一項(xiàng)神奇的技術(shù)，一部即將發(fā)售的手機(jī)，谷歌公司的黑科技總會(huì)給我們帶來(lái)驚喜。
不知不覺(jué)間，七月便快過(guò)完了，炎熱的天氣里，心情很容易煩躁。谷歌公司似乎察覺(jué)到這點(diǎn)，特地在七月份的尾巴，給全球科技愛(ài)好者獻(xiàn)上一份“魔幻”大禮。今日早間，谷歌官方證實(shí)，今年的旗艦手機(jī) pixel 4 將整合微型 Soli 動(dòng)作感測(cè)雷達(dá)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)隔空操縱手機(jī)。
當(dāng)聽(tīng)到“隔空操縱”的時(shí)候，大家是不是首先會(huì)想起那些傳說(shuō)中的武林高手，或者是那些神秘莫測(cè)的魔術(shù)師，又或者是有著特異功能的超能力人士。谷歌作為一家世界聞名的科技公司，自然不會(huì)去折騰特異功能，這項(xiàng)名為 Soli 雷達(dá)技術(shù)的黑科技谷歌已深耕數(shù)年。它是一種專(zhuān)用的交互式傳感器，使用雷達(dá)對(duì)人手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)跟蹤。傳感器以極高的精度高速跟蹤亞毫米級(jí)運(yùn)動(dòng)，精確識(shí)別出用戶做出的動(dòng)作，再將其傳遞到手機(jī)芯片中，做出相應(yīng)的操作。
它是如何工作的？
關(guān)于手指運(yùn)動(dòng)識(shí)別技術(shù)，現(xiàn)在市面上已經(jīng)有了好幾種解決方案，LeapMotion 的紅外線投影與成像方案；微軟 Kinect 的深度感應(yīng)技術(shù)；uSense 的光學(xué)立體成像技術(shù)都曾名噪一時(shí)?？上?，由于條件的制約，這些方案都沒(méi)能真正與用戶見(jiàn)面，僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室層面。
與市面上的這些手指運(yùn)動(dòng)識(shí)別技術(shù)不同，Soli 使用的是毫米波雷達(dá)技術(shù)，它的工作原理與我們熟悉的雷達(dá)相同，首先向一個(gè)區(qū)域發(fā)射電磁波，再接收物體反射回來(lái)的電波，加以處理、計(jì)算和分析。當(dāng)然，與雷達(dá)類(lèi)似的工作原理，并不意味 Soli 需要大帶寬和高空間分辨率。事實(shí)上，Soli 基本傳感原理依賴(lài)于運(yùn)動(dòng)分辨率，通過(guò)隨時(shí)間提取接收信號(hào)的細(xì)微變化。通過(guò)處理這些時(shí)間信號(hào)變化，Soli 可以區(qū)分復(fù)雜的手指運(yùn)動(dòng)。
比如食指和拇指一張一合時(shí)，會(huì)模擬出按按鈕的動(dòng)作，而它們來(lái)回摩擦?xí)r ，會(huì)模擬出旋轉(zhuǎn)旋鈕的動(dòng)作，這些動(dòng)作都會(huì)干擾電波返回的時(shí)間和速度。在收集電波規(guī)律并加以分析和計(jì)算后，系統(tǒng)就能夠識(shí)別出特定的運(yùn)動(dòng)模式，進(jìn)而確定用戶所做的動(dòng)作，發(fā)出響應(yīng)控制指令。
關(guān)鍵阻礙
前文說(shuō)過(guò)，Soli 傳感器本質(zhì)上就是一款功能齊全的低功率雷達(dá)，工作在 60 GHz ISM 頻段。在傳統(tǒng)印象中，雷達(dá)都是又大又笨的大型設(shè)備。Soli 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為了將其小型化，付出的艱辛可想而知。
最早的 Soli 雷達(dá)有一部臺(tái)式機(jī)那么大，配備十幾個(gè)冷卻風(fēng)扇。一旦運(yùn)作起來(lái)，發(fā)熱量嚇?biāo)廊?，就連谷歌內(nèi)部安全人員都要求 Soli 團(tuán)隊(duì)在設(shè)備上貼“過(guò)熱警告”。這樣一個(gè)龐然大物，拎起來(lái)都十分費(fèi)力，想把它用到智能手機(jī)中簡(jiǎn)直癡心妄想。然而，再多的困難都難不倒 Soli 的研發(fā)人員，在 10 個(gè)月的時(shí)間里，Soli 團(tuán)隊(duì)將整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，將其縮小成一塊8mm x 10mm的芯片，上面集合了所有雷達(dá)天線和傳感器，包括 4 組 RX 天線陣列和 2 組 TX 天線陣列。
與最早的原型機(jī)相比，重新設(shè)計(jì)的 Soli 傳感器大大降低了雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和功耗，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了兩種調(diào)制架構(gòu)：頻率調(diào)制連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)和直接序列擴(kuò)頻（DSSS）雷達(dá)。兩種芯片都將整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)集成到封裝中，包括多個(gè)波束成形天線，可實(shí)現(xiàn) 3D 跟蹤和成像。
小型化問(wèn)題解決了，可頻段問(wèn)題隨之而來(lái)。Soli 雷達(dá)發(fā)射的是毫米波波束，60GHz 頻率對(duì)應(yīng) 5 毫米波長(zhǎng)，這樣它才能實(shí)現(xiàn)能量集中，方向性強(qiáng)，抗環(huán)境干擾。即使將 Soli 雷達(dá)封裝在手機(jī)內(nèi)部，也能輕易地穿過(guò)塑阻礙，捕捉毫米級(jí)別的手部動(dòng)作變化，同時(shí)保證回波強(qiáng)度。去年 3 月，谷歌向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（ FCC ）申請(qǐng)運(yùn)行在 57GHz 至 64GHZ 頻段的權(quán)限。
消息一出，各界嘩然，IEEE 802、CORF、CCIA 和 FARS 等通信機(jī)構(gòu)對(duì)谷歌的技術(shù)提出了異議，擔(dān)心超過(guò)一定強(qiáng)度的毫米波雷達(dá)會(huì)干擾同樣利用這個(gè)頻段的飛機(jī)設(shè)備、通信衛(wèi)星和 60GHz WiFi。硅谷科技巨頭臉書(shū)也提交了意見(jiàn)書(shū)，擔(dān)心谷歌的雷達(dá)傳感器會(huì)干擾它的 Terragraph 技術(shù)。
為了證明跨過(guò)這個(gè)阻礙，在長(zhǎng)達(dá)九個(gè)月時(shí)間里，谷歌提交了大量測(cè)試數(shù)據(jù)，證明 Soli 雷達(dá)不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。與此同時(shí)，谷歌還說(shuō)服臉書(shū)，與其就峰值 EIRP 等技術(shù)細(xì)節(jié)達(dá)成共識(shí)，保證 Soli 雷達(dá)參數(shù)控制在“合理范圍內(nèi)”，最終說(shuō)服 FCC 發(fā)放最高 13dBm 的 57－64GHz 頻段許可。
潛在應(yīng)用
克服兩大關(guān)鍵阻礙以后，Soli 雷達(dá)順理成章與大家見(jiàn)面了。谷歌發(fā)布的 Pixel 4 僅僅是 Soli 雷達(dá)眾多應(yīng)用中的一個(gè)，早在三年前，谷歌嘗試過(guò) Soli 雷達(dá)在智能手表和智能音箱上的應(yīng)用，嵌入 Soli 雷達(dá)芯片的 Wear OS 智能手表可以通過(guò)外部手勢(shì)來(lái)控制界面；在智能音箱幾十厘米外揮手，也可以發(fā)送開(kāi)始／停止播放的指令。
當(dāng)時(shí)，Soli 團(tuán)隊(duì)還沒(méi)能解決 I－Q 不平衡和多普勒鏡像偽差等問(wèn)題，因而智能手表和智能音箱上的演示僅僅用于宣傳。今天谷歌正式宣布 Pixel 4 搭載 Soli 雷達(dá)，可以說(shuō)是這項(xiàng)黑科技第一次與消費(fèi)者見(jiàn)面。
相比其他手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，Soli 雷達(dá)可以更加精確的捕獲微小的動(dòng)作，可以穿透較薄的物體，還不受室外光線影響，因而也擁有了最廣闊的應(yīng)用空間。據(jù)說(shuō)，有一個(gè)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在利用 Soli 設(shè)計(jì)全世界最小的小提琴，它能精確捕捉手指的每一點(diǎn)動(dòng)作然后映射到音符上。車(chē)內(nèi)手勢(shì)應(yīng)用也在緊張開(kāi)發(fā)中，不同于紅外光手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，Soli 可以完美解決不同光照環(huán)境下傳統(tǒng)技術(shù)不穩(wěn)定的問(wèn)題。此外，3D 密碼、3D 掃描與成像、材質(zhì)探測(cè)器都將成為 Soli 雷達(dá)的應(yīng)用方向。相信在不久的將來(lái)，我們會(huì)看到越來(lái)越多采用 Soli 雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用出現(xiàn)在我們身邊， Soli 雷達(dá)帶來(lái)的“魔術(shù)”或許真的能改變世界．．．