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創新塑料配件以聲波控制智慧型手機

上網時間: 2015年05月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:聲學儀器  3D列印  Acoustrument  超音波  感測器 

美國卡內基梅隆大學(CMU)人機互動研究所(HCI) 攜手Disney Research展開一項「聲學儀器」(Acoustrument)合作計劃,研究人員們利用低成本的3D列印塑料元件取代複雜的類比電子電路,為智慧型手機打造出以聲學驅動的多款創新外掛配件,如擴充埠以及其他有趣的擴充裝置。

針對所謂的「應用程式」(App)玩具或以智慧型手機App驅動的玩具週邊市場,目前正歷經蓬勃的發展態勢。事實上,這是成長最快速的技術領域之一,根據MarketWatch.com預期,這一市場將在2015年及其後帶來數十億美元的銷售規模,並緊密聯繫兩個數十億美元規模的玩具與行動App產業。

如今,即使是最不起眼的智慧型手機擴充元件也搭載了電子電路與控制旋鈕,用於啟動電路以及傳送控制訊號至與其對接的手機。但根據卡內基梅隆大學博士候選人Gierad Laput表示,這些配件其實可以利用更簡單便宜的方式製造出來,不一定要搭載電子電路,就能實現同樣的功能效果。 Gierad Laput目前正在該校人機互動研究所展開一項新型介面的調查研究。

如同大多數的App玩具,Laput看上的是智慧型手機的運算能力以及豐富的顯示介面,可用於進行大部份的工作,而他實際打造的使用者介面擴展功能則內建於一些旋鈕、滑桿或其他任何線性感測器等無任何電子電路的裝置外形中。

Laput利用智慧型手機的揚聲器作為超音波的類比訊號來源,並以能夠被動地與聲波互動的低廉塑料結構作為使用者介面。

手機的麥克風接收經調變的超音波,並將這些變化解讀為用戶輸入。目前,研究人員們在16.50-22.05kHz中利用100ms的線性掃描,但在一篇名為《聲學儀器:為手持式裝置實現被動、聲學驅動的互動控制》(Acoustruments: Passive, Acoustically-Driven, Interactive Controls for Handheld Devices)的論文中,他指出,為了提高解析度,隨著手持裝置的取樣率越來越高,掃描速率與頻率範圍也應該大幅增加。

「聲學儀器」這個字源於聲學(acoustic)與儀器(instrument)的結合,是指可附加在智慧型手機周圍的小型儀器擴充元件,以類似於音樂家演奏管樂產生共鳴(共振腔)的方式(按壓孔塞或笛孔)調變聲波。

在這篇文章中,研究人員描述如何設計出一些可沿著「揚聲器—麥克風」路徑放置的結構元素,從而改變聲學輸出特性。這一過程塑造出各種不同的實體機制,包括小型管徑、可變形共振腔、提供多種選擇音訊路徑的旋鈕,以及更實際的將這些機制全部轉換成各種不同的功能,例如旋鈕、滑桿、近接與壓力感測器、旋轉編碼器或甚至是傾斜感測器。


透過改變聲學輸出特性方式可實現旋鈕、滑桿、近接與壓力感測器、旋轉編碼器或傾斜感測器等功能。

這可為低廉的塑料無電子App玩具擴展許多新應用範圍,使其得以提供更豐富、有形且互動的功能。根據實驗顯示,這種聲學儀器能夠達到99%的準確度,不但只需要一點點的練習或訓練即可,而且它又十分抗雜訊。

為了證實這個概念,研究人員們還製作出一個採用軟質氣道打造的iPhone手機外殼,能夠辨識裝置本身被放置在桌上、手中或是用於拍照等位置或狀態。

研究人員們還建構了一個有趣的鬧鐘,能夠透過開關啟動鬧鈴,以及在按壓較大按鈕時啟動貪睡功能。此外,研究人員還為另一款有趣的應用開發出可附加在手機上的玩具車,當車輪開始轉動時立即驅動一場賽車遊戲。

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編譯:Susan Hong

(參考原文:Ultrasounds and Plastic in Place of Complex Electronics,by R. Colin Johnson)





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