手势控制智能手表的秘密：内部集成雷达芯片

“如何与看不见的计算机交互？”如果在谷歌这样的公司的会议室听到这类问题，读者一定会认为这将是展示未来黑科技的会议，不会有实物展示出来。

但在谷歌会议室，桌子上摆放着一款智能手表。在距离这款智能手表数英寸远的地方打个响指，表盘就会有所“反应”。

伊凡波普列夫(Ivan Poupyrev)在谷歌ATAP(Advanced Technologies and Projects，先进技术和项目)实验室工作，担任Project Soli技术负责人。Project Soli旨在证明电子设备可以集成微型雷达芯片，用户能利用动作不大的手势控制电子设备。在智能手表中集成雷达，目的是为了证明用户可以操作看不见的计算机。

ATAP是谷歌旗下一个重要部门，上一任掌门是美国国防部高级计划研究局大咖雷金娜杜坎(Regina Dugan)，从事的项目包括模块化手机(Project Ara)、实时3D地图(Tango)和虚拟现实电影(Spotlight Stories)。杜坎今年早些时候跳槽到Facebook，因此她留下的这些项目是否会继续下去还是个悬而未决的问题。Tango已经从ATAP“毕业”，进入谷歌，Ara似乎陷入麻烦中。

但Jacquard触摸纤维项目和Soli仍然还留在ATAP，Soli至少有了一个新的宏大目标：打造配备雷达技术的消费电子设备产业和设计语言。这也是波普列夫团队不仅仅进行相关试验，还证明雷达能集成在智能手表中的原因。

波普列夫说，“如果某种技术能整合在智能手表中，它就能整合到其他任何产品中。”ATAP重新设计了Soli芯片，进一步减小了其尺寸，降低了能耗，并多次对它进行优化。据Soli首席和硬件产品工程师哈基姆拉贾(Hakim Raja)称，该团队最终实现了芯片的最小化。它非常薄，4根天线能提供全双工通信，收发雷达信号。开发工具包配置的第一代Soli芯片能耗为1.2瓦，最新芯片能耗仅为0.054瓦，降低了22倍。

把芯片做得如此小也有弊端。雷达的设计目标是探测在数英里及更远距离之外飞行的金属物体，而非数英寸之外、手指作出的幅度仅为数毫米的手势。就在不久前，人们还不需要担心这种水平的能耗，没有人考虑如此小的雷达芯片对信号的影响。

杰米利恩(Jaime Lien)是Soli首席研究员，她的工作是对融合到芯片中的机器学习算法进行优化。她首先意识到把雷达提供的空间信号转化为能在计算机上处理的时间信号的意义。没有什么比如此小的芯片遭遇的噪声问题更棘手了，她的算法必须在众多噪声中找出需要的信号。对信号进行聚束是不可能的，通过芯片的每个信号都必须被捕获。换句话说，这是一项很复杂的任务。

与电子工艺相比，决定识别出用户手势后电子设备作出何种反应的机器学习算法就相对简单了，但它也绝对不是小儿科。对于配置触摸屏的设备，屏幕上会显示按钮和滑动条；对于有实体开关的设备，用户在拨动开关时能感觉到刻度。但是，如果什么也没有，如何引导用户进行操作呢？

波普利夫表示，“万物都有自己的界面？每个开关、智能洒水器或杯子都有自己的界面？这会引发混乱。”Soli的目标之一是开发一种既容易掌握、又足够灵活能控制许多功能的通用设计语言。

Soli首席机械工程师尼克吉利安(Nick Gillian)介绍了团队已经敲定的基本手势。手势分为远处和近处两大类，在远处，用户可以使用的手势不多(用户可以挥舞手臂，与微软Kinect体感控制器相似)；用户靠近设备后，Soli能识别更细微的动作。因此，它能识别的第一个动作很简单：接近。用户把手靠近智能手表，显示屏会点亮，显示信息，用户就知道自己能用更细微的动作控制它了。

波普列夫表示，Soli的“设计语言借鉴了实体控制”。这些控制是捻(拇指在食指上捻，就像捻牙签玩一样)、响指(拇指拍打食指)、搓(拇指沿着食指滑动)。

Soli控制手势的优势是能提供两个级别的反馈：除能看到屏幕对手势的反应外，还能感觉到手指的动作。这听起来有些荒谬，但手指能相互触摸到也是一种“有形”的操作。

但为什么要如此麻烦呢？波普列夫表示，“简单地说，整个屏幕可以用来显示内容。”如果能在空中通过手指动作控制设备，设备屏幕就无需再显示各种按钮了。波普列夫说，“目前的设备浪费了宝贵的屏幕显示面积，这些屏幕本来可以用于显示有用的内容。”对于像智能手表这么小的显示屏，这样的设计非常有意义。团队在考虑用户界面时“可以只考虑显示内容，无需考虑用手操作”。

波普列夫的愿景更大：随着计算机越来越小，它们最终会无所不在。当这样的时代到来时，人们需要与它们交互的方式。语音被认为是一种有效的计算机操作方式，但为什么不使用手来操作呢？波普列夫说，“

在人类发展过程中，手逐步成为与世界交互的主要方式。开始时我们必须借助额外的传感器、按钮和触摸屏，因为我们不能直接操作数字内容。”

Soli和Jacquard的目标是让人们适应计算机无所不在的未来。未来可能意味着许许多多的显示屏和扬声器，也可能会更加自然，用户触摸自己的衣袖就可以开始播放音乐，通过语音命令完成互联网搜索，打个响指就能启动软件。

波普列夫说，“人们将回归自然，数字世界将成为实际生活的一部分。”但这是一个令人兴奋的梦想，人通常会从梦中醒来，回到真实的世界。为了实现自己的梦想，波普列夫决定做点什么，他和他的团队首先瞄上了智能手表。

首款Soli原型是LG Watch Urbane和JBL音箱，这两款产品近期内都不会上市销售。扬声器是靠空气振动发声的，因此要在其中集成一款能探测毫米级别运动的芯片，会有一些难题需要解决；智能手表仍然存在电源和交互问题需要解决。

但ATAP的目的不仅仅是证明这类产品在理论上的可能性，它与LG、高通、JBL等公司进行了合作，并向这些公司证明它们可以在市场上推出产品。

杜坎负责ATAP时，她的要求是，每个团队必须在2年内开发出“能可靠地演示的产品”。尽管Soli已经开发了2年时间，目前仍然在开发中。波普列夫表示，他认为Soli已经达到了能可靠地演示的水平。该项目开发出了芯片以及能在芯片上运行的软件，开发出了可以用于许多设备的设计语言。

目前Soli的目标是与消费产品公司合作，把所有这些技术打造成能上市销售的产品。这完全不同于以往的ATAP方式，但波普列夫表示，“我们对于把这一技术转化成商品是认真的”。 Soli团队需要证明，未来2年它能取得与过去2年同样大的进展。(原作者：Dieter Bohn 编译：文心)