П'єзоелементи на руці розпізнали жести за допомогою ультразвуку

Японські та швейцарські інженери створили носимий пристрій, що розпізнає рухи пальців за допомогою компактних ультразвукових випромінювача і приймача, приклеєних на пензель. Пристрій аналізує зміни акустичних властивостей ультразвуку, викликані рухом пензля, і визначає за ним жест. Крім жестів однією рукою, система здатна розпізнавати і дотику пальців іншої руки, розповідають автори статті, представленої на конференції MobileHCI 2019.

Велика частина сьогоднішньої споживчої електроніки управляється за допомогою сенсорних екранів, кнопок та інших механічних органів управління. Однак вони не завжди зручні. Яскравий приклад - розумний годинник. Вони мають невеликий екран, на який не можна вивести великі елементи інтерфейсу, а кількість фізичних кнопок на них також зазвичай обмежена двома-трьома.

Як вирішення проблеми інженери пропонують використовувати інші способи введення інформації. Наприклад, американські і китайські розробники створили прототипи розумного годинника з проектором, що перетворюють руку на сенсорний екран. A Google вже кілька років працює над міні-радаром Soli, здатним розпізнавати жести руки і призначеним для розумних годинників, а також смартфонів.

Інженери під керівництвом Отмара Хіллігеса (Otmar Hilliges) зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха створили систему, що дозволяє розпізнавати жести руки за допомогою ультразвуку. Принцип роботи системи заснований на тому, що при виконанні жестів форма пензля змінюється. При цьому разом з формою змінюються і резонансні частоти пензля, тому жести можна розпізнавати, відстежуючи ці зміни.

Розробники створили два окремих прототипи пристрою (що підключається до комп'ютера і автономний), але обидва мають схожу конструкцію основної частини. Вона складається з двох невеликих, площею три квадратних сантиметрів, елементів, що закріплюються на зовнішній стороні пензля за допомогою двосторонньої клейкої стрічки. Ця пара п'єзоелектричних елементів працює як динаміка, що видає ультразвукові імпульси з частотою від 20 до 40 кілогерц, і мікрофона, що реєструє вібрацію пензля.

Для аналізу алгоритм перетворює дані з мікрофона на вектор. Потім вектор за допомогою методу опорних векторів співвідноситься з тим чи іншим жестом. Розробники навчили класифікатор розпізнавати безліч жестів різних типів. Наприклад, він вміє розпізнавати рух великого пальця вздовж інших або до одного з них, дотику до пальців, а також дотик пальців однієї руки до долоні іншої, причому він здатний приблизно розраховувати місце розташування і силу натискання.

Експерименти показали, що точність розпізнавання жестів становить 84,4 відсотка. Автори зазначають, що наразі їхній метод має недоліки, наприклад, необхідність навчати алгоритм для роботи з конкретною людиною.

Минулого року інша група інженерів створила носимий пристрій для розпізнавання жестів за допомогою ультразвуку, що складається з браслета і кільця. Кільце з випромінювачем розташовується на великому пальці, а браслет з мікрофонами розташовується на куп'ясті. Принцип роботи системи заснований на тому, що при проходженні через пензель акустичні імпульси змінюють свої властивості.