人機界面通常是面向觸覺的界面。甚至在電力出現之前，杠桿、電纜、桿和良好的老式手和手臂力量就需要進行采礦、冶煉、鑄造、研磨、拋光和其他操作。隨著電力的出現，在許多情況下，這些操作變得像開關或按鈕一樣簡單。

現代用戶界面使用按鈕、開關、觸摸面板，甚至語音來訪問和控制設備。語音識別已為許多非接觸式應用取得了巨大進展。但致病性偏執狂的現代世界正在促使機器制造商重新思考人與機器的互動方式，尤其是在公共場所。

公共場所總是對機器界面提出獨特的挑戰。以某種方式、形狀或形式觸摸簡單的地鐵旋轉門或欄桿和欄桿。自動門在某些地方解決了這個問題，但需要更復雜用戶界面的復雜機器尤其具有挑戰性。例如，大多數 ATM 界面使用鍵盤或觸摸屏來輸入 PIN 或密碼。兩者都是不會自我消毒的表面。也沒有人過來用棉簽或酒精擦拭它們。

非接觸式技術為機器和人類提供了一種全新且安全的交互方式，而不會傳播病原體。在這里，我們探討設計人員如何為機器界面集成非接觸式技術。

一張圖片抵得上 1000 行代碼

視頻正在成為個人和網絡系統安全公共交互界面的重要組成部分。使用面部識別的智能手機可以鎖定和解鎖這些手持設備（圖 1）。面部識別軟件通過龐大的全球可訪問視頻源網絡實時工作。它是執法部門和國際安全團體可以使用的眾多個人遠程跟蹤技術之一。

3-D 相機為將非接觸式技術應用到用戶界面提供了另一種選擇。多年來，3-D 相機取得了重大改進。這兩種類型——魚眼，如 Samsung Gear 360 設備，以及空間距離立體的 Microsoft Kinect——都展示了令人印象深刻的能力。游戲玩家和程序員使用較舊的平面技術，例如 Xbox 1（2001 年左右推出），來創建令人印象深刻的身體運動跟蹤和測量。

這項技術可以識別對比度確定的邊界，確定質心以創建骨架線框，并一次跟蹤多個人——這在當時是一項令人印象深刻但未得到充分利用的技術。但通常是游戲世界推動了處理能力、圖形速度和分辨率的極限。

現代 Kinect 2 傳感器技術使用飛行時間 (ToF) 測量技術，其中每個視頻點的 3-D 深度通過監測 LED 或激光的反射時間來確定。得益于更高分辨率的高清視頻，今天更令人印象深刻。視頻可以通過監測面部、頸部或前額的血管擴張和收縮來測量心率。

所有這些技術的核心是識別手勢和動作的能力。這項技術在很大程度上是非接觸式的。您可以與手持設備交互，但永遠不必觸及機器的核心。

觸覺是如何發生的

非接觸式界面必須牢記實際考慮因素。例如，我們不能指望人們在門口跳舞才能進入。全身手勢本身并不是與手持或固定機器安全交互的理想方式。但是，在近距離結合顯示技術和觸覺反饋，手勢可以提供一種非接觸式安全方式來輸入數據或射擊虛擬壞人（圖 2）。必須集成三種技術才能實現這一目標。

第一個是近距離工作的精密 3-D 手勢技術。

第二個是單個用戶視圖屏幕，允許用戶選擇和操作更高級別的功能。

第三個是觸覺反饋系統，允許操作員驗證操作。

這些技術正在融合并在今天可用。如果您在病原體敏感人群的新常態中面臨如何設計下一代公共機器用戶界面的困境，Ultraleap是一家值得考慮的技術公司。

Ultraleap 是兩家公司和技術的結合。Leap Motion 和 Ultrahaptics 于 2019 年聯手將精確跟蹤與觸覺反饋相結合。用于手部追蹤的多功能傳感器運動控制器模塊是一個小型（13 毫米 x 80 毫米 x 30 毫米）專用的基于攝像頭的手部追蹤表面安裝模塊，具有 120?-x-150? 的追蹤范圍，可延伸至 24 英寸遠。該軟件已經可以檢測到 27 種不同的手部位置、動作和元素，包括骨骼和關節的位置。

將其與基于超聲波的 Stratos Inspire 觸覺反饋系統相結合，您將真正感受到您的動作。一組超聲波發射器在不同的時間被觸發以產生一個超聲波波陣面，其疊加的波形可以被感覺到。

Stratos Inspire和Stratos Explore的開發套件現已上市，您可以開始開發。Ultraleap 還提供用于手部跟蹤的開發套件。

圖 3：在特定時間觸發的超聲波疊加干涉并產生觸感或物理反饋力。聲懸浮的小型版本。（來源：超躍）

將這些技術結合起來，可以為機器和人類提供一種新的、安全的交互方式，而不會傳播病原體。它還是與虛擬現實和增強現實相結合以實現本地和遠程機器控制和游戲的主要技術。該公司還提供了一個VR 開發者支架，并有一段很酷的視頻展示了它如何用于游戲和其他有趣的應用程序。

結論

在現代世界，對傳播病原體的恐懼迫使機器制造商重新思考人類與機器互動的有效方式。將非接觸式技術（例如面部和手勢識別、運動檢測和跟蹤以及熱反饋）集成到機器界面中，為人類與機器交互提供了一種有效的方法

完成電氣工程學業后，Jon Gabay 曾在國防、商業、工業、消費者、能源和醫療公司擔任設計工程師、固件編碼員、系統設計師、研究科學家和產品開發人員。作為一名替代能源研究人員和發明家，他從創立并經營 Dedicated Devices Corp. 到 2004 年一直從事自動化技術工作。從那時起，他一直在為下一代工程師進行研發、撰寫文章和開發技術和學生。

審核編輯黃宇