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创新塑料配件以声波控制智能手机

美国卡内基梅隆大学(CMU)人机互动研究所(HCI) 携手Disney Research展开一项“声学仪器”(Acoustrument)合作计划,研究人员们利用低成本的3D列印塑料元件取代复杂的类比电子电路,为智慧型手机打造出以声学驱动的多款创新外挂配件,如扩充埠以及其他有趣的扩充装置。
针对所谓的“应用程式”(App)玩具或以智慧型手机App驱动的玩 具周边市场,目前正历经蓬勃的发展态势。事实上,这是成长最快速的技术领域之一,根据MarketWatch.com预期,这一市场将在2015年及其后 带来数十亿美元的销售规模,并紧密联系两个数十亿美元规模的玩具与行动App产业。

如今,即使是最不起眼的智慧型手机扩充元件也搭载了电子电路与控制旋钮,用于启动电路以及传送控制讯号至与其对接的手机。但根据卡内基梅隆大学博士候选人 Gierad Laput表示,这些配件其实可以利用更简单便宜的方式制造出来,不一定要搭载电子电路,就能实现同样的功能效果。 Gierad Laput目前正在该校人机互动研究所展开一项新型介面的调查研究。

如同大多数的App玩具,Laput看上的是智慧型手机的运算能力以及丰富的显示介面,可用于进行大部份的工作,而他实际打造的使用者介面扩展功能则内建于一些旋钮、滑杆或其他任何线性感测器等无任何电子电路的装置外形中。

Laput利用智慧型手机的扬声器作为超音波的类比讯号来源,并以能够被动地与声波互动的低廉塑料结构作为使用者介面。

手机的麦克风接收经调变的超音波,并将这些变化解读为用户输入。目前,研究人员们在16.50-22.05kHz中利用100ms的线性扫描,但在一篇名为 《声学仪器:为手持式装置实现被动、声学驱动的互动控制》(Acoustruments: Passive, Acoustically-Driven, Interactive Controls for Handheld Devices)的论文中,他指出,为了提高解析度,随着手持装置的取样率越来越高,扫描速率与频率范围也应该大幅增加。

“声学仪器”这个字源于声学(acoustic)与仪器(instrument)的结合,是指可附加在智慧型手机周围的小型仪器扩充元件,以类似于音乐家演奏管乐产生共鸣(共振腔)的方式(按压孔塞或笛孔)调变声波。

 

在这篇文章中,研究人员描述如何设计出一些可沿着“扬声器—麦克风”路径放置的结构元素,从而改变声学输出特性。这一过程塑造出各种不同的实体机制,包括小 型管径、可变形共振腔、提供多种选择音讯路径的旋钮,以及更实际的将这些机制全部转换成各种不同的功能,例如旋钮、滑杆、近接与压力感测器、旋转编码器或 甚至是倾斜感测器。


透过改变声学输出特性方式可实现旋钮、滑杆、近接与压力感测器、旋转编码器或倾斜感测器等功能。

这可为低廉的塑料无电子App玩具扩展许多新应用范围,使其得以提供更丰富、有形且互动的功能。根据实验显示,这种声学仪器能够达到99%的准确度,不但只需要一点点的练习或训练即可,而且它又十分抗杂讯。

为了证实这个概念,研究人员们还制作出一个采用软质气道打造的iPhone手机外壳,能够辨识装置本身被放置在桌上、手中或是用于拍照等位置或状态。

研究人员们还建构了一个有趣的闹钟,能够透过开关启动闹铃,以及在按压较大按钮时启动贪睡功能。此外,研究人员还为另一款有趣的应用开发出可附加在手机上的玩具车,当车轮开始转动时立即驱动一场赛车游戏。