手勢識別並不是一個新概念，但一直以來手勢識別的精度並不是很高。最近，一家初創公司——Chirp公司推出了一款微型超聲感測器（基於微機電系統（MEMS）的飛行時間（ToF）感測器），該感測器利用超聲換能器，通過手部和手指手勢為使用者提供對其設備的免觸摸控制，幫助實現真正的移動VR並創造下一代使用者介面。在最近的技術demo中，用戶可以在空中通過手勢控制平板電腦。
該公司的技術是源於美國加州大學伯克利分校和大衛斯分校的伯克利感測器和致動器中心，那裡的研究人員發現了一種小型化MEMS超聲感測器的新方法。之後，2013年在美國加州伯克利成立的初創公司Chirp Microsystems獲得了該技術的授權。它們表示，“在追求盡可能自然的控制和交互上，我們已經開發了觸控式螢幕、語音辨識和運動追蹤，下一次用戶體驗革命將基於聲音。”
或許有許多人已經瞭解過類似的基於光和攝像頭的系統，但Chirp的聯合創始人兼執行總監Michelle Kiang表示，這些解決方案在準確度不能媲美超聲波，而且功率消耗更大。她說：“基於紅外線或攝像頭的解決方案，在功率上可以消耗幾十毫瓦。但借助超聲波，我們只需幾十微瓦。足足減少了一千倍。基於攝像頭的系統需要機器視覺，這又會佔用大量的處理能力，而超聲只測量距離和距離，所以即使你使用多個設備，計算也十分簡單。”
Chirp的感測器工作時使用小型超聲換能器陣列發出一個聲波脈衝。這就好比使用回聲定位的蝙蝠一樣，聲波從物體（如你的手）反彈至晶片。通過計算飛行時間，晶片能夠確定物體相對於設備的位置，並且觸發程式設計行為。在空中揮動你的手可以觸發滾動螢幕行為，讓手朝向設備移動或移開抽離可以控制音量或強度，你還可以通過小幅度的手指移動來點擊或啟動指令。
手勢控制
換能器是壓電微加工超聲換能器（PMUT），可以把傳送至感測器膜結構上的超聲壓力轉換成電信號。因為換能器不使用類似於常規壓電感測器的背板，所以膜結構的運動沒有嚴格的限制，從而可實現更高品質的信號。Chirp的FoT感測器將PMUT與專有的超低功耗、混合信號的積體電路結合在一起，以處理飛行時間計算。
壓電微加工超聲換能器（PMUT）
由於晶片不依賴於外部處理器，它能夠以更少的功率和更小的形狀因數完成任務。另外，由於其工作原理類似於回聲定位，感測器允許設備追蹤三維空間中的運動，與觸控式螢幕的二維限制相比，這可以添加更多的控制選項。
Chirp表示，其ToF感測器比傳統的超聲換能器小一千倍。還有，設備不僅可以感測到手部揮動的大幅度手勢，而且可以感測到微小的手勢（如手指運動），精度可達到1mm。如此精度使得ToF感測器非常適合於可穿戴設備應用，其中設備由於過小，使用者無法正常使用觸控式螢幕和免手持應用，如無菌醫療或無塵室環境或資訊娛樂應用。
其實Chirp並不是第一個使用超聲波技術的。幾十年來，研究人員和企業已經嘗試所謂的聲學手勢控制或識別，通過聲音來監測運動並用於控制介面。任天堂甚至在1989年推出了遊戲外設Power Glove，通過超聲波感測器讓用戶使用手勢來控制遊戲。Power Glove唯一的問題是：這根本沒有用。（任天堂在一年後便停止生產）
但對基於聲音的手勢識別而言，Chirp的技術代表了“最新、最低功耗和最小形狀因數”的應用。Chirp Microsystems的ToF感測器支援對可穿戴設備和其他消費電子產品進行，非接觸式感知和“Inside-out追蹤”。
Chirp希望FoT晶片可以為VR/AR領域帶來變革。現在，如果VR應用都專注於運動追蹤控制器，比如說HTC Vive控制器和Oculus Touch。這些控制器成對出現，而且其設計會盡可能模仿人類手部的使用。例如，HTC和Oculus控制器不需要滑鼠或操縱杆來拾取物體，而是通過手部和手指真實地擠壓（扳機鍵）來讓用戶在虛擬空間中拾取物體。
這些解決方案的缺點在於（除了價格），它們使用基於光和攝像頭的追蹤，這再次回到功耗問題上，更不用說設置所需的額外硬體。而且在移動時，用戶被限制在給定的遊玩區域內。
Chirp Microsystems宣稱：我們的解決方案將會是一種顛覆性的解決方案，可以應對大家正在面臨的追蹤問題。與基於攝像頭的解決方案相比，通過將其晶片嵌入到頭顯以及單獨的控制器中，可實現一種更低功耗、更低延遲、更低成本和更高解析度的解決方案。Chirp的感測器可以發揮出體驗完整的身臨其境潛力，比基於攝像頭的系統提供更寬的視場，以及實現一個可在任何照明條件下運行的系統，這與基於光的系統不同。
更令人吃驚的是，把感測器嵌入頭顯可為移動VR/AR用戶提供一項非常誘人的功能：Inside-Out定位追蹤。Kiang指出：“因為一方（控制器）正在發射超聲波，而另一方（頭顯）正在接收超聲波，所以它可以追蹤設備（控制器或頭顯）。”這意味著，用戶不再局限於當前移動VR產品所提供的“環顧四周”，用戶將可以在VR環境中自由移動。這樣移動VR體驗將可以實現跟高端VR體驗一樣的6自由度追蹤，同時沒有遊玩區域的限制。
6自由度控制
超聲波手勢識別將是一種添加交互性的方式，無需使用觸控式螢幕或外部控制器。另外，超聲不會受到觸控式螢幕面臨的一些限制所影響。可解決我們在不同領域看到的廣泛的使用者介面挑戰問題！