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Un sonar en el smartphone para escribir en el aire como si fuera la pantalla

Científicos e ingenieros de la Universidad de Washington (Seattle, EE.UU.) han diseñado un sistema de sonar (con ondas de sonido) integrado en smartphones y smartwatches que permite usar superficies planas, como una mesa o incluso el aire, en lugar de sus minúsculas pantallas táctiles. El mecanismo tiene una precisión de 1 centímetro, suficiente para interactuar sin errores. Además, a diferencia de sistemas similares que usan cámaras, puede actuar a través de la ropa. Por Carlos Gómez Abajo.

Un sonar en el smartphone para escribir en el aire como si fuera la pantalla

Cuanto más pequeños son los dispositivos móviles y portátiles como los smartwatches, más difícil es interactuar con pantallas del tamaño de una caja de cerillas.

Eso podría cambiar con una nueva tecnología de sonar desarrollado por científicos de la computación e ingenieros eléctricos de la Universidad de Washington (Seattle, EE.UU.), que permite interactuar con los dispositivos móviles escribiendo o haciendo un gesto en cualquier superficie cercana: una mesa, una hoja de papel o incluso en el aire.

FingerIO rastrea pequeños movimientos de los dedos convirtiendo un teléfono o un reloj inteligente en un sistema de sonar activo usando los propios micrófonos y altavoces del dispositivo.

Debido a que las ondas sonoras viajan a través de la tela y no requieren una línea de visión, los usuarios pueden también interactuar con un teléfono en un bolsillo delantero o con un smartwach oculto bajo una manga del jersey.

En un artículo que se presentará en mayo en la conferencia CHI 2016 en San José (California), el equipo de la Universidad de Washington demuestra que FingerIO puede rastrear con precisión los movimientos bidimensionales de los dedos con una precisión de 8 milímetros, que es suficiente para interactuar con los dispositivos móviles actuales. El trabajo ha sido reconocido con un premio accésit por la conferencia.

«No se puede escribir con mucha facilidad en una pantalla de smartwatch, así que queríamos transformar un escritorio o cualquier área alrededor de un dispositivo en una superficie de introducción de datos», dice la autora principal Rajalakshmi Nandakumar, estudiante de doctorado en ciencias de la computación y la ingeniería, en la información de la universidad. «No necesito colocar mis dedos sobre otro sensor: sólo hay que utilizar el dedo para escribir algo sobre una mesa o cualquier otra superficie y el dispositivo puede seguirlo con alta resolución.»

Usando FingerIO, se podría utilizar el simple accionamiento de un dedo para subir el volumen, pulsar un botón o desplazarse por los menús de un teléfono inteligente sin tocarlo, o incluso escribir un comando de búsqueda o de texto en el aire en lugar de escribir en una pantalla pequeña.

Funcionamiento

FingerIO convierte un smartwatch o un teléfono inteligente en un sistema de sonar utilizando el propio altavoz del dispositivo para emitir una onda de sonido inaudible. Esa señal rebota en el dedo, y los «ecos» son registrados por los micrófonos del dispositivo y utilizados para calcular la ubicación del dedo en el espacio.

El uso de ondas de sonido para realizar un seguimiento del movimiento de los dedos ofrece varias ventajas sobre las cámaras -que no funcionan sin línea de visión cuando el dispositivo está oculto por la tela u otros objetos- y otras tecnologías como el radar, que requieren tanto hardware sensor personalizado como una mayor potencia de computación, dice el autor principal y profesor asistente de ciencia e ingeniería informática Shyam Gollakota.

«Las señales acústicas son grandes, porque las ondas sonoras viajan mucho más despacio que las ondas de radio utilizadas en el radar, así que no es necesario tanto ancho de banda de procesamiento, y todo es más simple», dice Gollakota, que dirige el Laboratorio de Sistemas Móviles y Redes. «Y desde un punto de vista económico, casi cada dispositivo tiene un altavoz y micrófonos para lograr esto sin ningún hardware especial.»

Pero los ecos del sonar son débiles y por lo general no lo suficientemente precisos para seguir el movimiento del dedo con una alta resolución. Errores de unos pocos centímetros hacen que sea imposible diferenciar entre la escritura de letras individuales o gestos sutiles con las manos.

Los investigadores de la UW emplean un tipo de señal utilizada normalmente en comunicación inalámbrica -llamada Orthogonal Frequency Division Multiplexing- y demostraron que se puede utilizar para lograr el seguimiento del dedo con alta resolución usando el sonido. Sus algoritmos aprovechan las propiedades de las señales OFDM para realizar un seguimiento de los cambios de fase de los ecos y corregir los errores en la ubicación del dedo para lograr un seguimiento con una precisión superior al centímetro.

Pruebas

Para probar su enfoque, los investigadores crearon una aplicación prototipo para los dispositivos Android y lo descargaron en un smartphone comercial, y en un smartwatch personalizado con dos micrófonos, que son necesarios para seguir el movimiento del dedo en dos dimensiones. Los smartwatches actuales por lo general sólo tienen uno, que se puede utilizar para realizar un seguimiento de un dedo en una dimensión.

Los investigadores pidieron a los probadores que dibujar figuras como estrellas, garabatos u ochos en un panel táctil al lado de un teléfono inteligente o un smartwatch en el que se estaba ejecutando FingerIO. Luego compararon los trazados del panel con las formas creadas por el seguimiento de FingerIO.

La diferencia media entre los dibujos y los trazados de FingerIO era de 0,8 centímetros para el smartphone y 1,2 centímetros para el smartwatch.

«Teniendo en cuenta que el dedo tiene un centímetro de grosor, eso es suficiente para interactuar con precisión con los dispositivos», dice el co-autor y estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica Vikram Iyer.

Los próximos pasos para el equipo incluyen la demostración de cómo se puede utilizar FingerIO para realizar un seguimiento de varios dedos al mismo tiempo, y la ampliación de sus capacidades de seguimiento a las tres dimensiones mediante la adición de micrófonos adicionales a los dispositivos.

La investigación fue financiada por la National Science Foundation y Google, y también ha participado el investigador de Microsoft Research Desney Tan.

Precedentes

Los sistemas existentes hasta ahora solían utilizar cámaras visuales. Es el caso de uno diseñado en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza), que permite manejar el smartphone haciendo gestos delante de la cámara integrada, tales como imitar un disparo o abrir los dedos.

El propio Shyam Gollakota, de la Universidad de Washington, desarrolló hace tres años una tecnología de reconocimiento de gestos y movimientos que permite manejar dispositivos que se encuentran en otra habitación, simplemente moviendo alguna parte del cuerpo. El sistema no requiere cubrir al usuario de sensores, ni poner cámaras por toda la estancia. La tecnología aprovecha las señales Wi-fi de los distintos dispositivos, y los ligeros cambios que las personas producen al moverse en estos campos electromagnéticos.

Más recientemente, científicos de Estados Unidos, entre ellos de la filial de investigación de Disney, han diseñado un sistema para manejar el smartphone alterando sonidos, como hacen los instrumentos de viento. Consta de una serie de pequeñas herramientas de plástico, con botones, deslizadores y otros mecanismos, que conectan el altavoz y el micrófono del teléfono sin necesidad de circuitos eléctricos. Su objetivo es ir más allá de las pantallas táctiles, que pueden ser insuficientes a la hora de manejar un móvil.

Referencia bibliográfica:

Rajalakshmi Nandakumar, Vikram Iyer, Desney Tan, Shyamnath Gollakota: FingerIO: Using Active Sonar for Fine-Grained Finger Tracking.

RedacciónT21

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