表面声波传感器使衣服和台面成为触摸界面

一项新的研究发现，在微型麦克风的帮助下，从厨房台面到夹克袖子等日常表面都可以变成触控板，这些麦克风可以拾取穿过表面传播的声波。

长期以来，科学家们一直在探索使用声学传感器来检测触摸产生的振动，作为触摸屏的更简单替代方案。然而，加速度计、传统麦克风和接触式麦克风等声学传感器通常仅限于低带宽，限制了它们的潜在应用。

因此，由密歇根大学安娜堡分校计算机科学家Alanson Sample领导的研究人员没有依赖于在太空中快速传播的传统声波，而是利用每当物体接触固体物体时在其表面产生波纹的声波进行了探索。长期以来，移动电话和其他设备一直依赖表面声波（SAW）来帮助操纵无线电信号。

科学家们对语音拾取单元（VPU）进行了实验，这种声学传感器最初是为耳塞设计的，用于捕捉从声带传播到内耳的声波，让佩戴它们的人能够在拥挤、嘈杂的环境中说话并被清晰地听到。这些传感器是密封的，有助于它们拒绝通过空气传播的声波，同时通过接触捕获SAW。

这些2.65x3.5毫米语音拾取单的关键组件是使用与MEMS相同的方法制造的。Sample表示，这使语音拾取单具有比传统接触式麦克风更宽的感应范围。

Sample指出，结果是一个非常宽的20赫兹到20千赫频带的声学接触式麦克风。他说，与之前的小工具相比，结合研究团队定制的信号处理和机器学习管道，新系统可以从一组更丰富的触摸事件、手势和物体中感知和识别SAW，在连续表面上的任何地方，都不会受到背景噪声的干扰。

Sample说：“总而言之，名为SAWsense的新系统允许我们在几乎任何物体或设备上创建输入界面，并检测桌子和地板等表面上的各种活动。一个优点是，产品设计师只需要在一个物体上添加一个传感器，而不需要添加多个按钮或触摸传感器。”

科学家们尝试在各种表面和物体上添加手势界面。例如，在桌子等传统平面上，SAWSense可以识别触控板式的手势，例如点击和滑动。借助第二个VPU传感器，它还可以检测这些手势的方向。“我们将VPU传感器添加到笔记本电脑的脚部，有效地在桌面上创建了一个虚拟触控板，使用户能够浏览Web和PDF，”Sample说。

研究人员使用SAWsense将触摸界面添加到更不寻常的几何形状中，例如在玩具龙上轻拍头部和摩擦腹部。它们还可以增强夹克袖子等织物，表明SAW不限于刚性表面。

此外，科学家们还调查了SAWsense除了在表面上识别手势外，还能帮助识别哪些活动。Sample说：“例如，我们分析了常见的膳食准备任务，如切碎、搅拌、去皮、混合、混合、沸水，发现我们的系统可以很容易地在表面的任何地方检测到这些事件。”。总而言之，它可以识别16种不同的烹饪相关任务。

在所有这些示例中，SAWsense的准确度都超过97%。这种新的传感技术“将使产品设计人员能够在我们最喜欢的电子设备中创建成本更低、更有效的触摸界面，并通过让计算系统更好地了解用户的活动和需求来实现新的智能家居应用，”Sample说。

4月24日，科学家们在德国汉堡举行的ACM CHI计算系统人为因素会议上详细介绍了他们的发现。