Nová akustická technologie: zvukový podpis

6. prosinec 2005

Přeměnit desku pracovního stolu na počítačovou klávesnici nebo obyčejnou zeď na spínač? Takováto kouzla umožňuje nová technologie Sensitive object spočívající na principu tzv. zvukového podpisu.

Začne se nalepením samolepek označených různými písmeny abecedy, číslicemi či jinými znaky. Můžete je rozmístit kam chcete, třeba na desku vašeho psacího stolu. Pak už stačí jenom konečkem prstu klepnout na tuto novou "klávesu" a příslušné písmeno či znak se objeví na obrazovce vašeho počítače. Kouzlo? Nikoliv, pouze zcela čerstvá aplikace akustiky, se kterou přišli výzkumníci z pařížské Vlnové a akustické laboratoře (LOA). K této "magické klávesnici" je dovedl původní záměr nahradit elektrické spoje v systémech elektronického rozhraní, které umožňují rozeznat příslušnou klávesu, metodou akustického vyhledávání. Jinými slovy využít zvuk, který způsobí úhoz prstu na klávesu, k její identifikaci.

Výsledkem je VirtualB Keybord, klávesnice, která se skládá z několika sad samolepek a dvou snímačů zvukových vln. Tyto snímače, ne o mnoho větší než jednoeurová mince, se připojí k počítači a umístí na desku jakéhokoli stolu. Interaktivitu celého zařízení zajišťují právě dva zmíněné snímače akustických vln, které dokáží neomylně rozeznat sebemenší zvuk šířící se dřevěnou deskou stolu, vyvolaný vaším klepnutím na samolepkami vytvořenou klávesnici.

Logo

Zvuk je v podstatě tlaková vlna, která při svém průchodu hmotným prostředím stlačuje molekuly látky, kterou se šíří. Snímače používané v technologii Sensitive object k rozlišování zvukových vln jsou tedy ve své podstatě tlaková čidla na atomární úrovni. Jejich součástí jsou mj. i akcelerometry (měřiče zrychlení) MEMS (Micro Electromechanical Systems), které analyzují přemísťování hmoty ve třech rozměrech a získané informace transformují do podoby elektrických signálů. Používají se již nejméně patnáct let, a to především v kosmonautice, automobilovém průmyslu (airbagy), v medicíně, robotice a přirozeně ve vojenských aplikacích.

Cesta, která dovedla odborníky z LOA ke zmíněným výsledkům, však nebyla vůbec přímočará a jednoduchá. Každý fyzik ví, že zvuk se v tuhých materiálech šíří natolik chaoticky, že je prakticky nemožné vystopovat jeho trajektorii, tedy předpovědět jeho směr natož dráhu. Když klepnete na desku stolu, zvuková vlna se z bodu dotyku nezačne šířit rovnoměrně všemi směry jako například kola na klidné hladině rybníka po vhození kamínku. Trhlinky, suky, okraje desky atd. vytvářejí řadu nepravidelností, které odrážejí nebo zeslabují původní vlnu, takže výsledkem je nepopsatelný chaos, který znemožňuje rekonstituovat dráhu původní vlny a místo jejího vzniku.

Výzkumníci z Vlnové a akustické laboratoře však z této nepříjemnosti udělali přednost a založili na ní svou metodu. S pomocí vlastního zařízení na lokalizaci zvukových zdrojů studovali charakteristiky zvuku šířícího se v nejrůznějších prostředích jako funkci místa jeho vzniku. Od skleněné tabulky přes dřevěný stůl až po betonovou zeď. Výsledkem nespočetných experimentů bylo překvapivé zjištění: každé místečko povrchu, i ten nejmenší předmět má svůj charakteristický "akustický podpis". Když se jej dotknete, resp. klepnete, zvuková vlna, kterou to vyvolá, si nese charakteristiku místa úhozu. S trochou nadsázky to lze přirovnat ke genetickému otisku živých organizmů.

Logo

Je tedy možné velmi přesně odlišit dvě oblasti na jednom povrchu, neboli dvě klávesy vzdálené od sebe několik málo centimetrů, podle jejich zvukové charakteristiky, nebo chcete-li jejich akustického podpisu. A čím je struktura použitého materiálu nepravidelnější (mikrotrhlinky ve skle, suky v dřevu, zrna v betonu), tím lépe. Čím je přenos zvuku daným prostředím složitější, tím je zároveň výsledný "podpis" specifičtější.

Když se "zmapuje" povrch stolu a každému místu se přiřadí jeho zvukový podpis, zbývá už jen zařídit, aby po každém úhozu následovala interaktivní odezva. Za tím účelem vyvinuli pracovníci LOA vedení fyzikem Ros-Kirim speciální počítačový program: pokaždé, když zvukový snímač analyzuje akustický signál vyvolaný úhozem na klávesu, údaje jsou přeneseny na počítačové rozhraní, které se již postará o to, aby se na monitoru objevilo odpovídající písmeno či znak.

Potřebné zařízení se již začalo vyrábět a dodávat na trh jako tzv. stavebnicová virtuální klávesnice obsahující sadu samolepek a dva zvukové snímače. Zatím je o ně největší zájem v nemocnicích, kde se tímto způsobem personál zbaví změti kabelů povalujících se v koutech místností a věčně zaprášených a upatlaných klasických klávesnic. Nová klávesnice se dá kdykoli snadno vyčistit, a splňuje tak hygienické nároky zdravotnických zařízení. Novým rozhraním vybavené počítače se navíc snadno přepravují na manipulačních vozících podle momentálních potřeb jednotlivých pracovišť.

Další aplikace nové akustické technologie se přitom zdají být takřka nevyčerpatelné. Počínaje vypínači zabudovanými do zdí a stěn, které se uvedou do chodu poklepem na příslušná místa a bude jimi možné ovládat vše od radia po televizi, až po světla či žaluzie v oknech. Výše popsané zařízení je již například instalováno v jedné pařížské prodejně svítidel, kde si zákazníci pouhým klepnutím na výlohu či vitrínu mohou rozsvítit lampu, která se jim líbí. Připravují se pedagogické pomůcky pro školy, aplikace v interaktivních expozicích a muzeích, jedná se s výrobci hraček, nábytku a zařízení pro interaktivní domy a byty.

Logo

Pramen: Science et Vie, IX/2005

autor: Jiří Grospietsch
Spustit audio

Více z pořadu