數字手套手寫識別技術即將到來

研究人員致力於透過研究手部肌肉如何用於建立不同的字元來數字化手寫


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一個研究團隊正在著眼於手寫,而不是不斷縮小的鍵盤(這讓打字員感到沮喪),以尋求改進我們向計算機和手機輸入資訊的方式。他們說,關鍵(特別是對於我們當中不太靈巧的人來說)是“數字手”技術,這是一種裝有嵌入式感測器的手套,可以將手部肌肉在書寫行為中產生的電脈衝轉換為數字文字——在任何表面上,使用任何筆、鉛筆甚至手指。

可以讀取和儲存個人手寫內容為數字文字的數字筆已經存在多年。但是,位於紐約州奧格登斯堡的Norconnect, Inc.公司的總裁兼首席技術官邁克爾·林德曼希望提供一種替代方案,這種方案不依賴於特殊的書寫裝置或紙張。

在他的研究的第一階段,林德曼與杜克大學神經生物學系的高階研究科學家米哈伊爾·列別捷夫(在建模和統計分析方面具有專長)以及紐約州坎頓市聖勞倫斯大學的神經科學家兼生物學教授約瑟夫·埃利希曼(專長是手部肌肉解剖學、生理學和肌電圖或 EMG)一起進行了一系列實驗,以更好地瞭解手部肌肉在書寫行為中的工作方式。與任何身體運動一樣,當筆落在紙上時,肌肉組織收縮併發出電訊號,這些訊號被髮送到大腦

為了讀取這些訊號,研究人員建立了一個原型手套,手套上的電極位於手部不同的肌肉上,並連線到計算機。當手移動時,透過 EMG 記錄來自參與該過程的不同肌肉的訊號。當研究人員檢查這些測試的結果時,他們發現了手繪製的各個字元的獨特模式。

亞利桑那大學醫學院鳳凰城分校的生理學副教授安德魯·富格列萬德說,林德曼的目標是使用這些資料來預測手在書寫時的筆的軌跡,林德曼在他的研究期間諮詢過他。(林德曼還諮詢了波士頓大學工程學院神經肌肉研究中心主任卡洛·德盧卡。)富格列萬德說:“從那裡,他將能夠弄清楚筆正在繪製哪個字元。”

林德曼和他的同事選擇使用皮膚表面電極進行測試。雖然當電極直接插入正在研究的肌肉中時,EMG 測量會更準確,但他們最終建立的任何手寫識別裝置都必須不引人注目地讀取訊號。林德曼能夠識別電極拾取的訊號中的不同模式,並將這些模式與已書寫的不同字元相關聯。富格列萬德說:“他所做的只是試圖在這些模式中尋找特定的簽名,而且他能夠以令人印象深刻的方式提取資訊。”

富格列萬德自己的研究依賴於 EMG 來研究與不同運動相關的肌肉活動模式,目的是更好地瞭解如何在癱瘓個體中重新啟用肢體。他說,當某人患有脊髓損傷時,肌肉仍然是可行的,但訊號無法從大腦傳遞到肌肉。林德曼的工作基本上可以反向工程,以幫助富格列萬德的研究。富格列萬德說:“這將對所謂的神經假體裝置的開發產生影響。” 林德曼“正在記錄來自許多神經元的電活動,並從中預測一個人在移動他們的肢體或描繪字母方面正在做什麼。”

林德曼說:“在這一點上,我們已經證明了這個概念,並且正在進行第二階段以開發完整的原型。”他補充說,他用 2007 年 7 月收到的 10 萬美元國家科學基金會 (NSF) 小型企業創新研究 (SBIR) 專案資助支付了第一階段的費用。現在他正在向 NSF 尋求第二輪 50 萬美元的資金,這將幫助他在三年內構建更先進的原型。雖然當前的原型在物理上連線到計算機,但下一代將透過藍牙無線傳輸資料到計算機或手機。紐約州奧格登斯堡的安森公司將在該技術準備好更廣泛使用時幫助研究人員製造和分銷該技術。

數字手將成為“智慧筆”和觸控式螢幕手指書寫技術的替代品。Livescribe 的 PulseLeapfrog Enterprise 的FLY Fusion 是高科技筆,它們依賴於感測器和帶有嵌入點的特殊紙張來捕獲和數字化使用者的手寫內容。與此同時,包括摩托羅拉、泛泰無線、LG 電子和 HTC 公司在內的手機制造商銷售允許使用者直接在手機螢幕上書寫的手持裝置。但是這些裝置的成本比普通手機高出幾百美元,並且並非所有裝置都在美國銷售。林德曼說,這些技術並沒有完全正確,因為它們用特定於單個裝置的技術取代了鍵盤。“使用者應該有自由選擇任何筆或紙來書寫,”他說。

林德曼預計數字手套的價格將與數字筆具有競爭力。“我們的市場研究表明,人們願意為此花費大約 100 美元,”他說。

Norconnect 正在奧格登斯堡的弗雷德里克·雷明頓藝術博物館的幫助下追求的另一個專案是將數字手概念應用於繪畫和其他藝術活動,以及手寫。林德曼說,基於 EMG 的裝置將為藝術家提供一種開發他們創造力的新工具,透過捕捉和解釋來自各種手臂肌肉的訊號來創作繪畫。“我們的目的是首先研究二維繪畫,”他補充說,“然後在下一個專案中發展到三維藝術手和手臂運動。”

最後,林德曼還關注鍵盤如何改變人們的交流方式,使像“lol”(“laugh out loud”,對於你們這些傳統主義者來說)和“omg”(“oh my god”)這樣的可愛縮寫比更細緻的語言更受歡迎。“人們已經開始改變他們的語言來適應技術,”他指出,而應該是反過來。

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