新冠已經永久改變了我們的世界，在我們開始迎接挑戰以面對新的現實生活時，許多領域會與之前完全不同。

一個需要考慮的具體領域是人機界面（HMI）。在過去十年左右時間里，從iPad到機床，觸控屏幕已越來越廣泛地用于用戶界面，它們直觀，靈活且信息豐富，使人們可以輕松地瀏覽復雜信息和選項。

隨著我們逐漸進入一個后疫情世界，一個越來越明顯的趨勢是，世界需要非接觸式HMI。用戶希望用自己的聲音或用手勢，甚至眼神就能控制共享或公用設備。新技術越來越多地借助復雜的人工智能（AI）來解釋用戶需求，并使之成為可能。

一個沒有接觸的世界

觸摸物體或表面可能會傳染新冠，因此觸摸任何公共HMI都可能帶來風險，包括門禁系統（access controls）、自助服務亭或送貨駕駛員的終端設備等等。

我們可以回顧一下在觸摸屏出現之前的場景，或許會找到哪些最佳替代方案。在某些情況下，這意味著要替換觸摸可以簡單地要求用戶再次回到與真實的人交談方式（例如在咖啡館下訂單），盡管這會增加業務運營成本。其他替代方法還包括讓人們使用智能手機（可能通過網站或可下載的應用程序），而不是共享的觸摸屏，但這種方法可能會令客戶不喜歡或難以使用。

科技公司Ultraleap最近進行了一些研究，以探討快餐店中遇到的這些問題。他們發現，與使用觸摸屏、移動應用程序或親自去柜臺的方式相比，更多參與者選擇非接觸式手勢識別作為他們點餐和付款的首選方案。除了新冠帶來的安全性問題之外，人們還強調便利性和簡單性是非接觸式界面的優勢。 Ultraleap的研究還發現，只有12％的人認為公共場所觸摸屏是安全衛生的。

許多因素會影響人機界面和最佳技術的選擇。例如，我們需要向用戶顯示多少信息？他們有多少選項？購買電影票是一項簡單的任務，幾乎沒有選擇，而其他互動則更加開放。我們還需要考慮HMI的應用場景：周圍嘈雜嗎？環境光照怎么樣？用戶在陌生人面前大聲說話是否會感到不舒服？

除了新冠，非接觸式用戶界面還有許多其他好處。例如，語音界面可以使消費類設備體積小巧，成本低廉，但仍能夠處理復雜的人機交互，例如向Alexa詢問復雜的信息。非接觸式用戶界面還可以改善技術在殘疾人群體中的普及度和應用。

非接觸式控制技術

既然觸摸屏當下已經如此流行，還會有哪些其他技術可以取代它們？

盡管埃隆·馬斯克（Elon Musk）可能會最終發現他的Neuralink機器對于大眾有深深的吸引力，但其未來還有一段路要走。目前，最好的選擇可能是使用某種基于攝像頭的系統用戶手勢或面部表情，或者基于AI的語音識別系統（例如Siri或Alexa），這些已經在越來越多設備中得到使用。

這些替代方案可以與LCD顯示面板或投影圖像（例如鍵盤或用戶界面）等一起獨立使用。

除了用戶的非接觸式輸入外，在提供非接觸式反饋方面同樣也出現了一些進展。例如，Ultraleap能夠使用超聲波技術來“投影”一個虛擬物體，而用戶則感覺好像真的存在一樣。這些“空中”覺察感知能夠駕駛員伸手操縱控件，而不必將視線移開路面去觀看觸屏，一些虛擬按鈕和開關可以有效地移動，并在移動過程中保持與駕駛員手協調一致。

非接觸式HMI應用實例

下面讓我們更詳細地探討其中一些技術，并回顧一下設計人員當前可以使用的技術。

Ultraleap是由Leap Motion和Ultrahaptics于2019年合并時成立，能夠提供快速、準確的手部跟蹤，具備接近于零的延遲和無與倫比的準確度。Ultraleap的跟蹤產品（例如Leap Motion Controller）使用紅外LED來照明用戶手，并由兩個攝像頭捕獲圖像。

這些圖像可由在標準筆記本電腦或臺式計算機上運行的Ultraleap軟件進行處理，生成手部動作的虛擬模型，然后由基于人工智能（AI）的“交互引擎”進行解釋。這樣可以識別各種手勢，例如滑動、按壓和捏緊等。 LCD屏幕能夠向用戶顯示與觸摸屏上相同的信息，其手勢在空中被識別并疊加在屏幕上。

圖1：非接觸式HMI可在熟悉的自助服務終端和屏幕上有效使用。（來源：Ultraleap）

Ultraleap進行了用戶研究，并了解人們如何使用非接觸式界面，以及如何最好地設計易于使用的系統。研究發現，用戶仍然傾向于 “輕按”空中按鈕，因此，不管用戶以何種速度進行操作，都需要確保軟件能夠識別此手勢。

為了使設計人員能夠快速起步并快速推進設計，Ultraleap可提供Ultrahaptics STRATOS?開發套件，其中包括用于檢測用戶手勢的Leap Motion模塊和用于創建人們可以感知到的空中觸覺效果超聲變換器（transducer）陣列。

萊迪思半導體（Lattice Semiconductor）的sensAI演示方案可提供手勢檢測的另一種選擇，該方案采用Lattice iCE40 UltraPlus FPGA在本地執行處理，能夠減少響應時間，降低功耗，并提高安全性。對于許多這樣的AI系統，可以在功能強大的計算機上預先開發大部分系統訓練和算法，而本地或邊緣處理器僅需要處理較為容易的推理。

Lattice sensAI演示方案是在Himax HM01B0 UPduino Shield（基于iCE40 UltraPlus FPGA的評估平臺）上運行，它還包括一個攝像頭和兩個麥克風，有助于AI系統的快速原型制作。

對于某些非接觸式控制系統，需要進行面部識別，通常用于用戶識別和注冊。用戶可能會擔心，這些能夠識別其面孔的公共或共享系統在進行交互時會存在隱私問題，但是可以通過在本地實施此過程，而不是通過互聯網或云端共享數據來完成，可以減少這種擔憂。

恩智浦（NXP）通過其EdgeReady機器視覺解決方案滿足這一需求，該解決方案基于其i.MX RT106F交叉（crossover）微控制器（MCU）。 EdgeReady能夠使開發人員快速、輕松地在其產品中添加面部識別功能，使緊湊并可投入生產的硬件模塊與在FreeRTOS上運行的集成軟件完美結合。

EdgeReady系統使用攝像頭模塊捕獲圖像，該模塊包含有圖像傳感器和RGB濾鏡，其中包括的軟件則處理常見的任務，例如圖像裁剪、面部檢測以及實際的面部識別等。

最后，讓我們看看設計師如何開啟使用語音識別和AI。雖然我們都已經習慣與手機和智能揚聲器通話，但是底層技術有時還是個謎。

圖2：Google語音工具包能夠提供DIY智能揚聲器項目所需的一切。（來源：Google AIY）

采用這種技術的一種絕佳方法是使用Google AIY語音套件， 這是一個可以DIY的智能揚聲器項目。該套件包括一個Raspberry Pi Zero WH，兩個麥克風和一個揚聲器，為設計師和創客提供設計入門和運行Google Assistant演示方案所需的全部功能。它可以檢測語音，并將其發送到在云端運行的Google Assistant，進而可以回答問題或提供語音轉文本功能。

歡迎來到非接觸的世界

在我們邁向后新冠時代時，很明顯，非接觸式界面將會扮演越來越重要的角色。具體來說，這種技術可以提供更安全、非接觸式體驗，以便減輕消費者對公共或共享觸摸屏衛生狀況存在的真正擔憂。除此之外，它們還有望在許多應用中提供全新、更直觀的控制界面。

支持這些新界面的技術包括尖端的AI、觸覺和手勢識別應用，但是設計工程師已經越來越多地可以通過評估模塊和預集成的套件來利用這些技術。

我們可能正處于用戶界面面臨重大改變的風口浪尖，現在是開始探索如何充分利用非接觸式界面及其帶來好處的最佳時機。