人工智能的一大場景是人機(jī)交互。隨著近十年來半導(dǎo)體技術(shù)的不斷突破，人機(jī)交互的概念逐漸從狹義走向廣義，由一開始的HCI(Human-Computer-Interface)悄然轉(zhuǎn)變成了HMI(Human-Machine-Interface)。顯然，依賴單一的鍵盤等輸入方式已無法適用愈發(fā)智能化的應(yīng)用場景，更高效率的傳感技術(shù)迎來了市場需求的春天，這從2017年智能音箱市場的全面爆發(fā)中可見一斑。智能語音助手的百花齊放，在很大程度上激勵了消費者對全新人機(jī)交互方式的需求。于是有人不禁問道，下一波創(chuàng)新交互方式是什么？

“人機(jī)交互就是人與機(jī)器之間的互動，這一過程中需要大量的傳感器。英飛凌擁有廣博的傳感器產(chǎn)品組合，如毫米波雷達(dá)、硅基麥克風(fēng)、壓力傳感器、環(huán)境傳感器等，這些都可用于檢測外在環(huán)境的反應(yīng)。這個部分在人機(jī)交互中屬于非常重要的一環(huán)。”英飛凌電源管理及多元化市場事業(yè)部大中華區(qū)——射頻及傳感器部門總監(jiān)麥正奇在不久前落下帷幕的第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會上說道。

圖1：英飛凌麥正奇講述毫米波雷達(dá)探索人機(jī)交互新可能

作為業(yè)界領(lǐng)先的傳感技術(shù)大廠，英飛凌在雷達(dá)應(yīng)用上擁有超過十年的技術(shù)研發(fā)積累與行業(yè)市場經(jīng)驗，在24GHz與77GHz汽車?yán)走_(dá)芯片的市場份額占據(jù)全球第一。基于這樣的技術(shù)與市場優(yōu)勢，英飛凌正積極推動毫米波雷達(dá)技術(shù)在工業(yè)級與消費級人機(jī)交互場景的創(chuàng)新應(yīng)用，進(jìn)一步探索AI產(chǎn)業(yè)潮流下的人機(jī)交互新可能。

借24GHz雷達(dá)之力，英飛凌助力多元化智能應(yīng)用場景落地

目前，毫米波應(yīng)用的兩大主軸是數(shù)據(jù)傳輸與雷達(dá)探測。換言之，則是5G與人機(jī)交互，這為毫米波應(yīng)用的大熱奠定了基礎(chǔ)。誠然，毫米波在雷達(dá)探測的應(yīng)用最早在汽車領(lǐng)域爆發(fā)。根據(jù)第三方調(diào)研數(shù)據(jù)，2017年全球市場24GHz雷達(dá)傳感器在BSD(盲點偵測)應(yīng)用上的出貨量達(dá)到2.18億顆，并將持續(xù)增長，在2020年之后出現(xiàn)黃金期。麥正奇強調(diào)：“這個在汽車工業(yè)應(yīng)用的市場數(shù)據(jù)僅僅是24GHz雷達(dá)的冰山一角。在英飛凌看來，包括24GHz在內(nèi)的毫米波雷達(dá)在不斷涌現(xiàn)的新興應(yīng)用上將迎來出貨量大增的機(jī)遇。無論是工業(yè)還是消費領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)在廣泛的智能應(yīng)用場景下，擁有著廣闊的想象空間。”

圖2：全球24GHz雷達(dá)在BSD應(yīng)用的需求趨勢

雷達(dá)的定義最初就是無線電探測和測距(Radio Detection And Ranging)的英文首字母縮寫，這天生賦予了雷達(dá)探測的使命。據(jù)麥正奇介紹，典型雷達(dá)傳感器可輸出的數(shù)據(jù)包括速度(從多普勒頻移公式計算出)、范圍/目標(biāo)距離(根據(jù)電磁波測得值計算出)、角度/目標(biāo)方向(根據(jù)天線相位差計算出)以及目標(biāo)位置(根據(jù)FMCW調(diào)頻連續(xù)波計算出)等。同時，由于不同工作頻率的雷達(dá)存在天然的特性差異，每個頻段的雷達(dá)在天線外形尺寸、應(yīng)用范圍、波長、穿透墻壁能力等方面也需要進(jìn)行綜合的考慮，才能被量產(chǎn)使用。

“頻率越高，波長越短。波長越短，分辨率/準(zhǔn)確度越高。24GHz雷達(dá)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，探測距離最短可達(dá)到0.6~1m，且分辨率滿足了工業(yè)自動化、安防、智能家居等領(lǐng)域的需求。因此在這一類場景中，借助英飛凌24GHz雷達(dá)、并配合特定的軟件算法來實現(xiàn)空間和運動感測，能夠打造用戶體驗一流的高性價比解決方案。”麥正奇指出。

英飛凌24GHz雷達(dá)方案可實現(xiàn)物體/人員存在檢測、計數(shù)和追蹤、位置和密度圖，以及速度和距離測量、防撞，甚至生命體征感測等強大功能，其天線設(shè)計十分靈活，通過配置，最遠(yuǎn)測量距離長達(dá)100m、最大范圍FoV達(dá)到100°，并可以檢測出靜止不動的人。這使得英飛凌24GHz雷達(dá)在室內(nèi)外智能照明、安防監(jiān)控、智能開門裝置、無人機(jī)、智能家電等應(yīng)用中大放異彩！

圖3：借助英飛凌24GHz雷達(dá)實現(xiàn)多元化場景下的空間和運動感測

英飛凌60GHz雷達(dá)新突破，創(chuàng)造隔空手勢識別的無限可能

據(jù)麥正奇介紹，除24GHz雷達(dá)，60GHz雷達(dá)芯片的研發(fā)投入也是英飛凌毫米波雷達(dá)產(chǎn)品線發(fā)展的重點。由于頻段較為接近的原因，60GHz雷達(dá)同樣也可用于空間和運動感測，如物體/人員存在檢測、速度和距離測量等，通過天線的特殊設(shè)計，測量距離可以達(dá)到10m以上。但60GHz雷達(dá)頻率更高、波長更短，準(zhǔn)確度更高，加上對光、灰塵或潮濕不敏感的特性，因此對比24GHz雷達(dá)也有一些特殊的應(yīng)用，比如物體和材料分類，以及可附加在智能手機(jī)、平板、可穿戴設(shè)備、家電等3C產(chǎn)品上的人機(jī)交互功能——科幻感十足的隔空手勢識別。

圖4：借助英飛凌60GHz雷達(dá)實現(xiàn)手勢識別等人機(jī)交互的創(chuàng)新方式

這都源于60GHz雷達(dá)的其中一個關(guān)鍵特性——擁有高達(dá)7GHz的帶寬。事實上，這個7GHz的帶寬能夠?qū)崿F(xiàn)亞微米級別的分辨率，因此賦予了英飛凌60GHz雷達(dá)更精準(zhǔn)的“捕捉”能力。無論是物體的移動或者手勢的變化，都能實現(xiàn)更細(xì)節(jié)化的探測。英飛凌60GHz雷達(dá)使用的波長較短、天線易于集成在封裝內(nèi)，在非接觸手勢控制的應(yīng)用上，特別適合小屏幕或遠(yuǎn)程屏幕的控制，比如可穿戴設(shè)備的手勢控制，或者是音頻系統(tǒng)、智能音箱等熱門應(yīng)用，也有望革命性地取代家用電器的遙控裝置。例如，若你是《頭號玩家》的粉絲，你甚至可以將英飛凌60GHz雷達(dá)嵌入到VR游戲設(shè)備中，打造實時的游戲情景交互，帶來前所未有的沉浸體驗。

圖5：合作伙伴XMOS基于英飛凌60GHz雷達(dá)與MEMS麥克風(fēng)打造的位置監(jiān)測與語音交互系統(tǒng)

此外，英飛凌60GHz雷達(dá)的手勢識別應(yīng)用已不僅僅局限于元件本身，在方案層面更是與Google展開了長期的深度合作。“Project Soli”是英飛凌攜手Google開發(fā)的基于60GHz雷達(dá)感測IC的創(chuàng)新手勢識別解決方案，專門面向ICT產(chǎn)業(yè)熱門的可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字座艙等領(lǐng)域。“早在2015年Google I/O開發(fā)者大會上，Project Soli的首次亮相即驚艷了業(yè)界。通過進(jìn)一步優(yōu)化第二代微波天線集成雷達(dá)手勢識別傳感器IC，英飛凌的元件和系統(tǒng)級解決方案在基于毫米波雷達(dá)的傳感器IC市場上已經(jīng)具備了公認(rèn)的領(lǐng)先優(yōu)勢！”麥正奇充滿自信地說道。

圖6：英飛凌與Google合作開發(fā)基于60GHz雷達(dá)的手勢識別方案——Project Soli

更多傳感器產(chǎn)品全線開花，英飛凌瞄準(zhǔn)人機(jī)交互的市場新機(jī)遇

值得一提的是，在人機(jī)交互領(lǐng)域的布局上，英飛凌不僅擁有24GHz、60GHz、77GHz等毫米波雷達(dá)產(chǎn)品，其廣泛的傳感器產(chǎn)品線更囊括MEMS麥克風(fēng)、壓力、光學(xué)、氣體等傳感器類別。麥正奇表示，這四類是英飛凌當(dāng)前傳感器產(chǎn)品的主要研發(fā)方向，并已經(jīng)聯(lián)手合作伙伴開發(fā)人機(jī)交互的各類創(chuàng)新應(yīng)用。

圖7：英飛凌出類拔萃的傳感器產(chǎn)品正全面應(yīng)用到人機(jī)交互的各個場景

英飛凌眾多傳感器產(chǎn)品在參數(shù)特性上一直處于業(yè)界領(lǐng)先的水平，如MEMS麥克風(fēng)擁有超寬的動態(tài)范圍、69dB的高信噪比以及高達(dá)135dBSPL的聲學(xué)過載點；壓力傳感器的精度達(dá)到0.5Pa（+/-5cm）,擁有在較大壓力和溫度范圍內(nèi)仍可實現(xiàn)高精準(zhǔn)度的耐久性等。“這些優(yōu)秀的產(chǎn)品特性，正是英飛凌傳感器產(chǎn)品備受客戶青睞的原因。”

麥正奇最后講到：“在未來，英飛凌將持續(xù)不斷地修煉毫米波雷達(dá)以及傳感器‘內(nèi)功’，以傳感技術(shù)為點、以產(chǎn)業(yè)生態(tài)為面，與更多業(yè)界的先進(jìn)廠商、用更多不同的先進(jìn)想法，去開發(fā)人機(jī)交互、工業(yè)4.0、智能制造、智慧醫(yī)療等不同領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，全面探索人工智能產(chǎn)業(yè)的嶄新未來！”