【導讀：計算機被公認為解決醫療、教育、科研、環保等各類重大社會問題不可或缺的重要工具。微軟總裁比爾·蓋茨提出“自然用戶界面”（natural user inteRFace）的概念，并預言人機互動模式在未來幾年內將會有很大的改觀，電腦的鍵盤和鼠標將會逐步被更為自然、更具直覺性的觸摸式、視覺型以及聲控界面所代替?！?/p>

自計算機以一個龐然大物的笨拙體態出現直到現在，它已經越來越緊密地融入了人們的日常生活，并已經被公認為解決醫療、教育、科研、環保等各類重大社會問題不可或缺的重要工具。在從人逐漸適應計算機再到計算機不斷適應人的互動過程中，人機交互技術也不再局限于鍵盤輸入、手柄操作，而是以更加新奇的方式出現：手指的微小動作、聲波在空氣中的振動、眼珠和舌頭的轉動，都可以實現信息傳遞，完成人與機器之間的“對話”。

2008年，微軟總裁比爾·蓋茨提出“自然用戶界面”（natural user interface）的概念，并預言人機互動模式在未來幾年內將會有很大的改觀，電腦的鍵盤和鼠標將會逐步被更為自然、更具直覺性的觸摸式、視覺型以及聲控界面所代替。而隨著技術的精進，“有機用戶界面”（organic user interface）也開始悄然興起——生物識別傳感器、皮膚顯示器，乃至大腦與計算機的直接對接，無疑都將給人類的生活帶來重大影響?！段磥韺W家》雜志5/6月號刊登的文章，就對當前正在研發或者已投入商用的各類人機交互技術進行了盤點。

觸摸式顯示屏

觸摸式顯示屏在很多領域已經被廣泛應用，最為人熟知的就是安裝在機場或者商場的Kiosk自助服務設備，游客或購物者通過手動觸摸屏幕，就可以查詢相關信息，辦理登機手續，甚至購買報紙。

2007年，微軟公司推出了“桌面”（Surface）計算機，帶來了全新的觸摸式人機交互模式。這款酷似咖啡桌桌面的平板電腦完全摒棄了鼠標和鍵盤，通過聲音、筆或者觸摸就可以完成編輯、瀏覽圖片或者直接訂餐等操作。其顯示屏隱藏在硬塑料板底下，依靠一套攝像機系統捕捉人發出的指令動作，然后進行分析、理解并加以執行。更令人稱奇的是，只要將手機、播放器等物品放到其表面，電腦就能自動識別并進行文件傳輸。由于“桌面”計算機的屏幕可以分割，并且使用了多點觸控技術，可方便多達10個用戶同時使用。

而今年6月，“桌面”將迎來一個強勁對手，索尼公司計劃推出一款名為AtracTable的茶幾電腦與之一較高下。AtracTable也可以與放在它表面的手機等設備進行交流互動。另外，該款電腦中還集成了年齡、性別、情緒等分析系統，可以智能識別使用對象。索尼的目標是將之推廣到各種使用環境，包括游戲行業、工業、醫療市場和零售業等。

柔性顯示屏

超薄、超輕的柔性顯示屏已經走出實驗室，很快就會進入市場“打江山”。很多評論人士認為，使用能夠隨意折疊卷曲的柔性顯示屏制造的電子書就是未來的紙張。

目前電子書閱讀器的柔性顯示屏有多種類型，其中包括可以主動發光但卻會給讀者的眼睛帶來刺激和傷害的有機發光二極管（LOED）顯示屏、需要使用背景光的液晶顯示屏（LCD）、以及用在亞馬遜Kindle電子書閱讀器上的由美國E-Ink公司利用電泳顯示技術制造的電子紙。

不同的顯示技術之間各有優劣，因而擁有不同的應用市場，比如，LOED顯示屏的刷新率更快，而E-Ink公司的電子紙則更加節能。在將來，報紙、雜志甚至服裝、墻面都可以變成顯示屏，向我們展示一幅幅動態畫面。

3D顯示器

盡管3D電影早在90年前就已經問世，但2010年才算是真正的“3D元年”，索尼、松下和其他廠商紛紛宣布自己生產的3D電視機年內即可上市銷售，將3D影像從電影院搬進客廳已是指日可待。

目前的3D電視機仍然需要觀眾佩戴特制的眼鏡才可以收看節目。眼鏡的規格大致分為主動式快門3D眼鏡和偏光3D眼鏡兩種，并且沒有通用的工業標準，由各廠商自行研制。

雖然產業界認為，近期3D電影在全球票房大賣，預示著家庭市場已經做好了迎接3D的準備，不過，普通觀眾是否能夠忍受連續好幾個小時戴著特制眼鏡看電視還是個未知數。而據專家預測，無需佩戴眼鏡就可收看節目的3D電視機大概還要再等10年左右才會推向市場。

視網膜顯示器

視網膜顯示器能夠通過低強度激光或者發光二極管直接將影像投射到使用者的視網膜上，具有不遮擋視野的特點。

這一概念是在20多年前提出的，但直到近些年來技術進步才讓各種不同的視網膜顯示變得可行。比如邊發射發光二極管，其比面發射發光二極管的光輸出功率大，但比激光的功率要求低，將其應用于視網膜顯示器，可提供一個亮度更高而成本更低的選擇。與傳統顯示器相比，視網膜顯示器的亮度-功率比更高，能耗也會相應地大幅降低。

視網膜成像的應用前景非常廣闊，比如車載平視顯示器，可將重要的駕駛信息投射在汽車的前風擋玻璃上，司機平視就可以看到，從而可以提高行車安全;此外還可為執行軍事任務的士兵提供最優路徑和戰術信息，并且在醫療手術、浸入式游戲行業也大有作為。日本兄弟公司曾在2005年的日本“愛知世博會”上展示了全球首款視網膜顯示器。該公司最近宣布，計劃于今年發布一款使用紅光、綠光和藍光激光二極管的商用視網膜成像顯示器。

地理空間跟蹤

地理空間跟蹤的應用潛力才剛剛開始展現，在未來幾年中有望取得巨大的技術進步。智能手機配備的全球定位系統、定向儀和加速度計可以提供足夠多的信息，來幫助使用者確定大概地點和方向。而技術的改進將有可能使跟蹤的精度提高到誤差不超出1毫米。

很多針對手機開發的現實增強應用，如基于位置的營銷、旅游幫助和社交網絡等，都使用了地理空間數據，可以提供基于使用者所處方位的關聯信息。在未來幾年內，隨著跟蹤定位精度進一步提高以及無線網絡進一步提速，這塊市場將會大幅增長。

動作識別

動作識別是一項正在發展中的技術，在很多方面都可得到應用，如可穿戴式計算機、隱身技術、浸入式游戲以及情感計算（一種可對人類的情感進行偵測、分類、組織和回應的系統或應用，可以幫助使用者獲得高效而又親切的感覺）等。過去大部分動作識別系統重點分析的是臉部和手部的動作，不過現在，研發人員也開始將關注點轉移到身體姿勢、步態和其他行為舉止上來。

一些具有動作識別能力的控制設備已經達到了消費者水平，比如任天堂的游戲主機Wii，其主要控制器Wii Remote作為單手操作的遙控器最主要的特色就是其配備了運動傳感器，可以對移動和傾斜動作作出判斷，將玩家手臂、手腕以及手的動作真實地反映在游戲中，從而與電視熒幕上的虛擬物件產生互動。

與此同時，動作識別系統也開始進入醫療領域，醫生無需觸碰鍵盤或者屏幕就可以操控數字影像。

觸覺交互

觸覺交互已成為人機交互領域的最新技術，其可借助人的觸感，產生一種虛擬現實的效果。觸碰可以產生多種不同的感受，包括輕碰、重碰、壓力、疼痛、顫動、熱和冷，因此人工模擬這些感受的方式也各異。

觸覺交互技術已經開辟了多種可能的應用領域，包括虛擬現實、遙控機器人、遠程醫療、工作培訓、基于觸覺的三維模型設計等。而在電子商務方面，觸覺交互也能夠發揮重要作用。比如，顧客在網上購買服裝之前，可以先感知一下衣料的質地，然后再做決定。

日本東京大學的研究人員正在開發一個被稱為“觸覺雷達”（Haptic Radar）的項目，通過對使用者周圍幾米內的環境進行探測，然后將相關信息轉換成顫動或者其他感官刺激傳達給使用者，從而提高其對空間的感知能力。對于失明的人來說，這種觸覺雷達可以讓他們在行走過程中避免與身邊的人或者物體相撞。

隨著技術進步，觸覺交互最終或許可以讓我們擁有之前從未曾體會過的一些感受。

可觸式（實體）用戶界面

可觸式（實體）用戶界面是自然用戶界面的一種，這種設備的奇妙之處在于，它集合了多種功能于一體，比如手機、照相機、遙控器等，并且會隨時“變身”，而這完全取決于用戶抓握它的方式。

麻省理工學院媒體實驗室去年推出了一個名為“肥皂塊”（bar of soap）的裝置，其外形與一塊洗衣皂相差無幾，但是，如果用戶像拿手機一樣拿著它，它就會變換出一個帶健區的觸摸屏;如果像拿照相機一樣拿著它，它又會自動轉為液晶取景器。其中的奧秘就是“肥皂塊”帶有的一個三軸加速計和72個表面傳感器，可以追蹤用戶手指位置以及自己所處的位置，然后判斷應該“變身”為手機、照相機、遙控器、掌上電腦還是游戲機。

而麻省理工學院媒體實驗室的另一個發明，是一款與曲奇餅差不多大的計算機，被稱為Siftable。其雖然個頭小，卻同樣擁有圖形顯示、鄰域檢測、運動感應和無線通信功能。如果將多個Siftable排列組裝，就可以實現多種不同的交互應用，比如數學游戲、音樂創作、色彩混合、圖片整理或者情節串聯圖板游戲等，這對激發孩子的學習熱情大有幫助。

語音識別

能夠直接與機器交談的能力在很多領域都會具有巨大的應用潛力。如果雙手可以因語音識別系統得到“解放”，開車，修理發動機，烹飪一道美餐，或者實施一臺手術，這些活動都能夠從中獲益。

目前，語音識別技術已經被應用于呼叫路由、家庭自動化、語音撥號以及數據錄入等服務。針對國際旅行者的語言對語言翻譯器已經開始進入市場，大概再過幾年，人們就能買到全球通用的實時翻譯器了。

無聲語音（默讀）識別

通過默讀識別，使用者不需要發出聲音，系統就可以將喉部聲帶動作發出的電信號轉換成語音，從而破譯人想說的話。但該技術目前尚處于初級研發階段。

在嘈雜喧鬧的環境里、水下或者太空中，無聲語音識別是一種有效地輸入手段，有朝一日可被飛行員、救火隊員、特警以及執行特殊任務的部隊所運用。研究人員也在嘗試利用無聲語音識別系統來控制機動輪椅車。對于有語言障礙的人士，無聲語音識別技術還可以通過高效的語音合成，幫助他們同外界交流。如果這項技術發展成熟，將來人們網上聊天時就可以不必再敲鍵盤。

美國宇航局艾姆斯研究中心正在開發一套無聲語音識別系統。研究人員表示，當一個人默念或者低語時，不論有沒有實際的唇部和臉部動作，都會產生相應的生物學信號。他們開發的這套識別系統在人體下巴和喉結兩側固定鈕扣大小的特殊傳感器，可以捕獲大腦向發聲器官發出的指令并將這些信號“閱讀”出來。這套系統最終將會整合進宇航員的艙外活動航天服上，宇航員可以通過它向儀器或機器人發送無聲指令。該項目首席科學家恰克·喬金森表示，幾年之后，無聲語音識別技術就能夠進入商業應用。

眼動跟蹤

眼動跟蹤的基本工作原理是利用圖像處理技術，使用能鎖定眼睛的特殊攝像機連續地記錄視線變化，追蹤視覺注視頻率以及注視持續時間長短，并根據這些信息來分析被跟蹤者。

越來越多的門戶網站和廣告商開始追捧眼動跟蹤技術，他們可以根據跟蹤結果了解用戶的瀏覽習慣，合理安排網頁的布局特別是廣告的位置，以期達到更好的投放效果。德國Eye Square公司發明的遙控眼動跟蹤儀，可擺放在電腦屏幕前或者鑲嵌在屏幕上，借助紅外技術和樣本識別軟件的幫助，就能記錄用戶視線目光的轉移。該眼動跟蹤儀已在廣告、網站、產品目錄、雜志效用測試和模擬研究領域進行了應用。

由于眼動跟蹤能夠代替鍵盤輸入、鼠標移動的功能，科學家據此研發出了可供殘疾人使用的計算機，使用者只需將目光聚集在屏幕的特定區域，就能選擇郵件或者指令。未來的可穿戴式電腦也可以借助眼動跟蹤技術，更加方便地完成輸入操作。

電觸覺刺激

通過電刺激實現觸覺再現，可以讓盲人“看見”周圍的世界。

英國國防部已經推出了一款名為BrainPort的先進儀器，這種裝置能夠幫助失明者用舌頭來獲知環境信息。

BrainPort配有一副裝有攝像機的眼鏡，一根由細細電線連接的“棒棒糖”式塑料感應器和一部手機大小的控制器?？刂破鲿⑴臄z到的黑白影像變成電子脈沖，傳到盲人使用者口含的感應器之中，脈沖信號刺激舌頭表面的神經，并由感應器上的電極傳到大腦，大腦就會將感知到的刺激轉化成一幅低像素的圖像，從而讓盲人清楚地“看到”各種物體的線條及形狀。該裝置的首個試用者、失明的英國士兵克雷格·盧德伯格現在已經能夠在不靠外力輔助的情況下獨立行走，進行正常閱讀，并且他還成為了英格蘭國家盲人足球隊的一員。

從理論上來說，指尖或者身體的其他部位也能夠像舌頭一樣被用來實現觸覺再現，并且隨著技術進步，大腦所感知到的圖像的清晰度將大幅提高。在將來，還可經由可見光譜之外的脈沖信號來刺激大腦形成圖像，從而產生很多新奇的可能，比如應用在可見度極低的海域使用的水肺潛水裝置。

仿生隱形眼鏡

數十年來，隱形眼鏡一直是一種用于矯正視力的工具，而現在，科學家希望將電路集成在鏡片上，打造出功能更強大的超級隱形眼鏡，它既可以讓佩戴者擁有將遠處物體“拉近放大”的超級視力，顯示出全息圖像和各種立體影像，甚至還可以取代電腦屏幕，讓人們隨時享受無線上網的樂趣。

美國華盛頓大學電子工程系的科學家們就利用自組裝技術，使納米大小的細粉狀金屬成分在聚合體鏡片上“自我裝配”成微電路，成功地將電子電路與人造晶體結合在一起。該項目負責人巴巴克·帕維茲稱，仿生隱形眼鏡使用了現實增強技術，可以讓虛擬圖像同人的視野所及之處的真實景象相疊加，這將完全改變人與人之間、人與周圍環境互動的方式。一旦最后設計成功，它可以把遠處的物體放大到眼前，可以讓電游玩家仿佛親身進入到虛擬的“游戲世界”中，也可以讓使用者通過只有自己能看到的“虛擬屏幕”無線上網。

由于這種隱形眼鏡會始終與人體體液保持接觸，其也可被用作非侵入式的人體健康監測儀，比如監測糖尿病人體內胰島素水平。帕維茲預測，類似的監測儀器在5年到10年內就可能面世。

人機界面

人機界面也被稱為“腦機接口”，它是在人或動物腦（或者腦細胞的培養物）與外部設備之間建立的直接連接通路，即使不通過直接的語言和行動，大腦的所思所想也可以借由這條通路向外界傳達。

人機界面分為非侵入式和侵入式兩種。在非侵入式人機界面中，腦電波是通過外部方式讀取的，比如放置在頭皮上的電極可以解讀腦電圖活動。以往的腦電圖掃描需要使用導電凝膠仔細地固定電極，獲得的掃描結果才會比較準確，不過現在技術得到改進后，即使電極的位置不那么精準，掃描也能夠將有用的信號撿取出來。其他的非侵入式人機界面還包括腦磁圖描記術和功能磁共振成像等。

為了幫助有語言和行動障礙的病患，美國、西班牙和日本的研究人員近年來已經相繼開

發出了“意念輪椅”，這些裝置都是利用外部感應器來截獲患者大腦發出的神經信號，然后將信號編碼傳遞給電腦，再由電腦分析并合成語言或形成菜單式操控界面，來“翻譯”患者的需求，并讓輪椅按照這些需求為患者服務，讓他們真正做到“身隨心動”。

去年4月，美國威斯康星州立大學麥迪遜分校的生物醫學博士生亞當·威爾遜戴上自己研制的一種新型讀腦頭盔，然后想了一句話：“用腦電波掃描發送到Twitter上去。”于是這句話出現在了他的微博上。由于技術限制，該設備每分鐘只能輸入10個字母，但卻顯示了可觀的應用前景。閉鎖綜合征患者（意識清醒，對語言的理解無障礙，但因身體不能動，不能言語，常被誤認為昏迷的病人）和四肢癱瘓者都有望依靠大腦“書寫”文字、控制輪椅移動來重新恢復部分功能。

而侵入式人機界面的電極是直接與大腦相連的。到目前為止，侵入式人機界面在人身上的應用僅限于神經系統修復，通過適當的刺激，幫助受創的大腦恢復部分機能，比如可以再現光明的視網膜修復，以及能夠恢復運動功能或者協助運動的運動神經元修復等?？茖W家還嘗試在全身癱瘓病患的大腦中植入芯片，并成功利用腦電波來控制電腦，畫出簡單的圖案。

美國匹茲堡大學去年在開發用大腦直接控制的義肢上取得了重大突破。研究人員在兩只猴子大腦運動皮層植入了薄如發絲的微型芯片，這塊芯片與做成人手臂形狀的機械義肢無線連接。芯片感受到的來自神經細胞的脈沖信號被電腦接收并分析，最終可轉化為機械手臂的運動。試驗結果顯示，這套系統行之有效。猴子通過思維控制機械手臂抓握、翻轉、拿取，行動自如地完成了進食動作。

除了醫療領域，人機界面還有很多令人驚嘆的應用。比如家庭自動化系統，可以根據是誰在房間里面而自動調節室溫;當人入睡之后，臥室的燈光會變暗或者熄滅;如果有人中風或者突發其他疾病，會立即呼叫護理人員尋求幫助。

到目前為止，大部分人機界面都采用的是“輸入”方式，即由人利用思想來操控外部機械或設備。而由人腦來接收外部指令并形成感受、語言甚至思想還面臨著技術上的挑戰。

不過，神經系統修復方面的一些應用，比如人工耳蝸和人造視覺系統的植入，可能開創出一條新思路：有一天科學家或許能夠通過與我們的感覺器官相連，從而控制大腦產生聲音、影像乃至思想。但與此同時，隨著各種與人類神經系統掛鉤的機械裝置變得越來越精巧復雜、應用范圍越來越廣泛、并且逐步擁有遠程無線控制功能時，安全專家們就要擔心“黑客入侵大腦”的事件了。
責編AJX