出一款单芯片超音波飞行时间(tof)传感器，让用户无需触控屏幕就能和可穿戴设备实现互动，甚至是无屏幕的设备。

　　尽管kiang并未表示基于超音波感测的“免触控”互动将取代其它现有ui，但她认为这将为可穿戴设备、扩增实境/虚拟现实(ar/vr)、智能手机甚至汽车提供另一种互动形式。

　　技术传承自学术研究

　　chirp microsystems是一家位于加州伯克利的新创企业，目前共有15名员工，在今年的mwc推出该公司首款针对可穿戴设备开发的高精确、低功耗超音波感测开发平台。

　　许多穿戴式产品(如智能手表)的屏幕尺寸通常都很有限，用户经常苦于其“手指太粗”。kiang说，只要在智能手表中嵌入mems超音波tofpg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台，无论用户的手指粗细，都不必再触控屏幕，只需利用手势即可控制手表的功能。

　　穿戴式腕带或许是更好的说明范例。目前的腕带基本上并没有空间配备屏幕，无法直接与穿戴者互动。但是，kiang表示，如果腕带或指环中搭载了够精巧的超音波tof传感器，这些流行的穿戴式腕带马上就能和用户实现实时互动了！

　　chirp的tof传感器采用类似mems麦克风的3.5 x 3.5 mm lga封装，以1.8v的单电源运作。该设备并配备i2c接口，十分易于整合于消费电子产品中。

　　mems与混合信号cmos asic

　　chirp不仅开发mems超音波转换器，还为其搭配一款混合信号cmos asic，并将二者整合在单一系统级封装(sip)中。

　　这款tofpg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台的板载微处理器可为唤醒感测应用实现永不断线(always-on)的运作。据该pg电子竞技平台的介绍，该组件采用了范围大于1m的脉冲回波感测，而在1hz采样率为时功耗仅9ua。

　　这款mems超音波传感器的突破性微型化设计，是由美国加州大学伯克利分校(uc berkeley)和戴维斯分校(uc davis)的研究人员和工程师共同开发的，此后成为新创公司chirp在2014年成立的基础。

　　相关ip和主要的研究人员都已经从大学实验室转至chirp工作了。该研究团队成员包括uc davis机械与航空工程教授david horsley，以及uc berkeley和uc davis的博士研究生和博士后研究员等。目前，horsley是chirp公司首席技术官。

　　除了可穿戴设备，chirp的tofpg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台瞄准的另一个重要市场是ar/vr应用。目前，chirp已能为特定客户提供其vr/ar超音波感测开发平台了。但kiang并未透露这些客户名单，仅暗示是大公司。

　　目前的高阶ar/vr系统都局限于一个基地台或受限于规定的空间内。这是因为附加设备(如摄影机系统或磁传感器系统等)都必须安装在这些有限的空间内，才能为vr/ar头戴式设备中的惯性测量单元(imu)校正漂移，从而为用户带来更好的追踪体验。 20170412_chirp_nt31p1p3kiang展示了一款微型化的mems超音波传感器，如今已能轻易地嵌入于ar/vr头戴式设备中。由于追踪系统能够随用户移动，从而为用户提供360度的身历其境体验。

　　chirp的超音波传感器可在ar/vr环境支持6个自由度的控制器或输入设备，实现“由内而外的追踪”。

　　3d感测

　　基于光学(主要是摄影机)的系统已经被应用于目标追踪了。但是，摄影机本质上是一种不带深度信息的2d技术，它必须使用“点云”(point cloud)以及更深度的计算，才能逐一地侦测对象的漂移。

　　相比之下，超音波tofpg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台是3d感测的理想选择，因为该技术的三角测量数据更简单。kiang解释，“更简单的计算意味着更低功耗。”

　　使用红外线技术是3d感测的另一项选择。不过，kiang强调，在户外使用时，经由红外线取得的数据往往无法使用。她说：“超音波传感器则是一种稳定的低功耗技术，用户可以戴着vr/ar系统走向户外，甚至漫步于阳光下。”

　　藉由将chirp的超音波tof传感器设计于vr/ar系统中， kiang总结道：“我们希望低阶vr/ar系统也能为用户带来更好的互动体验，而高阶vr/ar系统则能摆脱限制，进一步实现行动化。”

　　拓展智能手机与车用领域？

　　目前，红外线技术在智能手机中作为近接传感器，用于防止用户在接听电话时脸部误触屏幕。

　　kiang表示，一些智能手机供应商开始寻求以超音波技术取代红外线技术。一开始的吸引力主要来自美学设计原因——为了去掉智能手机正面嵌入红外线pg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台的小孔。而今，有了超音波tof传感器，智能手机设计人员可以为手机增添其它功能，例如自拍时的自动对焦，或提供简单的手势控制等。

　　长期来看，chirp的超音波tof传感器能够用于取代辅助车辆倒车用的大型超音波传感器。chirp的pg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台还可作为车载信息娱乐系统的新ui。不过这样的汽车应用还需要更长的设计周期，kiang解释，这项应用在chirp现有的规划中优先级略低。

　　chirp的memspg电子游戏官网官方网站-pg电子竞技平台以及配套asic已经出样了，预计将在今年底实现量产。kiang表示，chirp的一些客户正计划于2017年底推出整合chirp芯片的终端产品，而其它客户可能要到2018年才推出新产品。

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