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新一代人機介面開創嶄新應用
眼球、腦波派上用場

【作者: 范眠】   2013年04月23日 星期二

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為了讓消費者擁有更直覺的使用體驗,近年來人機介面技術不斷推陳出新,已從傳統的滑鼠控制快速進展到觸控、手勢、體感、以及聲控等各種多樣化方式。


但是,介面技術的進展是永無止境的。


現在市場上又出現了以眼球追蹤(Eye Tracking)和腦波控制(Brain-Control)的全新應用,業者企圖將過去這些醫療用技術擴展到規模更大的消費市場,隨著技術的日臻成熟,未來可望帶來更多的創新應用。


「抓住眼球」不再遙不可及

過去已有利用眼球追蹤技術來控制電腦操作的實例,但大多數是針對癱瘓病人設計的特殊裝置,並沒有大量的商業化應用。在技術成熟與價格下滑的雙重因素推動下,業界已看好眼球追蹤技術擴大到電腦、手機、汽車、遊戲機等消費應用。


眼球追蹤技術的基本原理是利用低功率的紅外線光束照射使用者的眼球,再由感測器擷取由瞳孔、虹膜、角膜等不同部位反射回來的光線,經由複雜的演算法分析後便可確定眼球注視的目標。


此技術已有長期發展歷史,隨著電子技術的進步,過去價格昂貴的眼球追蹤頭戴裝置已經從十年前的3萬美元下跌到不到1.5萬美元。同時,用於電腦操控的固定式眼動控制裝置也已不到5000美元,瑞典業者Tobii Technology更預期這類裝置將於近期內降到3000美元以下,相關應用也將日益興起。



圖一 : 眼球追蹤原理(圖/Tobii)
圖一 : 眼球追蹤原理(圖/Tobii)

以過去兩年嶄露頭角的Tobii為例,該公司已陸續發表多項產品,可將眼球追蹤技術用於電腦和遊戲機的人機介面,使用者利用眼睛就可完成選擇、滾動、縮放和導航等操作。


事實上,看好眼球追蹤技術的前景,英特爾已於去年投資2100萬美元,買下Tobii 10%的股權。Tobii也已於今年初發表可支援Windows 8的最新Tobii REX方案與Tobii Gaze Partner計畫,企圖建構生態系統夥伴,讓眼球追蹤應用能夠短期內快速起飛。


不僅如此,包括聯想、海爾都已經著手開發利用眼球追蹤技術操控的筆電和智慧型電視。此外,三星近期已推出具備能以眼球滾動手機頁面的新款手機Galaxy S4。可以預期,未來採用此新人機介面技術的消費產品將越來越多。


另一家於2011年從哥本哈根一所大學研究機構獨立出來的Eye Tribe,也正積極開發商業化眼球追蹤軟體開發套件,供遊戲開發商使用,並已獲得玩具業者樂高(Lego)和丹麥國家基金的挹注。


圖二 : 利用可戴式眼球追蹤裝置研究消費者的購物行為(圖/Tobii)
圖二 : 利用可戴式眼球追蹤裝置研究消費者的購物行為(圖/Tobii)

除了作為人機操控介面之外,事實上,眼球追蹤技術的應用範圍非常廣泛。舉例來說,可用來開發駕駛輔助系統,一旦偵測到駕駛出現愛睏現象,便立即發出警訊。此外,在可用性、廣告、購物行為研究等各方面都將有龐大潛力。


像針對網站和軟體可用性研究,利用眼球追蹤技術可以得知使用者的立即反應與眼光注視的分布情況,藉此找出提升吸引使用者目光的方式。另外,利用頭戴式的眼球追蹤裝置還能在真實場景中測試廣告或標示牌是否有效發揮作用,以及消費者在賣場購物時的目光路徑,與最終購物決定間的關係等。


此外,在體育訓練、閱讀、認知心理學等各種學術研究領域,眼球追蹤技術也都有發揮的空間。早在幾千年前,孟子就告訴我們的「觀其眸子,人焉廋哉」 ─ 從一個人的眼神中可以找到許多值得探究的訊息 ─ 這類眼球追蹤技術的應用,的確是這句話的最佳體現!


圖三 : 藉由眼球注視的分佈情況,進行手機介面的可用性研究(圖/Tobii)
圖三 : 藉由眼球注視的分佈情況,進行手機介面的可用性研究(圖/Tobii)

腦波應用 ─ 讓機器讀懂你的心

腦機介面(Brain-Computer Interface,BCI)則是另一項新興的人機介面,透過開發出能偵測到腦電波(EEG)的生物感測器,以用來進行操控機器、訓練大腦、教育學習等各種應用。


與眼球追蹤技術一樣,過去腦波感測領域一直侷限在醫療用途,主要是因為外在環境的各種噪音會影響腦電波的擷取,病患通常需要在無干擾的環境中,在頭上塗抹濕式導電凝膠才能進行腦波偵測。


此情況在NeuroSky(神念科技)於2008年開發出第一款乾式腦波感測器以及專利的噪音過濾技術,並將其用在以念力推動小球的玩具產品上後,便有了突破性的進展。由華裔人士楊士超創立的NeuroSky,這兩年來已廣泛獲得主流媒體的關注。



圖四 : 52歲Jan Scheuermann在13年前罹患退化性腦部疾病,造成頸部以下癱瘓,如今能操作這支先進的機器手臂(如送巧克力到自己嘴裏),達到的控制與流暢程度前所未見。(圖/Zanichelli)
圖四 : 52歲Jan Scheuermann在13年前罹患退化性腦部疾病,造成頸部以下癱瘓,如今能操作這支先進的機器手臂(如送巧克力到自己嘴裏),達到的控制與流暢程度前所未見。(圖/Zanichelli)

當然,腦波活動是非常複雜奧妙的,商業化的BCI產品並沒有企圖與能力一窺究竟。根據學理,不同的神經活動會產生不同的腦波模式,可呈現出不同的大腦狀態。例如,當腦波位於12到30Hz之間時,即Beta波,表示大腦正處於專注狀態。當腦波在8到12Hz時,即Alpha波,表明大腦正處於平靜放鬆的狀態。


目前,NeuroSky的腦波感測器便主要鎖定專注與放鬆這兩個狀態的應用,也已經有了許多實際的商業應用例子,像是Mattle公司開發的念力小球玩具MindFlex、,Uncle Milton公司的Star Wars Force Trainer意念訓練玩具、Brain Athlete的Golf Coach,可幫助高爾夫球員偵測其精神放鬆和集中程度,以調整到最適合比賽的大腦狀態,以及PLX XWave耳機,可應用在iPhone和iPad上,隨時對大腦進行鍛鍊、充電和娛樂等。


另一款讓腦波感測器受到矚目的產品,則是去年底在日本上市的necomimi貓耳朵頭飾,它特殊設計的耳朵外形能根據偵測到使用者的集中或放鬆狀態自由擺動,成為一種酷炫裝扮,而廣泛受到青少年的歡迎。


也因此,NeuroSky目前正積極推動開發者計畫,希望能集合業界力量發揮創意,擴大腦波感測器應用的各種可能性,特別是在教育和增強腦部健康等市場。不管是眼球還是大腦,這些過去科幻小說中出現的人機介面應用已逐漸成真,它們的未來發展,讓我們拭目以待!


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