谷歌新技術：令人“腦洞大開”的隔空操作

　　通過空氣操作調整手表。 本版圖片來源：百度圖片

　　完全不需要接觸，只需在空氣中比劃幾個動作，你的智能終端就能完成你的操作指令。這并非一場魔術秀，而是科技現實。

　　完成這一創舉的是美國谷歌公司。雖然只靠兩個手指對空氣的揉搓就能調整時間，或者一個拇指的下壓就能按下確定鍵，聽起來確實有些不可思議。但是，谷歌做到了。

　　這個“奇跡”歸功于兩個微小的芯片。

　　其實是雷達

　　在這項名為Project Soli的項目中，研究團隊開發了兩種Soli芯片用來完成“隔空操作”。在日前舉行的谷歌2015網絡開發者大會上，研究團隊講解了兩種Soli芯片分別為脈沖雷達芯片和連續波雷達芯片，前者大小為9平方毫米，后者則為11平方毫米。

　　在大部分人的認知中，雷達似乎只用于偵察探測工作，多為軍用，它是如何實現手勢操作的呢？“所謂脈沖雷達和連續波雷達指的是從波形上區分的兩種雷達體制。” 電子工程學院電子工程系副教授陳章鑫告訴《中國科學報》記者。

　　在生活中，常見的脈沖波形有心電圖上高高低低的波形，“這些波形就可以理解為是一個一個的脈沖，只不過雷達發射的脈沖波形持續時間等有所不同。”陳章鑫解釋道，“脈沖雷達通過主動發射這樣的脈沖波形，主要用來測量目標相對于雷達天線的距離和方位，脈沖持續時間越短在距離上的分辨能力越精細，類似于尺子的刻度，刻度越精密，測量的精度越高。”

　　而連續波形則像湖中泛起的漣漪，波紋不斷地連續向外擴散。“雷達發射連續波波形的目的主要是用來測量目標相對于雷達的運動速度的大小和方向，利用的是‘多普勒效應’。”陳章鑫說。

　　“多普勒效應”在日常生活中很常見同時也容易被忽視。比如，聲音近大遠小的現象，這并不是聲音本身有變化，而是聲源發出的聲波像雷達發射連續波一樣，在按下的時候它的頻率近似于是恒定的。當聲源靠近時，一定數量的波形被“擠壓”在越來越短的距離里，使得聲波的波長變得越來越短，從而導致其頻率升高；當二者漸行漸遠時，同樣數量的波形被“拉伸”在越來越長的距離里，使得聲波的波長變得越來越長，從而導致其頻率下降。“‘多普勒效應’在表現上，大小與發射源和觀察者或者目標之間的相對運動速度的大小成正比，與波長的大小成反比；增大或者減小則與運動方向有關。”陳章鑫說。

　　具體到Soli芯片運作上，“同時利用脈沖波形和連續波波形，可以測量目標的位置和相對運動速度的大小和方向。”陳章鑫解釋說。例如，人們想做一個“單擊”的動作，一般就用一個手指頭向下做“點擊”的動作，識別系統在識別出一個手指后，并且該手指向下運動，就可以判別為“點擊”動作。也正是因為這一特性，目前的Soli只能識別四類特定的手勢：搓動、捏合、點按和滑動。

　　神奇的60GHz

　　雷達的類型確定后，谷歌團隊選擇讓其發射60GHz的毫米波。這個將來要被應用在5G上的無線電波，早已是世界多國競相研究的目標。“事實上，從30GHz~100GHz之間信號被稱為毫米波。其早期應用還是在于雷達、通信、航天和射電天文等領域。因為它需要的天線尺寸小，且可以提供更大的數據帶寬。因此60GHz可以得到高的角度分辨率和距離分辨率，有利于實現精細測量；另外，該段波長的信號的方向性好，因此朝不同方向發射的信號之間的干擾很小。”陳章鑫說，“它的缺點也很明顯，就是在大氣中傳播時衰減特別快，不適于長距離傳輸。”

　　然而正是這項缺點被谷歌“抓住”并成為毫米波的優勢。“因為在個人電子產品應用中，最不希望的就是不同電子產品之間互相干擾，一個手勢會被多個設備收到，造成誤操作。而毫米波的這種快速衰減特性完全避免了設備之間的干擾，同時由于其操作距離其實很短，又滿足了應用的需求。”陳章鑫告訴記者。

　　掙脫羈絆

　　如今可穿戴設備越來越小巧，然而在過小的屏幕上操作確實并不容易。Soli的出現顯然為解決這一問題提供了良好的方案。