WiSee: Công nghệ điều khiển bằng cử chỉ thông qua sóng Wi-Fi

Ngày nay công nghệ điều khiển bằng cử chỉ tay không còn là điều gì đó quá mới mẻ. Chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp trên các thiết bị cao cấp như máy Kinect hay chiếc điện thoại Samsung Galaxy S4. Chẳng hạn, S4 sẽ sử dụng camera trước để định vị cũng như phát hiện các cử chỉ tay của người dùng để đưa ra phản hồi chính xác. Tuy nhiên, công nghệ này bị giới hạn khá nhiều, đặc biệt về mặt khoảng cách, người dùng luôn phải ở trong tầm ngắm của camera. Song có vẻ như các nhà khoa học đã tìm ra lời giải để khắc phục nhược điểm này.

Mới đây, nhóm nghiên cứu của Đại học Washington, đứng đầu là giáo sư Shyam Gollakota trưởng khoa kỹ thuật máy tính đã phát triển một hệ thống với tên gọi WiSee, sử dụng sóng vô tuyến từ Wi-Fi để cảm nhận, phát hiện chuyển động cơ thể người và nhận lệnh từ bất cứ vị trí nào trong nhà hoặc văn phòng. Diễn đạt một cách ngắn gọn, WiSee có thể dựa vào sự biến động về tần số của sóng vô tuyến do các cử chỉ tay gây ra để nhận và thực thi lệnh. WiSee có thể giúp người dùng các thao tác đơn giản như nhận lệnh bật/tắt đèn, chuyển kênh TV hay chơi nhạc. Kết quả nghiên cứu của nhóm về WiSee đã được trình lên Hội nghị máy tính và mạng di động quốc tế lần thứ 19 của ACM (Mobicom '13).

Không giống như các cảm biến quan sát đặt trong máy Kinect của Microsoft, hệ thống WiSee có thể cảm nhận được những cử chỉ ở mọi nơi trong nhà hoặc văn phòng nhờ sử dụng các tín hiệu Wi-Fi tạo ra bởi các thiết bị đặt trong môi trường đó. Người dùng không cần phải luôn nằm trong tầm kiểm soát của thiết bị nhận sóng hoặc thậm chí trong cùng một căn phòng với thiết bị nhận.

Shwetak Patel, giáo sư khoa kỹ thuật máy tính của Đại học Washington đã phát biểu trong một cuộc trả lời phỏng vấn: "Khởi nguồn của ý tưởng về WiSee là chúng tôi muốn tìm cách tăng diện tích giới hạn có thể nhận dạng cử chỉ của Kinect, và chúng tôi bắt đầu nghĩ tới việc sử dụng tần số vô tuyến (RF)". “Wi-Fi chính là sự lựa chọn hàng đầu bởi nó hiện có mặt ở khắp mọi nơi và các ăng ten MIMO trên các bộ router Wi-Fi đời mới rất phù hợp cho công việc nghiên cứu”.

WiSee có thể "nhìn thấy" các cử chỉ tay bằng cách phát hiện những thay đổi dù là nhỏ nhất của tín hiệu radio “va” vào cơ thể người khi chúng di chuyển. Thay đổi vị trí của cơ thể như di chuyển một bàn tay hoặc bàn chân gây ra một sự thay đổi tần số (các nhà khoa học gọi tần số này là Doppler) trong tín hiệu Wi-Fi và được phát hiện bởi thiết bị nhận. Khi tín hiệu Wi-Fi va chạm với cơ thể người, một số bị hấp thụ, trong khi một số bị phản xạ lại, chính sự dội lại của tín hiệu Wi-Fi đã gây ra những thay đổi rất nhỏ của tần số, chứ không phải gây ra bởi các chuyển động của tay người dùng. Giao thức Wi-Fi nhìn chung đủ mạnh để xử lý những biến đổi nhỏ tới 2 Hz và cao nhất là 20 MHz, nhờ vậy WiSee có thể phát hiện cả những chuyển động từ đầu kia của căn phòng hoặc thậm chí từ căn phòng bên cạnh.

Bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng các thuật toán để lọc ra các tín hiệu được quy chuẩn là những cử chỉ điều khiển, WiSee có thể tách nhỏ và phân tích giữa các tín hiệu nhận được đâu là câu lệnh thực sự. Bằng cách sử dụng nhiều ăng-ten và một máy thu Wi-Fi với nhiều đầu vào và nhiều đầu ra, WiSee có thể "khóa" chính xác đối tượng người dùng cụ thể giữa một nhóm người cùng hoạt động trong căn phòng. Đặc biệt, WiSee có thể nhận định nguồn phát cử chỉ đến từ vị trí nào của căn nhà như nhà bếp hoặc phòng ăn và từ đó đáp lại bằng các mệnh lệnh phù hợp. Chẳng hạn bạn đang đứng trong bếp và muốn bật đèn lên, chỉ cần sử dụng cử chỉ tay và WiSee sẽ bật đúng đèn bếp chứ không phải đèn phòng khách.

Để WiSee có thể hiểu và thực thi lệnh một cách chính xác, nhóm nghiên cứu của trường Đại học Washington đã sử dụng các tín hiệu tần số vô tuyến RF khác nhau nhằm đánh dấu những thao tác cử chỉ riêng biệt. Hiện tại, WiSee đã có thể xác định một tập hợp 9 cử chỉ với tỷ lệ chính xác lên tới 94%. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu chỉ có thể cung cấp tối đa 9 cử chỉ vì giới hạn của chương trình đang chạy trên hệ thống.

Nhóm cho biết họ sẽ thay đổi và sử dụng chương trình Hidden Markov Model cho phiên bản tiếp theo của WiSee để thiết lập các trình tự cử chỉ một cách bài bản hơn và cho phép gán nhiều lệnh hơn so với tình trạng hiện nay. 2 thành viên trong nhóm nghiên cứu WiSee đã từng làm việc trong các dự án phát triển khả năng nhận diện cử chỉ bằng tần số Doppler do Microsoft tài trợ là “Humantenna” và “SoundWave”. Có thể nói đây là 2 dự án có tính khả thi cao nhưng vẫn bị giới hạn yêu cầu người sử dụng phải ở trong một căn phòng cụ thể hoặc trực tiếp ở phía trước của thiết bị mà họ đang tương tác.

Humantenna hoạt động giống như cảm biến Kinect. Người dùng sẽ đeo thiết bị ở lưng (hiện còn khá to và cồng kềnh) có chức năng xác định các di chuyển của cơ thể, cử động của tay và vị trí người đứng.

SoundWave sử dụng loa máy tính để sản sinh sóng siêu âm mà con người không nghe thấy nhưng microphone vẫn nhận biết được. Khi người dùng di chuyển tay trước màn hình, sóng siêu âm dội ngược lại loa với âm lượng và bước sóng khác nhau để hệ thống nhận diện tốc độ, khoảng cách, chiều kích cỡ... từ đó hiểu câu lệnh.

Vì vậy, so với “Humantenna” và “SoundWave”, WiSee vẫn thể hiện được sự ưu việt hơn mặc dù độ phản hồi chưa thể nhanh và chính xác gần tuyệt đối như khi bạn sử dụng Kinect vậy. Bên cạnh đó, vẫn còn một mối bận tâm mà nhóm nghiên cứu đang tìm cách tháo gỡ đó là nếu chẳng hạn bạn có khách đến chơi và người này vô tình sử dụng những cử chỉ tay trùng khớp với khả năng nhận diện của WiSee thì hệ thống có thể thực thi lệnh mà chủ nhân của nó không muốn. Do đó, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một hướng giải pháp là sử dụng cử chỉ “khởi động” hay coi như một dạng mở khóa trước khi thực hiện cử chỉ lệnh chính thức.

Hiện tại, quá trình hoàn thiện WiSee đang ở trong giai đoạn 2 nhằm tăng cường thêm khả năng nhận các lệnh mới và cải thiện tốc độ phản hồi. Nhóm nghiên cứu cũng chưa đưa ra bất cứ thông tin nào về việc biến WiSee thành một sản phẩm thương mại và bán rộng rãi trên thị trường.

Tham khảo: Arstechnica.com