• Thứ Hai, 28/02/2011 11:42 (GMT+7)

    Điện toán xúc giác - Giấc mơ công nghệ

    Hồng Vy
    Thành công đầy bất ngờ của iPhone với màn hình cảm ứng đa chạm trong vài năm vừa qua đã "thêm lửa" cho ngành điện toán xúc giác vốn phát triển ì ạch trước đó.

    Nhắc đến điện toán xúc giác (tactile computing) hay còn gọi là điện toán cảm ứng dựa trên xúc giác, nhiều người nghĩ ngay đến cách thức điều khiển các tính năng của "quả táo" iPhone thông qua màn hình cảm ứng đa chạm, song đó cũng chỉ là một phần rất nhỏ trong lĩnh vực đầy sáng tạo này. Về cơ bản, hệ thống cảm ứng xúc giác cho phép người dùng điều khiển đối tượng bằng tay hay chạm vào màn hình để tương tác với dữ liệu cũng như phần mềm cài đặt sẵn. Điều đó có nghĩa là với điện toán xúc giác, người dùng có thể tạm thời quên đi các thiết bị điều khiển truyền thống như chuột và bàn phím. Ví dụ, nếu muốn di chuyển một đối tượng xung quanh màn hình máy tính, bạn chỉ cần tháo găng tay (nếu có) và sau đó dùng ngón tay (cũng có thể là cả bàn tay) hay thậm chí một chiếc điện thoại di động để "thôi miên" đối tượng này.

    Khởi đầu khó khăn

    Đầu thập kỷ này (năm 2001), dự án chiếc bàn ma thuật Surface (xem thêm trên ID:A1001_86 hoặc tại đây) đã được gã khổng lồ Microsoft âm thầm khởi động và chính thức công bố vào tháng 5/2007. Cũng trong năm 2001, phòng thí nghiệm tại hãng Mitsubishi đã chế tạo thành công hệ thống điện toán cảm ứng mang tên Diamond Touch. Đến năm 2008, bản quyền Diamond Touch thuộc về hãng Circle Twelve và chiếc bàn cảm ứng trên nền tảng tiếp xúc điện dung này bắt đầu được thương mại hóa.

    Có thể nói, điện toán xúc giác khai thác những cảm giác tự nhiên của con người đối với các định hướng tiếp xúc (chạm, vấu, miết hay nhịp tay lên màn hình) và không gian (quan sát bằng mắt), từ đó các hệ thống điện toán xúc giác sẽ cung cấp khả năng điều khiển một cách chính xác và tức thời đối với những gì đang diễn ra trên màn hình hay bề mặt tiếp nhận tương tác.

    Theo dự báo, trong tương lai, máy tính cũng như các thiết bị điện tử khác sẽ hỗ trợ nhiều giao tiếp, từ cảm ứng màn hình, giọng nói cho đến xúc giác, thậm chí nhiều thiết bị thông minh có thể phân biệt rạch ròi sự khác biệt của 2 mặt bàn tay cũng như cử chỉ của các ngón tay - tất cả mang đến cho con người khả năng điều khiển và vận hành thiết bị một cách tự nhiên. Có thể thấy, điện toán xúc giác phải ghi nhận và hiểu được các hành vi điều khiển của người dùng, từ đó tạo ra một thư viện "từ vựng cảm ứng" để đáp ứng mọi sự khác biệt trong cách thức mà người dùng tương tác với thiết bị.

    "Chìa khóa" phần cứng

    Một hệ thống cảm ứng xúc giác cần tối thiểu 3 thành phần để hoạt động, gồm có bề mặt hiển thị (thường là màn hình cảm ứng), phần mềm/phần cứng điều khiển và quan trọng nhất là hệ thống cảm biến (tương tác).

    Ví dụ, TouchWall - một sản phẩm điện toán xúc giác khác được Microsoft giới thiệu năm 2008, cho phép người dùng điều khiển các đối tượng trên màn hình bằng 2 bàn tay. Được điều khiển bởi phần mềm Flex và phát triển trên nền tảng công nghệ của Surface, màn hình TouchWall sử dụng các cảm biến hồng ngoại để ghi nhận sự chuyển động của bàn tay và các ngón tay trên màn hình cảm ứng đa điểm, nhận dạng hành vi ra dấu của người dùng để từ đó quyết định tác vụ cần thực hiện. Trong lần trình diễn tại CEO Summit (năm 2008), TouchWall cho thấy có thể hiển thị cùng lúc hơn 2 khung màn hình, hỗ trợ nhiều người dùng cùng lúc và phản hồi chính xác các cử chỉ điều khiển bằng tay của từng người dùng. Microsoft cho biết, trong tương lai, các thế hệ TouchWall và cả Surface mới sẽ hỗ trợ khả năng điều khiển không gian 3D (3D spatial control), tức cho phép người dùng tương tác với đối tượng bằng cách di chuyển tay (và ngón tay) mà không phải chạm trực tiếp vào màn hình.

    Theo nhiều chuyên gia, để điện toán xúc giác có thể trở nên đại trà nhất thiết phải có sự "bắt tay" giữa các hãng sản xuất phần cứng và phần mềm trong việc tạo ra những giao thức chuẩn.

    Khác biệt công nghệ

    Hệ thống ăng-ten trong Diamond Touch.

    Mỗi hãng đều có công nghệ riêng cho các sản phẩm cảm ứng xúc giác. Ví dụ, Microsoft xem Surface là một nền tảng điện toán bề mặt (surface computing platform) đa điểm tiếp xúc có khả năng phản hồi các cử chỉ tay tự nhiên và các đối tượng của thế giới thật. Surface có kiểu dáng của một chiếc bàn cà phê, hỗ trợ giao diện người dùng 360 độ, diện tích bề mặt tương tác là 30" với một máy chiếu độ phân giải XGA (công nghệ DLP) được bố trí bên dưới bề mặt, kèm theo đó là 5 camera bên trong có nhiệm vụ ghi lại những phản hồi của đèn hồng ngoại từ các đối tượng và ngón tay của người dùng trên bề mặt tiếp xúc. Với Surface, bề mặt tiếp xúc chính là màn hình hiển thị. Surface hỗ trợ đa chạm (multitouch), đa người dùng (multiuser) và khả năng nhận diện vật thể cũng như cử động tay của người dùng. Surface được tối ưu để có thể ghi nhận 52 điểm chạm cùng lúc.

    Bốn tính năng mà Microsoft cho là quan trọng nhất trong Surface là tương tác trực tiếp, tiếp xúc đa điểm, đa người dùng và khả năng nhận dạng đồ vật. Đặc biệt, công nghệ của Surface còn cho phép các vật thể không phải là thiết bị số được sử dụng như thiết bị đầu vào. Ví dụ, một cọ vẽ thông thường có thể sử dụng như một cọ vẽ số trong một ứng dụng được thiết kế riêng cho Surface. Nhờ sử dụng camera làm thiết bị nhận diện tín hiệu đầu vào, Surface không còn phụ thuộc vào những thuộc tính "gò bó" của màn hình cảm ứng hay touchpad thông dụng như điện dung, điện trở hay nhiệt độ của thiết bị được sử dụng. Với Surface, "bộ óc" máy tính được tạo ra bởi một nguồn sáng LED phát sóng cận hồng ngoại (near-infrared), bước sóng 850nm hướng lên bề mặt bàn. Khi một vật thể được đặt lên mặt bàn (tức có hành vi chạm lên bề mặt tiếp xúc), nguồn sáng sẽ được phản chiếu đến nhiều camera hồng ngoại với một lưới độ phân giải 1024x768, qua đó cho phép Surface cảm nhận và tác động trở lại các vật thể chạm lên bề mặt. Nền tảng phần mềm của Surface hoạt động trên một phiên bản tùy biến của Windows Vista; Thiết bị hỗ trợ kết nối mạng có dây, không dây và cả Bluetooth 2.0. Các phần mềm dành cho Surface được viết bằng ngôn ngữ Windows Presentation Foundation hoặc Microsoft XNA.

    Trong khi đó, DiamondTouch cũng hỗ trợ cảm ứng đa người dùng nhưng hoạt động lại hoàn toàn khác so với những công nghệ cảm ứng khác. Giống Surface, DiamondTouch là chiếc bàn để nhiều người dùng cùng làm việc, kích thước bề mặt tiếp xúc kiêm màn hình hiển thị là 32"/42". Sự khác biệt rõ nét giữa Surface và DiamondTouch nằm ở chỗ DiamondTouch sử dụng công nghệ cảm ứng điện dung, kết hợp nhiều ăng-ten được nhúng bên dưới bề mặt tiếp xúc, đồng thời sử dụng các bộ thu phát độc lập (gắn ở ghế ngồi) để xác định người dùng nào đang tiếp xúc, điều khiển thiết bị. Khi người dùng chạm vào bề mặt, các ăng-ten ở gần điểm tiếp xúc sẽ tạo ra một nguồn tín hiệu với cường độ siêu nhỏ chạy qua cơ thể và bộ thu phát của chính người dùng đó. Bằng cách này, do mỗi người dùng có bộ thu phát riêng nên DiamondTouch dễ dàng biết được chính xác ai đang chạm vào bề mặt hay chạm vào đâu, có cử chỉ của các ngón tay/bàn tay như thế nào.

    Mô hình nhận dạng và sử lý của Diamond Touch.

    Phía trên cao của DiamondTouch là một máy chiếu có nhiệm vụ ghi nhận những cử chỉ của người dùng trên bề mặt tiếp xúc, định vị các đối tượng đang hiển thị trên màn hình, sau đó truyền dữ liệu này về máy tính điều khiển được kết nối với các bộ thu phát cũng như hệ thống nhận diện tiếp xúc trên bề mặt. Tại máy tính này, hệ thống sẽ phân tích hành vi của người dùng và từ đó phản hồi những tác vụ tương ứng (hiển thị hình ảnh mới, thay đổi trình đơn, kích hoạt tính năng).

    DiamondTouch hỗ trợ đa chạm, có khả năng nhận biết nhiều hình thái của bàn tay cũng như các cử chỉ của một hay hai bàn tay. Thư viện DiamondTouch SDK - đi kèm tất cả sản phẩm DiamondTouch cho phép các nhà phát triển ứng dụng xác định các giao tiếp cử chỉ riêng trong từng ứng dụng. Ngoài ra, DiamondTocuh còn cung cấp tính năng giả lập chuột và các “plugin” ứng dụng sử dụng vài cử chỉ đa chạm được định nghĩa sẵn, vì thế người dùng không cần phải là một lập trình viên để khai thác lợi ích từ khả năng đa chạm của DiamondTouch.

    Bằng cách trang bị một dãy ăng-ten dày đặc xếp đều theo hàng và cột, DiamondTouch hỗ trợ độ phân giải "chạm" lên đến 0,3mm. Làm thế nào để đạt được sự chính xác này trong khi khoảng cách giữa mỗi ăng-ten là 5mm và đầu ngón tay của người dùng thường có kích thước khoảng 1cm hay nhiều hơn nếu xét về đường kính? Một thao tác bình thường của đầu ngón tay sẽ làm cho người dùng tiếp xúc với vài ăng-ten cùng lúc. Khi đó, DiamondTouch sẽ "nội suy" ra vị trí có tín hiệu yếu nhất, sau đó tính toán với 16 vị trí giữa mỗi ăng-ten. Kết quả là, bằng cách di chuyển các đầu ngón tay, người dùng có thể chọn được các pixel riêng trên một màn hình độ phân giải cao. Vì sử dụng màn hình cảm ứng điện dung nên các thao tác như làm rớt điện thoại, chìa khóa, tài liệu lên DiamondTouch đều không gây ảnh hưởng.

    Giấc mơ được hiện thực

    Điện toán cảm ứng không còn là giấc mơ, thay vào đó, rất nhiều sản phẩm trên nền tảng Surface hay DiamondTouch đã có mặt trong một số lĩnh vực như nhà hàng, khách sạn, cửa hàng bán lẻ. Ví dụ, tại các sòng bạc Las Vegas hay nhà hàng lớn tại Mỹ, Surface xuất hiện như một bảng thực đơn, cho phép khách hàng chọn món, gọi thức uống. Còn tại các khách sạn, Surface cho phép khách hàng tham khảo các tour du lịch hay chỉ đơn giản là đặt mua sách, nhạc và quà lưu niệm với thẻ tín dụng. Còn tại các cửa hãng của AT&T, khách hàng có thể sử dụng Surface để tham khảo các gói cước dịch vụ, thậm chí đặt 2 mẫu điện thoại lên mặt bàn để thiết bị đưa ra những so sách về tính năng, giá cả cũng như đề xuất gói cước phù hợp.

    Một ứng dụng khác của điện toán cảm ứng là "phông nền" Magic Wall mà kênh truyền hình CNN sử dụng cho các bản tin thời tiết - người dẫn chương trình có thể linh hoạt kéo thả biểu đồ, hình ảnh và bản đồ bằng cả 2 tay. Trong lĩnh vực giáo dục, giải pháp I/O Brush của Học viện Kỹ thuật Massachusetts nhúng các cảm biến chạm, đèn và một camera bên dưới một tấm phông mềm, qua đó cho phép trẻ em chạm cọ vẽ vào những vật thể ở thế giới thực như sách, bông hoa, dĩa…. và sau đó thiết bị sẽ vẽ lại mọi thứ lên màn hình máy tính.

    Còn với người dùng phổ thông, trong lĩnh vực máy tính cá nhân, cảm ứng xúc giác đã phần nào được thể hiện trên MacBook Air của Apple hay một số dòng máy TouchSmart của HP.

    Nhìn chung, điện toán xúc giác đang từng bước thâm nhập thế giới công nghệ thông tin dưới nhiều hình thái khác nhau. Điều khiển ứng dụng, thiết bị bằng giọng nói hay tương tác trên màn hình cảm ứng thôi chưa đủ, tương lai chính là điện toán xúc giác với sự tự do của bàn tay và khả năng điều khiển mọi vật thể liên quan.

    ID: A1101_75