非接触式界面对抗病原体的传播

人机界面通常是面向触觉的界面。甚至在电力出现之前，杠杆、电缆、杆和良好的老式手和手臂力量就需要进行采矿、冶炼、铸造、研磨、抛光和其他操作。随着电力的出现，在许多情况下，这些操作变得像开关或按钮一样简单。

现代用户界面使用按钮、开关、触摸面板，甚至语音来访问和控制设备。语音识别已为许多非接触式应用取得了巨大进展。但致病性偏执狂的现代世界正在促使机器制造商重新思考人与机器的互动方式，尤其是在公共场所。

公共场所总是对机器界面提出独特的挑战。以某种方式、形状或形式触摸简单的地铁旋转门或栏杆和栏杆。自动门在某些地方解决了这个问题，但需要更复杂用户界面的复杂机器尤其具有挑战性。例如，大多数 ATM 界面使用键盘或触摸屏来输入 PIN 或密码。两者都是不会自我消毒的表面。也没有人过来用棉签或酒精擦拭它们。

非接触式技术为机器和人类提供了一种全新且安全的交互方式，而不会传播病原体。在这里，我们探讨设计人员如何为机器界面集成非接触式技术。

一张图片抵得上 1000 行代码

视频正在成为个人和网络系统安全公共交互界面的重要组成部分。使用面部识别的智能手机可以锁定和解锁这些手持设备（图 1）。面部识别软件通过庞大的全球可访问视频源网络实时工作。它是执法部门和国际安全团体可以使用的众多个人远程跟踪技术之一。

3-D 相机为将非接触式技术应用到用户界面提供了另一种选择。多年来，3-D 相机取得了重大改进。这两种类型——鱼眼，如 Samsung Gear 360 设备，以及空间距离立体的 Microsoft Kinect——都展示了令人印象深刻的能力。游戏玩家和程序员使用较旧的平面技术，例如 Xbox 1（2001 年左右推出），来创建令人印象深刻的身体运动跟踪和测量。

这项技术可以识别对比度确定的边界，确定质心以创建骨架线框，并一次跟踪多个人——这在当时是一项令人印象深刻但未得到充分利用的技术。但通常是游戏世界推动了处理能力、图形速度和分辨率的极限。

现代 Kinect 2 传感器技术使用飞行时间 (ToF) 测量技术，其中每个视频点的 3-D 深度通过监测 LED 或激光的反射时间来确定。得益于更高分辨率的高清视频，今天更令人印象深刻。视频可以通过监测面部、颈部或前额的血管扩张和收缩来测量心率。

所有这些技术的核心是识别手势和动作的能力。这项技术在很大程度上是非接触式的。您可以与手持设备交互，但永远不必触及机器的核心。

触觉是如何发生的

非接触式界面必须牢记实际考虑因素。例如，我们不能指望人们在门口跳舞才能进入。全身手势本身并不是与手持或固定机器安全交互的理想方式。但是，在近距离结合显示技术和触觉反馈，手势可以提供一种非接触式安全方式来输入数据或射击虚拟坏人（图 2）。必须集成三种技术才能实现这一目标。

第一个是近距离工作的精密 3-D 手势技术。

第二个是单个用户视图屏幕，允许用户选择和操作更高级别的功能。

第三个是触觉反馈系统，允许操作员验证操作。

这些技术正在融合并在今天可用。如果您在病原体敏感人群的新常态中面临如何设计下一代公共机器用户界面的困境，Ultraleap是一家值得考虑的技术公司。

Ultraleap 是两家公司和技术的结合。Leap Motion 和 Ultrahaptics 于 2019 年联手将精确跟踪与触觉反馈相结合。用于手部追踪的多功能传感器运动控制器模块是一个小型（13 毫米 x 80 毫米 x 30 毫米）专用的基于摄像头的手部追踪表面安装模块，具有 120˚-x-150˚ 的追踪范围，可延伸至 24 英寸远。该软件已经可以检测到 27 种不同的手部位置、动作和元素，包括骨骼和关节的位置。

将其与基于超声波的 Stratos Inspire 触觉反馈系统相结合，您将真正感受到您的动作。一组超声波发射器在不同的时间被触发以产生一个超声波波阵面，其叠加的波形可以被感觉到。

Stratos Inspire和Stratos Explore的开发套件现已上市，您可以开始开发。Ultraleap 还提供用于手部跟踪的开发套件。

图 3：在特定时间触发的超声波叠加干涉并产生触感或物理反馈力。声悬浮的小型版本。（来源：超跃）

将这些技术结合起来，可以为机器和人类提供一种新的、安全的交互方式，而不会传播病原体。它还是与虚拟现实和增强现实相结合以实现本地和远程机器控制和游戏的主要技术。该公司还提供了一个VR 开发者支架，并有一段很酷的视频展示了它如何用于游戏和其他有趣的应用程序。

结论

在现代世界，对传播病原体的恐惧迫使机器制造商重新思考人类与机器互动的有效方式。将非接触式技术（例如面部和手势识别、运动检测和跟踪以及热反馈）集成到机器界面中，为人类与机器交互提供了一种有效的方法

完成电气工程学业后，Jon Gabay 曾在国防、商业、工业、消费者、能源和医疗公司担任设计工程师、固件编码员、系统设计师、研究科学家和产品开发人员。作为一名替代能源研究人员和发明家，他从创立并经营 Dedicated Devices Corp. 到 2004 年一直从事自动化技术工作。从那时起，他一直在为下一代工程师进行研发、撰写文章和开发技术和学生。

审核编辑黄宇