人工智能的一大场景是人机交互。随着近十年来半导体技术的不断突破，人机交互的概念逐渐从狭义走向广义，由一开始的HCI(Human-Computer-Interface)悄然转变成了HMI(Human-Machine-Interface)。显然，依赖单一的键盘等输入方式已无法适用愈发智能化的应用场景，更高效率的传感技术迎来了市场需求的春天，这从2017年智能音箱市场的全面爆发中可见一斑。智能语音助手的百花齐放，在很大程度上激励了消费者对全新人机交互方式的需求。于是有人不禁问道，下一波创新交互方式是什么？
“人机交互就是人与机器之间的互动，这一过程中需要大量的传感器。英飞凌拥有广博的传感器产品组合，如毫米波雷达、硅基麦克风、压力传感器、环境传感器等，这些都可用于检测外在环境的反应。这个部分在人机交互中属于非常重要的一环。”英飞凌电源管理及多元化市场事业部大中华区——射频及传感器部门总监麦正奇在不久前落下帷幕的第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会上说道。
图1：英飞凌麦正奇讲述毫米波雷达探索人机交互新可能
作为业界领先的传感技术大厂，英飞凌在雷达应用上拥有超过十年的技术研发积累与行业市场经验，在24GHz与77GHz汽车雷达芯片的市场份额占据全球第一。基于这样的技术与市场优势，英飞凌正积极推动毫米波雷达技术在工业级与消费级人机交互场景的创新应用，进一步探索AI产业潮流下的人机交互新可能。
借24GHz雷达之力，英飞凌助力多元化智能应用场景落地
目前，毫米波应用的两大主轴是数据传输与雷达探测。换言之，则是5G与人机交互，这为毫米波应用的大热奠定了基础。诚然，毫米波在雷达探测的应用最早在汽车领域爆发。根据第三方调研数据，2017年全球市场24GHz雷达传感器在BSD(盲点侦测)应用上的出货量达到2.18亿颗，并将持续增长，在2020年之后出现黄金期。麦正奇强调：“这个在汽车工业应用的市场数据仅仅是24GHz雷达的冰山一角。在英飞凌看来，包括24GHz在内的毫米波雷达在不断涌现的新兴应用上将迎来出货量大增的机遇。无论是工业还是消费领域，毫米波雷达在广泛的智能应用场景下，拥有着广阔的想象空间。”
图2：全球24GHz雷达在BSD应用的需求趋势
雷达的定义最初就是无线电探测和测距(RadioDetectionAndRanging)的英文首字母缩写，这天生赋予了雷达探测的使命。据麦正奇介绍，典型雷达传感器可输出的数据包括速度(从多普勒频移公式计算出)、范围/目标距离(根据电磁波测得值计算出)、角度/目标方向(根据天线相位差计算出)以及目标位置(根据FMCW调频连续波计算出)等。同时，由于不同工作频率的雷达存在天然的特性差异，每个频段的雷达在天线外形尺寸、应用范围、波长、穿透墙壁能力等方面也需要进行综合的考虑，才能被量产使用。
“频率越高，波长越短。波长越短，分辨率/准确度越高。24GHz雷达的技术已经非常成熟，探测距离最短可达到0.6~1m，且分辨率满足了工业自动化、安防、智能家居等领域的需求。因此在这一类场景中，借助英飞凌24GHz雷达、并配合特定的软件算法来实现空间和运动感测，能够打造用户体验一流的高性价比解决方案。”麦正奇指出。
英飞凌24GHz雷达方案可实现物体/人员存在检测、计数和追踪、位置和密度图，以及速度和距离测量、防撞，甚至生命体征感测等强大功能，其天线设计十分灵活，通过配置，最远测量距离长达100m、最大范围FoV达到100°，并可以检测出静止不动的人。这使得英飞凌24GHz雷达在室内外智能照明、安防监控、智能开门装置、无人机、智能家电等应用中大放异彩！
图3：借助英飞凌24GHz雷达实现多元化场景下的空间和运动感测
英飞凌60GHz雷达新突破，创造隔空手势识别的无限可能
据麦正奇介绍，除24GHz雷达，60GHz雷达芯片的研发投入也是英飞凌毫米波雷达产品线发展的重点。由于频段较为接近的原因，60GHz雷达同样也可用于空间和运动感测，如物体/人员存在检测、速度和距离测量等，通过天线的特殊设计，测量距离可以达到10m以上。但60GHz雷达频率更高、波长更短，准确度更高，加上对光、灰尘或潮湿不敏感的特性，因此对比24GHz雷达也有一些特殊的应用，比如物体和材料分类，以及可附加在智能手机、平板、可穿戴设备、家电等3C产品上的人机交互功能——科幻感十足的隔空手势识别。
图4：借助英飞凌60GHz雷达实现手势识别等人机交互的创新方式
这都源于60GHz雷达的其中一个关键特性——拥有高达7GHz的带宽。事实上，这个7GHz的带宽能够实现亚微米级别的分辨率，因此赋予了英飞凌60GHz雷达更精准的“捕捉”能力。无论是物体的移动或者手势的变化，都能实现更细节化的探测。英飞凌60GHz雷达使用的波长较短、天线易于集成在封装内，在非接触手势控制的应用上，特别适合小屏幕或远程屏幕的控制，比如可穿戴设备的手势控制，或者是音频系统、智能音箱等热门应用，也有望革命性地取代家用电器的遥控装置。例如，若你是《头号玩家》的粉丝，你甚至可以将英飞凌60GHz雷达嵌入到VR游戏设备中，打造实时的游戏情景交互，带来前所未有的沉浸体验。
图5：合作伙伴XMOS基于英飞凌60GHz雷达与MEMS麦克风打造的位置监测与语音交互系统
此外，英飞凌60GHz雷达的手势识别应用已不仅仅局限于元件本身，在方案层面更是与Google展开了长期的深度合作。“ProjectSoli”是英飞凌携手Google开发的基于60GHz雷达感测IC的创新手势识别解决方案，专门面向ICT产业热门的可穿戴设备、物联网、数字座舱等领域。“早在2015年GoogleI/O开发者大会上，ProjectSoli的首次亮相即惊艳了业界。通过进一步优化第二代微波天线集成雷达手势识别传感器IC，英飞凌的元件和系统级解决方案在基于毫米波雷达的传感器IC市场上已经具备了公认的领先优势！”麦正奇充满自信地说道。
图6：英飞凌与Google合作开发基于60GHz雷达的手势识别方案——ProjectSoli
更多传感器产品全线开花，英飞凌瞄准人机交互的市场新机遇
值得一提的是，在人机交互领域的布局上，英飞凌不仅拥有24GHz、60GHz、77GHz等毫米波雷达产品，其广泛的传感器产品线更囊括MEMS麦克风、压力、光学、气体等传感器类别。麦正奇表示，这四类是英飞凌当前传感器产品的主要研发方向，并已经联手合作伙伴开发人机交互的各类创新应用。
图7：英飞凌出类拔萃的传感器产品正全面应用到人机交互的各个场景
英飞凌众多传感器产品在参数特性上一直处于业界领先的水平，如MEMS麦克风拥有超宽的动态范围、69dB的高信噪比以及高达135dBSPL的声学过载点；压力传感器的精度达到0.5Pa（+/-5cm）,拥有在较大压力和温度范围内仍可实现高精准度的耐久性等。“这些优秀的产品特性，正是英飞凌传感器产品备受客户青睐的原因。”
麦正奇最后讲到：“在未来，英飞凌将持续不断地修炼毫米波雷达以及传感器‘内功’，以传感技术为点、以产业生态为面，与更多业界的先进厂商、用更多不同的先进想法，去开发人机交互、工业4.0、智能制造、智慧医疗等不同领域的创新应用，全面探索人工智能产业的崭新未来！”