超聲波用于人機交互，為觸控帶來二次革命

不久前，騰訊與華碩合作的游戲手機“ROG 游戲手機2騰訊定制版”上采用了超聲波觸控傳感器方案。為此，手機游戲玩家通過手指按壓邊框即可來控制游戲中的移動、攻擊等操作。這種觸控邊框技術的提供者是一家初創(chuàng)公司——顯通（Sentons）科技，采用了新型的超聲波傳感器技術。

照片：顯通科技 總裁兼CEO 李政揚

顯通科技總裁兼首席執(zhí)行官（CEO）李政揚指出：電容式觸摸屏在手機上的應用已長達12年之久，局限是觸控范圍沒有辦法突破屏幕本身。新的超聲波觸控可利用手機的邊框實現觸控。由于超聲波是一種波紋，可以通過金屬、塑料、玻璃、木頭等媒介傳導，也可以在柔性屏/柔性介質中傳輸，因此未來的理想狀況是所有設備的表面都可以是交互式的。

顯通公司的推進計劃是：2019年主攻游戲手機市場，2020年將進軍旗艦型手機市場。之后要進入更廣泛、更大量的手機應用市場。未來，計劃進入更多的應用領域，只要是需要人機交互的行業(yè)，顯通科技都愿意去嘗試，諸如車聯網、智聯家居等。

1  游戲手機的觸控按鍵特點

“ROG 游戲手機2騰訊定制版”中所采用的方案中有顯通定制的超聲波AirTriggers感應模塊，還有SurfaceWave處理器。AirTriggers是一組安裝在ROG手機內側邊緣的傳感器，共有6~8顆。這些傳感器將控制臺游戲手柄的肩部按鈕虛擬化，并提供額外的輸入以增強游戲中的交互性。

AirTriggers是軟件定義的，只需輕到5 g的壓力就能激活，同時也能避免觸碰手機導致的誤觸發(fā)。這種高敏感且有選擇性的控制可通過簡單的輕敲或輕掃來實現，最終提供更為深入和更具投入感的游戲體驗。

2 手機上的其他應用機會

過去12年，觸摸屏主宰了消費類電子設備的人機交互界面。不過遺憾的是，盡管手機一直在變化，人和手機之間的交互卻不能跟上這種變化。

首先，手機屏幕做得越來越大，這造成一個困擾——很難再用一只手去操控手機。

其次，進入5G時代之后，手機要能提供更好的體驗，游戲手機就是一個應運而生的新產品，相信游戲手機在5G時代會非常重要。但是游戲在手機上怎么掌控？因為兩個拇指在手機上過多地做各種操作，會影響玩家去看游戲內容，所以需要在手機上面有更多的操控方式，例如在屏幕之外的邊框。

第三是旗艦機型的要求。旗艦手機追求的是更完美、差異化的外觀設計，因為手機不僅僅是智能性的，而且現在變成了時尚的設備。因此要追求更美觀的外形，其中玻璃一體化的設計則是趨勢。但這樣按鍵就不能存在，如何解決這方面的問題？現有的觸控屏是采用電容式觸控技術，這種技術本身不能離開屏幕，無法擴展到邊框和背蓋，而且無法應用于金屬或塑料，難以兼容，所以觸控范圍無法突破屏幕本身。

顯通科技帶來可以讓手機上產生更多手勢操作的應用方式。例如其方案不僅能夠帶來邊框和背蓋的觸摸性操作，甚至在原有的正面觸摸屏上，也能夠帶來壓力的操作。因為超聲波的觸摸屏方案操作不只是X、Y軸的2D操作，甚至還可以有壓力，這樣可以帶來更豐富的人機交互體驗。

3 超聲波虛擬按鍵的應用場景

未來的按鍵本身不再是實體的按鍵，而是虛擬的按鍵。在非常小的區(qū)域，能夠實現既替代音量的兩個調節(jié)按鍵（如下圖）。

圖 超聲波虛擬按鍵的應用場景

還可變成可滑動操作的區(qū)域，可以通過軟件定義這個區(qū)域操作系統切換，方便用戶單手控制手機。

智能手機的另外一個重要功能是拍照。手機的拍照體驗希望更趨向于單反相機。眾所周知，單反相機使用時先按一半是對焦，再按一半才是拍照。未來手機也可以滑動對焦，先按下去一半對焦，再按一下才是拍照。

據悉，從2019年開始，中國的手機廠商、可穿戴設備廠商均表示出了對顯通科技觸控技術的興趣?？纱┐髌骷S商認為這一技術和手表可以有非常完美的匹配，因為按鍵會影響到手表的防水功能，如果使用顯通科技的產品，可取代按鍵以提高防水規(guī)格，因而在洗澡、游泳甚至潛水的情況下，都可以佩戴手表。

4 超聲波傳感的原理

顯通科技的核心技術是利用了超聲波。超聲波是一種波紋，它可以通過金屬、玻璃、木頭等媒介傳導。超聲波在發(fā)出去之后會有反彈，雖然人的耳朵聽不到，但是專業(yè)的接收裝置可以接收到超聲波的反彈。如果超聲波在行進的過程中有手指碰觸的話，就可以接收到這個變化，判斷在這個過程中什么東西發(fā)生了碰觸。

超聲波的工作原理：超聲波其實是聲波組成的一個圖案。一層層的波在表面擴散、反彈，如果有手指碰觸的話，就像在水紋當中的一個蜻蜓點水，它會引起漣漪反彈回來。接收裝置接收到會判斷它的準確位置。

顯通科技的方案允許在觸摸屏的表面?zhèn)蓽y多個觸點，波紋反射的復雜程度會提高，顯通科技會用特定的芯片來處理這些信號，讓用戶很容易感知到人機交互界面上發(fā)生的情況?？梢?，基于超聲波的信號處理技術是顯通科技的核心技術（如下圖）。

圖 顯通公司的超聲波傳感原理

經過市場和實踐的檢驗，顯通科技的超聲波傳感器容錯率大，穩(wěn)定性好。

5 超聲波觸控可否取代按鍵和觸控屏？

未來，按鍵被取消是發(fā)展方向，也有廠商開始這么做了。

目前觸摸屏的發(fā)展已經非常成熟，因此一段時間內，超聲波與之是互補的。觸摸屏可幫助解決X、Y軸上的操作，而超聲波解決方案還可以幫助解析屏幕上的壓力。實際上，顯通科技的壓力敏感度可以達到毫克級，但在實際手機應用上，根據人體工程學設定為5 g~5 kg的力度。目前，還沒有哪個競爭對手可以做到在這樣大的范疇內對壓力的判斷。

不過未來，觸摸屏做柔性屏成本很高，而超聲波可以在彎曲的表面上傳遞，所以顯通科技的超聲波方案也可以為柔性屏、彎曲介質提供很好的支持。

6 相比其他邊框觸控解決方案

廠家們一直都在嘗試和尋找不同的技術和解決方案，但目前來看沒有競爭對手可以與顯通科技的超聲波技術相比，因為他們都會遇到各種條件變化下的誤觸等明顯挑戰(zhàn)。

7 愿景

顯通科技的愿景是提供一個可以使用軟件定義開發(fā)的人機交互界面。目前人機交互主要靠鍵盤、鼠標等，未來需要更豐富多彩的交互方式，如車聯網、大尺寸屏幕等。