SoundWave - công nghệ cảm biến nhận biết cử chỉ bằng sóng âm

Sử dụng SoundWave để điều khiển trò chơi xếp gạch.

Tinhte-Theo hiệu ứng vật lý Doppler, sự thay đổi về tần số và bước sóng của sóng âm, sóng điện từ hay các loại sóng nói chung xảy ra khi nguồn phát sóng chuyển động tương đối với người quan sát. Thật khó có thể nghĩ rằng hiện tượng này một ngày nào đó sẽ giúp chúng ta điều khiển máy tính. Thế nhưng, đây chính xác là những gì mà các nhà nghiên cứu đến từ Microsoft Research phát triển - một công nghệ điều khiển với tên gọi SoundWave.

Hình thức điều khiển bằng cử chỉ (gesture control) đang ngày một phổ biến và nó thậm chí còn được tích hợp vào cả TV. Trong khi các công nghệ cảm biến chuyển động như Kinect sử dụng các camera để cảm nhận và biên dịch chuyển động thì SoundWave lại sử dụng âm thanh, một số phần mềm đi kèm và hệ thống loa/microphone tích hợp trên laptop hoặc smartphone.

Desney Tan, một nhà nghiên cứu thuộc Microsoft Research và cũng là thành viên của nhóm phát triển SoundWave cho biết: công nghệ hiện đã có thể được sử dụng để nhận biết các cử chỉ đơn giản và trước tình hình các smartphone và laptop đang được trang bị nhiều loa/mic hơn thì công nghệ SoundWave có thể sẽ nhạy hơn. SoundWave - công nghệ được phát triển hợp tác giữa Microsoft Research và đại học Washington sẽ được công bố trong tuần này tại hội nghị ACM SIGCHI 2012 về Các yếu tố con người trong khoa học máy tính được tổ chức tại thành phố Austin, bang Texas, Hoa Kỳ.

Ý tưởng về SoundWave được hình thành vào mùa hè năm ngoái khi Tan cùng các công sự đang làm việc cho một dự án liên quan đến các bộ biến đổi siêu âm để tạo ra hiệu ứng phản hồi. Khi đó, một nhà nghiên cứu đã nhận ra sự thay đổi đáng ngạc nhiên của sóng âm khi anh xoay chuyển cơ thể. Sóng siêu âm được phát bởi các bộ biến đổi bắt đầu dội ra khỏi cơ thể của các nhà nghiên cứu. Chuyển động của chúng làm thay đổi âm sác của âm thanh thu được và ở cuối quy trình, các nhà nghiên cứu bắt đầu xem xét về hiện tượng.

Họ nhanh chóng xác định hiện tượng trên có thể hữu ích trong việc nghiên cứu cảm biến nhận biết cử chỉ. Và kể từ khi nhiều thiết bị điện tử bắt đầu được tích hợp thêm nhiều loa và mic, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm để xem xét khả năng sử dụng các cảm biến hiện có để phát hiện chuyển động. Tan cho biết hệ thống loa và mic tiêu chuẩn trên máy tính có thể hoạt động trong dải tần số siêu âm - trên tần số nghe thấy của tai người, và điều này có nghĩa để công nghệ SoundWave có thể hoạt động trên laptop hay smartphone của bạn, đơn giản chỉ cần cài thêm các phần mềm hỗ trợ SoundWave.

SoundWave có cách thức hoạt động khá giống radar. Radar sẽ phát đi một chùm xung vô tuyến có cường độ lớn và khi sóng gặp phải các vật thể đang chuyển động, chúng sẽ bị phản xạ lại đến các máy thu. Qua việc phân tích sự khác biệt giữa sóng phát đi và sóng phản xạ, radar có thể xác định vị trí, tốc độ hay thậm chí hình dạng của vật thể. Với SoundWave, các loa trên máy tính sẽ đóng vai trò là nguồn phát sóng và mic sẽ là bộ thu nhận. Loa sẽ phát ra một chuỗi âm thanh siêu âm có tần số từ 20 đến 22 kilohertz. Nếu không có thứ gì trong môi trường chuyển động bất ngờ, âm thanh do mic trên máy tính ghi nhận sẽ được giữ nguyên. Nhưng nếu có thứ gì đó di chuyển hướng về phía máy tính, âm thanh sẽ chuyển đổi sang một tần số cao hơn và ngược lại.

Điều này xảy ra trong những mô hình có thể đoán trước, vì vậy, các tần số có thể được phân tích để xác định độ lớn của vật thể, tốc độ di chuyển và hướng di chuyển. Dựa trên tất cả các dữ liệu vừa nêu, SoundWave có thể phỏng đoán cử chỉ.

Desney Tan cho biết độ chính xác của phần mềm có thể lên đến 90% và hầu như không có độ trễ khi người dùng thực hiện một động tác và máy tính phản hồi. Thêm vào đó, SoundWave có thể hoạt động ngay cả khi loa đang thực hiện một công việc khác, chẳng hạn như phát nhạc.

Cho đến hiện tại, nhóm nghiên cứu SoundWave đang bắt tay vào việc khiến phần mềm có thể hiểu được hàng loạt chuyển động, bao gồm cả cử chỉ vẫy tay lên/xuống, đưa tay ra trước/sau, uốn chân uốn tay, hay di chuyển cả cơ thể lại gần hoặc ra xa máy tính. Với những cử chỉ này, các nhà nghiên cứu đã có thể cuộn lên/xuống một trang web trên màn hình máy tính và thực hiện các thao tác điều hướng cơ bản. Ngoài ra, hành động tiến lại gần hoặc đi xa máy tính có thể được sử dụng để "đánh thức" hoặc đưa máy về tình trạng "ngủ" (sleep), Tan cho biết.

Chris Harrison - sinh viên đại học Carnegie Mellon và cũng là thành viên của dự án cho rằng việc giới hạn số lượng cử chỉ đối với hệ thống SoundWave là một điều cần thiết bởi người dùng sẽ cần phải ghi nhớ những cử chỉ này. Nhóm nghiên cứu SoundWave cũng sử dụng công nghệ đề điều khiển những viên gạch trong trò chơi Tetris, vừa giúp giải trí, vừa kiểm tra được độ chính xác và tốc độ của hệ thống.

Theo định hướng của Tan, SoundWave sẽ được sử dụng song song với các công nghệ cảm biến cử chỉ khác bởi nó không thật sự tốt khi nhân biết các cử chỉ nhỏ như thao tác pinch-to-zoom (co giãn 2 ngón tay để thu nhỏ hoặc phóng to). Tan nói: "Có rất nhiều loại cảm biến khác nhau trên thế giới và người dùng không cần quan tâm đến chúng là cảm biến gì, chúng chỉ cần tương tác và phản hồi chính xác với mục đích của họ."