一項神奇的技術(shù)，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(shù)，可以實現(xiàn)隔空操縱手機。
當(dāng)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(shù)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(shù)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(yīng)的操作。
它是如何工作的？
關(guān)于手指運動識別技術(shù)，現(xiàn)在市面上已經(jīng)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(yīng)技術(shù)；uSense 的光學(xué)立體成像技術(shù)都曾名噪一時?？上?，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(shù)不同，Soli 使用的是毫米波雷達技術(shù)，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(dāng)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(fù)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?xí)r ，會模擬出旋轉(zhuǎn)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(yīng)控制指令。
關(guān)鍵阻礙
前文說過，Soli 傳感器本質(zhì)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(shè)備。Soli 設(shè)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(fēng)扇。一旦運作起來，發(fā)熱量嚇?biāo)廊?，就連谷歌內(nèi)部安全人員都要求 Soli 團隊在設(shè)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(shè)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(shè)計的 Soli 傳感器大大降低了雷達系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜性和功耗，研發(fā)團隊開發(fā)了兩種調(diào)制架構(gòu)：頻率調(diào)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(yīng) 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(nèi)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(quán)限。
消息一出，各界嘩然，IEEE 802、CORF、CCIA 和 FARS 等通信機構(gòu)對谷歌的技術(shù)提出了異議，擔(dān)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(shè)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(dān)心谷歌的雷達傳感器會干擾它的 Terragraph 技術(shù)。
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(shè)備產(chǎn)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(shù)細節(jié)達成共識，保證 Soli 雷達參數(shù)控制在“合理范圍內(nèi)”，最終說服 FCC 發(fā)放最高 13dBm 的 57－64GHz 頻段許可。
潛在應(yīng)用
克服兩大關(guān)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(yīng)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(yīng)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(dāng)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(shù)，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(yīng)用空間。據(jù)說，有一個創(chuàng)業(yè)團隊已經(jīng)在利用 Soli 設(shè)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(nèi)手勢應(yīng)用也在緊張開發(fā)中，不同于紅外光手勢識別技術(shù)，Soli 可以完美解決不同光照環(huán)境下傳統(tǒng)技術(shù)不穩(wěn)定的問題。此外，3D 密碼、3D 掃描與成像、材質(zhì)探測器都將成為 Soli 雷達的應(yīng)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(shù)的應(yīng)用出現(xiàn)在我們身邊， Soli 雷達帶來的“魔術(shù)”或許真的能改變世界．．．