隨著科技的發(fā)展，生物特征與生物電正深入到人機(jī)交互中……

每個(gè)個(gè)體都有唯一的可以測(cè)量或可自動(dòng)識(shí)別和驗(yàn)證的生理特性或行為方式，即生物特征。它可劃分為生理特征（如指紋、面像、虹膜、掌紋等）和行為特征（如步態(tài)、聲音、筆跡等）。生物特征識(shí)別就是利用這些個(gè)體固有的特征信息進(jìn)行身份鑒別。在人機(jī)交互中，生物特征也主要運(yùn)用于身份鑒別。

運(yùn)用最成熟和廣泛的的生物特征就是指紋了。拋開(kāi)日常所見(jiàn)的考勤機(jī)、簽到機(jī)不談。指紋識(shí)別早在功能機(jī)時(shí)代就已經(jīng)進(jìn)入了手機(jī)中用于身份識(shí)別（F505i – 由日本電信公司NTT DoCoMo在2003年7月推出）。在智能手機(jī)時(shí)代，摩托羅拉和HTC都曾發(fā)布過(guò)帶有指紋識(shí)別的智能手機(jī)，但若說(shuō)是更為成熟和廣泛的應(yīng)用，是在蘋果發(fā)布iPhone5s之后，緊隨其后的三星在自己家的旗艦機(jī)Galaxy S5上也采用了指紋識(shí)別，不同的是，三星采用的滑動(dòng)式指紋識(shí)別，蘋果采用的是按壓式的指紋識(shí)別。在操作上，按壓式指紋識(shí)別的用戶體驗(yàn)明顯優(yōu)于滑動(dòng)式指紋識(shí)別，并且支持360度的指紋識(shí)別。目前各手機(jī)廠商也均采用了按壓式的指紋識(shí)別方案。

到今天，指紋已經(jīng)不僅僅用于解鎖屏幕時(shí)的身份鑒別，而且在各種支付場(chǎng)景中，也都得到廣泛應(yīng)用，免去輸入密碼的繁瑣。

在安全性上，指紋識(shí)別仍存在較大爭(zhēng)議，雖然其避免了輸入密碼時(shí)可能被偷窺的可能性，但是最大的漏洞是缺乏生物活性的檢測(cè)，而指紋是可以復(fù)制的。通過(guò)竊取他人指紋，再使用橡膠對(duì)指紋進(jìn)行復(fù)制，完全可以騙過(guò)手機(jī)的指紋身份驗(yàn)證，解鎖手機(jī)。

面部識(shí)別早已不是新鮮事，記得早在三星的Galaxy S3上，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了人臉解鎖，但識(shí)別精度和識(shí)別速度都很不令人滿意，其安全性也極低，可以輕易地使用照片來(lái)騙過(guò)手機(jī)，解鎖屏幕，實(shí)用性不強(qiáng)，這也是面部識(shí)別發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)。

9月蘋果發(fā)布iPhone X，首次用面部識(shí)別代替指紋識(shí)別作為身份驗(yàn)證的解決方案。相比于其他廠商在全面屏手機(jī)中采用后置指紋識(shí)別的方案，可以說(shuō)又是跨躍性的一步。根據(jù)蘋果官方說(shuō)法，隨機(jī)挑人能夠指紋解鎖你手機(jī)的概率是1/50000，而面部識(shí)別能解鎖你手機(jī)的概率是1/1000000。但iPhone x所采用的面部識(shí)別，可以不被照片欺騙了嗎？雖然沒(méi)有實(shí)際測(cè)驗(yàn)過(guò)，但根據(jù)其“劉?！辈糠炙植嫉母鞣N傳感器元器件來(lái)說(shuō)，似乎是的。

iPhone X面部識(shí)別硬件結(jié)構(gòu)

除傳統(tǒng)的聽(tīng)筒和前置攝像頭外，還有一個(gè)可以投射30000多個(gè)肉眼不可見(jiàn)的光點(diǎn)的點(diǎn)陣投影器以及讀取點(diǎn)陣的紅外鏡頭和泛光感應(yīng)元件。大部分人可能并不了解其工作原理，這點(diǎn)可以參考結(jié)構(gòu)光3D成像原理，筆者的畢業(yè)設(shè)計(jì)剛好與之相關(guān)，通過(guò)線形激光在物體表面移動(dòng)，攝像頭采集各個(gè)時(shí)刻線條的形狀結(jié)構(gòu)，反推物體表面的三維結(jié)構(gòu)。

類似的，蘋果通過(guò)30000多個(gè)點(diǎn)陣在面部的分布位置，通過(guò)合適的算法就可以反推出面部的3D輪廓。也就是說(shuō)手機(jī)中所存儲(chǔ)的是面部的三維輪廓，每次識(shí)別時(shí)也是對(duì)比實(shí)時(shí)三維輪廓，也就從根源上避免了可能被照片欺騙的問(wèn)題。而且根據(jù)發(fā)布會(huì)介紹，進(jìn)行面部識(shí)別時(shí)，眼睛必須注視手機(jī)，否則將無(wú)法解鎖，可以說(shuō)是增加了生物活性的檢測(cè)，從一定程度上避免了復(fù)制特征解鎖的可能性。

雖不是果粉，但不得不說(shuō)蘋果真的很強(qiáng)大。當(dāng)別的廠商還在糾結(jié)到底要不要使用充滿詬病的面部識(shí)別的時(shí)候，蘋果已經(jīng)使用了最前沿的3D面部識(shí)別技術(shù)。所以，蘋果就算背負(fù)著罵名也要留著那一撮“劉?！?。

在行為特征中，大家最熟悉也是目前發(fā)展迅速就是語(yǔ)音了。而且已經(jīng)不再僅僅局限于語(yǔ)音識(shí)別，向難度更大的語(yǔ)意識(shí)別邁進(jìn)。

可以發(fā)現(xiàn)，任何一款手機(jī)的系統(tǒng)內(nèi)置應(yīng)用中，都有語(yǔ)音識(shí)別軟件。蘋果有Siri,三星有最新的Bixby。根據(jù)目前了解，小米、華為、魅族均采用了科大訊飛的語(yǔ)音識(shí)別引擎，在識(shí)別精度和基本功能上，并無(wú)較大差別。關(guān)于Siri、Bixby有更為詳細(xì)的評(píng)測(cè)介紹。

筆者曾對(duì)比分析小米、華為、魅族的語(yǔ)音識(shí)別，以華為為例，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別，可以實(shí)現(xiàn)撥打電話、翻譯、管理鬧鐘、管理日程、管理備忘錄、嘀嘀打車、發(fā)微博、查詢生活資訊、發(fā)送信息、查詢出行信息、打開(kāi)系統(tǒng)常用開(kāi)關(guān)、播放／查找音樂(lè)、查找餐館、百科搜索、查找菜譜、使用高德地圖、查詢天氣、打開(kāi)應(yīng)用查找地圖、搜索、打開(kāi)常用網(wǎng)站、查詢股票、查看幫助共22個(gè)場(chǎng)景。

但實(shí)際上，用戶對(duì)于智能手機(jī)中語(yǔ)音識(shí)別并不在意，日常使用頻率很少。其主要原因在于在大部分場(chǎng)景中，語(yǔ)音識(shí)別式的交互仍存在技術(shù)和用戶體驗(yàn)上的一些問(wèn)題。首先是啟動(dòng)問(wèn)題，用戶既然可以使用觸控的方式去啟動(dòng)手機(jī)上的語(yǔ)音識(shí)別功能，然后輸入語(yǔ)音去完成某項(xiàng)操作，為什么不直接靠觸控去完成想要進(jìn)行的操作呢。在這點(diǎn)問(wèn)題上，可以看到華為做了些許努力，華為的語(yǔ)音助手支持語(yǔ)音喚醒和藍(lán)牙耳機(jī)按鍵喚醒，雖然功能基本實(shí)現(xiàn)，但識(shí)別率仍較低。根據(jù)使用習(xí)慣，藍(lán)牙耳機(jī)按鍵喚醒則更適用于駕駛環(huán)境中，但筆者使用魅族的EP51藍(lán)牙耳機(jī)連接后，發(fā)現(xiàn)并不能通過(guò)耳機(jī)按鍵喚醒？？？

到目前為止，語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確度都已較高，在語(yǔ)意識(shí)別上的相關(guān)研究也正進(jìn)一步推進(jìn)，但最大的問(wèn)題在于通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別進(jìn)行人機(jī)交互的隱私性太弱。與傳統(tǒng)的觸控操作不同，語(yǔ)音交互相當(dāng)于直接把自己的操作過(guò)程和意圖暴露到使用環(huán)境中去。想想自己在上班的時(shí)候，在工位對(duì)著手機(jī)說(shuō)：幫我查一查xxx股票／幫我發(fā)一個(gè)微博。相信大多數(shù)人都不會(huì)選擇這么干。

相比智能手機(jī)上的語(yǔ)音識(shí)別，近期在家庭生活場(chǎng)景中，以智能音箱的身份出現(xiàn)的語(yǔ)音識(shí)別似乎更能引起人們的注意力。畢竟在家中不必?fù)?dān)心旁人聽(tīng)到自己都干了什么。

小米AI智能音箱

筆者曾在小米之家調(diào)戲小愛(ài)同學(xué)，不僅由于在家庭生活場(chǎng)景中，可以直接或間接地與各種智能硬件、家用電器等實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的連接?？梢哉f(shuō)語(yǔ)音識(shí)別在從可玩兒到可用慢慢轉(zhuǎn)變。而且其不僅僅從簡(jiǎn)單的語(yǔ)音識(shí)別切入，而是以語(yǔ)音+智能場(chǎng)景（硬件）的方式切入，類似于目前家電企業(yè)的“智慧家居”。

相信看過(guò)鋼鐵俠的都知道托尼的賈維斯智能管家是多么酷炫和強(qiáng)大的存在。而且在家庭生活中，似乎更適合使用語(yǔ)音的方式進(jìn)行交互，做法的時(shí)候可能想把電視關(guān)掉，而此時(shí)手已經(jīng)沾滿了水，你只要說(shuō)一聲就好；睡下的時(shí)候忘了給空調(diào)定時(shí)，又不想去拿遙控器，你只要說(shuō)一聲就好；而且也不會(huì)存在隱私暴露的情況。智能音箱已經(jīng)不僅僅再是一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別的工具，而是作為一個(gè)多設(shè)備控制器的形式進(jìn)入我們生活中，語(yǔ)音僅僅是作為適用于這個(gè)場(chǎng)景的一種交互方式。畢竟你肯定不希望得到的是一個(gè)集空調(diào)、電視、頂燈開(kāi)關(guān)于一體的有著數(shù)不清的按鍵的超大遙控器。

相比生物特征，通過(guò)生物電來(lái)進(jìn)行人機(jī)交互，了解的人并不是很多，可以說(shuō)這是一種未來(lái)的交互方式，大部分仍處于實(shí)驗(yàn)和研究階段。由于筆者曾在某電子科技大學(xué)主修生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，對(duì)此方面有一定了解。

生物的器官、組織和細(xì)胞在生命活動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的電位和極性變化。它是生命活動(dòng)過(guò)程中的一類物理、物理-化學(xué)變化，是正常生理活動(dòng)的表現(xiàn)，也是生物活組織的一個(gè)基本特征。人類在進(jìn)行各項(xiàng)生理活動(dòng)時(shí)都在放電。心臟跳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生1～2毫伏的電壓，眼睛開(kāi)閉會(huì)產(chǎn)生5～6毫伏的電壓，而思考問(wèn)題時(shí)大腦會(huì)產(chǎn)生0.2～1毫伏的電壓。

生物電信號(hào)經(jīng)過(guò)采集、濾波、放大后可作為特定的輸入控制信號(hào)，從而組成人-機(jī)系統(tǒng)。

生物電在人機(jī)交互中，同樣既可以作為身份鑒別特征，也可以作為控制輸入。

大家平時(shí)接觸較多的是心電，每個(gè)心電周期的曲線都由一個(gè)P波、一個(gè)QRS波群、一個(gè)T波、一個(gè)U波,由于個(gè)體的年齡、行別、體重以及心臟的大小、位置、結(jié)構(gòu)以及胸腔結(jié)構(gòu)存在或大或小的差異，這些差異會(huì)作用于心電周期內(nèi)的某個(gè)波上，因此在大的總體特征下，每個(gè)人在不同的波段的波峰、波谷又存在一些個(gè)性特征。通過(guò)提取、比較細(xì)微的個(gè)體差別，就可以通過(guò)心電進(jìn)行身份的鑒別。這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)，相比指紋識(shí)別、面部識(shí)別，心電身份識(shí)別的隱私性和可復(fù)制性更低，有著更高的安全性。而且華米的米動(dòng)健康手環(huán)已經(jīng)搭載這一功能，但僅僅是作為beta版的功能上線，識(shí)別精度和識(shí)別速度上仍有不少問(wèn)題。

與心電不同，肌電信號(hào)多用于控制輸入，不同的肌肉運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生不同的肌電信號(hào)，將不同的肌電信號(hào)作為輸入便可進(jìn)行操作和控制，相當(dāng)于可以凌空進(jìn)行操作，不必說(shuō)話，也不必接觸被控制器，只需一個(gè)信號(hào)采集器，便可通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行控制。也許旁人看到你在手舞足蹈，但其實(shí)你只是在切換歌曲或者切換電視節(jié)目。由于生物電信號(hào)及其微弱，信號(hào)采集后干擾信號(hào)較多，需要進(jìn)行大量的放大、濾波操作。所以信號(hào)采集處理設(shè)備很難做到體積微小。這也是目前限制其發(fā)展的一個(gè)主要原因。

通過(guò)肌電信號(hào)控制的智能手表

相比心電、肌電，腦電的開(kāi)發(fā)前景可以說(shuō)是沒(méi)有盡頭。個(gè)人認(rèn)為，也是人機(jī)交互的終極。

首先，腦電可以像心電一樣作為個(gè)體特征進(jìn)行身份識(shí)別，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，我每次在腦海中想象我的手和你每次在腦海中想象你的手所產(chǎn)生的腦電信號(hào)是具有個(gè)體特征的，也就可以用做身份識(shí)別了。

另外，腦電還可作為控制輸入，可以實(shí)現(xiàn)所謂的“意念操作”，通過(guò)想象不同的物體、動(dòng)作、詞匯，產(chǎn)生的腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波后作為控制輸入信號(hào)。當(dāng)然目前也是僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段。相信技術(shù)成熟后，對(duì)殘障人士將會(huì)產(chǎn)生巨大的幫助，在人機(jī)交互中，也有不可估量的發(fā)展前景。到那一刻，你不必用手去觸摸，也不必說(shuō)話，更不必手舞足蹈，只需冥想。

通過(guò)腦電信號(hào)控制的“意念小球”

可以說(shuō)，人機(jī)交互的方式隨著科技發(fā)展在漸漸脫離雙手，脫離肢體，轉(zhuǎn)向“全面交互”。

作者：孤星守月

來(lái)源：http://www.jianshu.com/p/a8e296669d10

本文由 @孤星守月 授權(quán)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理，未經(jīng)作者許可，禁止轉(zhuǎn)載。

題圖來(lái)自PEXELS，基于CC0協(xié)議