新冠已经永久改变了我们的世界，在我们开始迎接挑战以面对新的现实生活时，许多领域会与之前完全不同。

一个需要考虑的具体领域是人机界面（HMI）。在过去十年左右时间里，从iPad到机床，触控屏幕已越来越广泛地用于用户界面，它们直观，灵活且信息丰富，使人们可以轻松地浏览复杂信息和选项。

随着我们逐渐进入一个后疫情世界，一个越来越明显的趋势是，世界需要非接触式HMI。用户希望用自己的声音或用手势，甚至眼神就能控制共享或公用设备。新技术越来越多地借助复杂的人工智能（AI）来解释用户需求，并使之成为可能。

一个没有接触的世界

触摸物体或表面可能会传染新冠，因此触摸任何公共HMI都可能带来风险，包括门禁系统（access controls）、自助服务亭或送货驾驶员的终端设备等等。

我们可以回顾一下在触摸屏出现之前的场景，或许会找到哪些最佳替代方案。在某些情况下，这意味着要替换触摸可以简单地要求用户再次回到与真实的人交谈方式（例如在咖啡馆下订单），尽管这会增加业务运营成本。其他替代方法还包括让人们使用智能手机（可能通过网站或可下载的应用程序），而不是共享的触摸屏，但这种方法可能会令客户不喜欢或难以使用。

科技公司Ultraleap最近进行了一些研究，以探讨快餐店中遇到的这些问题。他们发现，与使用触摸屏、移动应用程序或亲自去柜台的方式相比，更多参与者选择非接触式手势识别作为他们点餐和付款的首选方案。除了新冠带来的安全性问题之外，人们还强调便利性和简单性是非接触式界面的优势。 Ultraleap的研究还发现，只有12％的人认为公共场所触摸屏是安全卫生的。

许多因素会影响人机界面和最佳技术的选择。例如，我们需要向用户显示多少信息？他们有多少选项？购买电影票是一项简单的任务，几乎没有选择，而其他互动则更加开放。我们还需要考虑HMI的应用场景：周围嘈杂吗？环境光照怎么样？用户在陌生人面前大声说话是否会感到不舒服？

除了新冠，非接触式用户界面还有许多其他好处。例如，语音界面可以使消费类设备体积小巧，成本低廉，但仍能够处理复杂的人机交互，例如向Alexa询问复杂的信息。非接触式用户界面还可以改善技术在残疾人群体中的普及度和应用。

非接触式控制技术

既然触摸屏当下已经如此流行，还会有哪些其他技术可以取代它们？

尽管埃隆·马斯克（Elon Musk）可能会最终发现他的Neuralink机器对于大众有深深的吸引力，但其未来还有一段路要走。目前，最好的选择可能是使用某种基于摄像头的系统用户手势或面部表情，或者基于AI的语音识别系统（例如Siri或Alexa），这些已经在越来越多设备中得到使用。

这些替代方案可以与LCD显示面板或投影图像（例如键盘或用户界面）等一起独立使用。

除了用户的非接触式输入外，在提供非接触式反馈方面同样也出现了一些进展。例如，Ultraleap能够使用超声波技术来“投影”一个虚拟物体，而用户则感觉好像真的存在一样。这些“空中”觉察感知能够驾驶员伸手操纵控件，而不必将视线移开路面去观看触屏，一些虚拟按钮和开关可以有效地移动，并在移动过程中保持与驾驶员手协调一致。

非接触式HMI应用实例

下面让我们更详细地探讨其中一些技术，并回顾一下设计人员当前可以使用的技术。

Ultraleap是由Leap Motion和Ultrahaptics于2019年合并时成立，能够提供快速、准确的手部跟踪，具备接近于零的延迟和无与伦比的准确度。Ultraleap的跟踪产品（例如Leap Motion Controller）使用红外LED来照明用户手，并由两个摄像头捕获图像。

这些图像可由在标准笔记本电脑或台式计算机上运行的Ultraleap软件进行处理，生成手部动作的虚拟模型，然后由基于人工智能（AI）的“交互引擎”进行解释。这样可以识别各种手势，例如滑动、按压和捏紧等。 LCD屏幕能够向用户显示与触摸屏上相同的信息，其手势在空中被识别并叠加在屏幕上。

图1：非接触式HMI可在熟悉的自助服务终端和屏幕上有效使用。（来源：Ultraleap）

Ultraleap进行了用户研究，并了解人们如何使用非接触式界面，以及如何最好地设计易于使用的系统。研究发现，用户仍然倾向于 “轻按”空中按钮，因此，不管用户以何种速度进行操作，都需要确保软件能够识别此手势。

为了使设计人员能够快速起步并快速推进设计，Ultraleap可提供Ultrahaptics STRATOS™开发套件，其中包括用于检测用户手势的Leap Motion模块和用于创建人们可以感知到的空中触觉效果超声变换器（transducer）阵列。

莱迪思半导体（Lattice Semiconductor）的sensAI演示方案可提供手势检测的另一种选择，该方案采用Lattice iCE40 UltraPlus FPGA在本地执行处理，能够减少响应时间，降低功耗，并提高安全性。对于许多这样的AI系统，可以在功能强大的计算机上预先开发大部分系统训练和算法，而本地或边缘处理器仅需要处理较为容易的推理。

Lattice sensAI演示方案是在Himax HM01B0 UPduino Shield（基于iCE40 UltraPlus FPGA的评估平台）上运行，它还包括一个摄像头和两个麦克风，有助于AI系统的快速原型制作。

对于某些非接触式控制系统，需要进行面部识别，通常用于用户识别和注册。用户可能会担心，这些能够识别其面孔的公共或共享系统在进行交互时会存在隐私问题，但是可以通过在本地实施此过程，而不是通过互联网或云端共享数据来完成，可以减少这种担忧。

恩智浦（NXP）通过其EdgeReady机器视觉解决方案满足这一需求，该解决方案基于其i.MX RT106F交叉（crossover）微控制器（MCU）。 EdgeReady能够使开发人员快速、轻松地在其产品中添加面部识别功能，使紧凑并可投入生产的硬件模块与在FreeRTOS上运行的集成软件完美结合。

EdgeReady系统使用摄像头模块捕获图像，该模块包含有图像传感器和RGB滤镜，其中包括的软件则处理常见的任务，例如图像裁剪、面部检测以及实际的面部识别等。

最后，让我们看看设计师如何开启使用语音识别和AI。虽然我们都已经习惯与手机和智能扬声器通话，但是底层技术有时还是个谜。

图2：Google语音工具包能够提供DIY智能扬声器项目所需的一切。（来源：Google AIY）

采用这种技术的一种绝佳方法是使用Google AIY语音套件， 这是一个可以DIY的智能扬声器项目。该套件包括一个Raspberry Pi Zero WH，两个麦克风和一个扬声器，为设计师和创客提供设计入门和运行Google Assistant演示方案所需的全部功能。它可以检测语音，并将其发送到在云端运行的Google Assistant，进而可以回答问题或提供语音转文本功能。

欢迎来到非接触的世界

在我们迈向后新冠时代时，很明显，非接触式界面将会扮演越来越重要的角色。具体来说，这种技术可以提供更安全、非接触式体验，以便减轻消费者对公共或共享触摸屏卫生状况存在的真正担忧。除此之外，它们还有望在许多应用中提供全新、更直观的控制界面。

支持这些新界面的技术包括尖端的AI、触觉和手势识别应用，但是设计工程师已经越来越多地可以通过评估模块和预集成的套件来利用这些技术。

我们可能正处于用户界面面临重大改变的风口浪尖，现在是开始探索如何充分利用非接触式界面及其带来好处的最佳时机。