一項神奇的技術,，一部即將發(fā)售的手機,，谷歌公司的黑科技總會給我們帶來驚喜,。
不知不覺間，七月便快過完了，炎熱的天氣里，心情很容易煩躁,。谷歌公司似乎察覺到這點，特地在七月份的尾巴,，給全球科技愛好者獻上一份“魔幻”大禮,。今日早間，谷歌官方證實,，今年的旗艦手機 pixel 4 將整合微型 Soli 動作感測雷達技術,，可以實現(xiàn)隔空操縱手機。
當聽到“隔空操縱”的時候,，大家是不是首先會想起那些傳說中的武林高手,，或者是那些神秘莫測的魔術師，又或者是有著特異功能的超能力人士,。谷歌作為一家世界聞名的科技公司,，自然不會去折騰特異功能，這項名為 Soli 雷達技術的黑科技谷歌已深耕數(shù)年,。它是一種專用的交互式傳感器，使用雷達對人手進行運動跟蹤,。傳感器以極高的精度高速跟蹤亞毫米級運動,，精確識別出用戶做出的動作，再將其傳遞到手機芯片中,，做出相應的操作,。
它是如何工作的？
關于手指運動識別技術,，現(xiàn)在市面上已經有了好幾種解決方案,，LeapMotion 的紅外線投影與成像方案；微軟 Kinect 的深度感應技術,；uSense 的光學立體成像技術都曾名噪一時,。可惜,，由于條件的制約,，這些方案都沒能真正與用戶見面，僅僅停留在實驗室層面。
與市面上的這些手指運動識別技術不同,，Soli 使用的是毫米波雷達技術,，它的工作原理與我們熟悉的雷達相同，首先向一個區(qū)域發(fā)射電磁波,，再接收物體反射回來的電波,，加以處理、計算和分析,。當然,，與雷達類似的工作原理，并不意味 Soli 需要大帶寬和高空間分辨率,。事實上,，Soli 基本傳感原理依賴于運動分辨率，通過隨時間提取接收信號的細微變化,。通過處理這些時間信號變化,，Soli 可以區(qū)分復雜的手指運動。
比如食指和拇指一張一合時,，會模擬出按按鈕的動作,，而它們來回摩擦時 ，會模擬出旋轉旋鈕的動作,，這些動作都會干擾電波返回的時間和速度,。在收集電波規(guī)律并加以分析和計算后，系統(tǒng)就能夠識別出特定的運動模式,，進而確定用戶所做的動作,，發(fā)出響應控制指令。
關鍵阻礙
前文說過,，Soli 傳感器本質上就是一款功能齊全的低功率雷達,，工作在 60 GHz ISM 頻段。在傳統(tǒng)印象中,，雷達都是又大又笨的大型設備,。Soli 設計團隊為了將其小型化，付出的艱辛可想而知,。
最早的 Soli 雷達有一部臺式機那么大,，配備十幾個冷卻風扇。一旦運作起來,，發(fā)熱量嚇死人,，就連谷歌內部安全人員都要求 Soli 團隊在設備上貼“過熱警告”。這樣一個龐然大物,，拎起來都十分費力,，想把它用到智能手機中簡直癡心妄想。然而，再多的困難都難不倒 Soli 的研發(fā)人員,，在 10 個月的時間里,，Soli 團隊將整個雷達系統(tǒng)重新設計，將其縮小成一塊8mm x 10mm的芯片,，上面集合了所有雷達天線和傳感器,，包括 4 組 RX 天線陣列和 2 組 TX 天線陣列。
與最早的原型機相比,，重新設計的 Soli 傳感器大大降低了雷達系統(tǒng)的設計復雜性和功耗,，研發(fā)團隊開發(fā)了兩種調制架構：頻率調制連續(xù)波（FMCW）雷達和直接序列擴頻（DSSS）雷達。兩種芯片都將整個雷達系統(tǒng)集成到封裝中,，包括多個波束成形天線,，可實現(xiàn) 3D 跟蹤和成像。
小型化問題解決了,，可頻段問題隨之而來,。Soli 雷達發(fā)射的是毫米波波束，60GHz 頻率對應 5 毫米波長,，這樣它才能實現(xiàn)能量集中,，方向性強，抗環(huán)境干擾,。即使將 Soli 雷達封裝在手機內部,，也能輕易地穿過塑阻礙，捕捉毫米級別的手部動作變化,，同時保證回波強度,。去年 3 月，谷歌向美國聯(lián)邦通信委員會（ FCC ）申請運行在 57GHz 至 64GHZ 頻段的權限,。
消息一出,，各界嘩然，IEEE 802,、CORF、CCIA 和 FARS 等通信機構對谷歌的技術提出了異議,，擔心超過一定強度的毫米波雷達會干擾同樣利用這個頻段的飛機設備,、通信衛(wèi)星和 60GHz WiFi。硅谷科技巨頭臉書也提交了意見書,，擔心谷歌的雷達傳感器會干擾它的 Terragraph 技術,。
為了證明跨過這個阻礙，在長達九個月時間里,，谷歌提交了大量測試數(shù)據(jù),，證明 Soli 雷達不會對其他設備產生嚴重干擾。與此同時，谷歌還說服臉書,，與其就峰值 EIRP 等技術細節(jié)達成共識,，保證 Soli 雷達參數(shù)控制在“合理范圍內”，最終說服 FCC 發(fā)放最高 13dBm 的 57－64GHz 頻段許可,。
潛在應用
克服兩大關鍵阻礙以后,，Soli 雷達順理成章與大家見面了。谷歌發(fā)布的 Pixel 4 僅僅是 Soli 雷達眾多應用中的一個,，早在三年前,，谷歌嘗試過 Soli 雷達在智能手表和智能音箱上的應用，嵌入 Soli 雷達芯片的 Wear OS 智能手表可以通過外部手勢來控制界面,；在智能音箱幾十厘米外揮手,，也可以發(fā)送開始／停止播放的指令。
當時,，Soli 團隊還沒能解決 I－Q 不平衡和多普勒鏡像偽差等問題,，因而智能手表和智能音箱上的演示僅僅用于宣傳。今天谷歌正式宣布 Pixel 4 搭載 Soli 雷達,，可以說是這項黑科技第一次與消費者見面,。
相比其他手勢識別技術，Soli 雷達可以更加精確的捕獲微小的動作,，可以穿透較薄的物體,，還不受室外光線影響，因而也擁有了最廣闊的應用空間,。據(jù)說,，有一個創(chuàng)業(yè)團隊已經在利用 Soli 設計全世界最小的小提琴，它能精確捕捉手指的每一點動作然后映射到音符上,。車內手勢應用也在緊張開發(fā)中,，不同于紅外光手勢識別技術，Soli 可以完美解決不同光照環(huán)境下傳統(tǒng)技術不穩(wěn)定的問題,。此外,，3D 密碼、3D 掃描與成像,、材質探測器都將成為 Soli 雷達的應用方向,。相信在不久的將來，我們會看到越來越多采用 Soli 雷達技術的應用出現(xiàn)在我們身邊,， Soli 雷達帶來的“魔術”或許真的能改變世界．．．