Kosketusnäyttö on kaikille tuttu, mutta kaikkiin paikkoihin se ei sovi. Siksi tulossa on kosketukseton, eleihin perustuva laitteiden ohjaus.

Nykyään lähes jokaisella on kosketusnäytöllä varustettu älypuhelin. Tämä puhelimen ja muiden laitteiden ohjaamisen tekniikka tuntuu niin luonnolliselta, että jopa pienet lapset voivat poimia nykyaikaisen puhelimen käsiinsä ja käyttää sitä tottuneesti lyhyen ajan jälkeen. Mutta vaikka tämä kosketustekniikka on levinnyt hyvin laajaan käyttöön, se ei sovi kaikkialle. Kosketusnäytön ohjaaminen edellyttää fyysistä kontaktia, joka ei ole mahdollinen joissakin ympäristöissä ja olosuhteissa, mikä rajaa monia sovelluksia pois.

Kehityksen alla on monia tekniikoita, jotka voisivat parantaa kosketustekniikkaa tai jopa korvata sen, mutta yksi potentiaalisimmista ehdokkaista on kosketukseton eleohjaus. Ihmiset elävät kolmiulotteisessa maailmassa ja joskus tapamme käyttää kaksiulotteista puhelimen ruutua voi tuntua litteältä, vaikka mukana olisi haptinen palaute, jonka useimmat uudet puhelimet tuovat. Kosketukseton eleohjaus lisää z-akselin aistimisen vapaassa tilassa anturin ympärille. Teknologia hyödyntää antureita vangitakseen valikoiman liikkeitä. Sen jälkeen se vertaa tuloksia muihin ohjelmistokirjastossa oleviin tulkitakseen toiminnon ennen kuin järjestelmäohjaimelle lähetetään käsky prosessointia varten.

Markkinoilla on jo esimerkkejä kosketuksettomista eleohjauksista, jotka kasvattavat suosiotaan käyttäjien keskuudessa. Pelikonsolien kuten Microsoftin Kinectin tai Nintendon Wiin ohjaimet antavat pelaajille mahdollisuuden ohjata toimintaa televisioruudulla. Viime aikoina Samsung on johtanut kehitystä kulutuselektroniikassa antamalla käyttäjien ohjata televisioitaan eleillä huoneen toiselta puolelta. Kosketukseton eleiden tunnistus on löytänyt tiensä autoihin ja BMW lisäsi tekniikan jo vuoden 2016 7-sarjaansa useiden yksinkertaisten toimintojen ohjaamiseen.

Kaksi suosituinta anturityyppiä kosketuksettomassa eleohjauksessa ovat kamera ja sähkökenttäanturi. Kamera-antureita käytetään yleensä monimutkaisissa high-end-sovelluksissa, kuten Microsoftin Kinectissä. Sähkökenttäanturit ovat yksinkertaisempia ja edullisempia, joten tekniikka sopii paremmin laajempaan valikoimaan sovelluksia. Anturit toimivat aistimalla pieniä muutoksia ultravähävirtaisissa sähkömagneettisissa kentissä kahden antennin välillä. Kun jokin kohde, vaikkapa ihmisen käsi, vaikuttaa kenttään, siihen tuleva häiriö mitataan ja sitä verrataan esimerkkeihin ohjelmistokirjastossa.

Sähkökenttäanturit voidaan myös sijoittaa johtamattomien materiaalien taakse ja operoida niillä normaalisti. Koska ne eivät vaadi fyysistä kontaktia, teknologiaa voidaan hyödyntää alueilla, jotka ovat hankalia kosketustekniikalle, tai missä käyttäjän pitää käyttää hansikkaita. Monet kosketuksettoman eleohjauksen sovellukset on kehitetty käytettäviksi fyysisen esteen takana, mikä tarkoittaa, että yksikkö voidaan koteloida täysin. Tämä tuo lisää suojausta eri voimilta.

Kosketuksettoman eleohjauksen suunnittelu

Tietysti uusi teknologia tuo suunnitteluun uusia haasteita. Kosketusnäyttö tarjoaa fyysisen median, jossa on helppo ennustaa käyttäjän oikeat aikomukset. Näyttö itsessään voi tuottaa ohjeita ja palautetta, mikä tekee prosessin helpommaksi. Kosketuksettomassa aistimisessa ei ole samaa etua, joten suunnittelijoiden täytyy tehdä vakaita päätöksiä suunnitteluprosessin alussa kompensoidakseen tätä puutetta. Suurin painoarvo näissä päätöksissä täytyy asettaa siihen, että kokemus saadaan miellyttäväksi ja tutuksi käyttäjille.

Nämä päätökset pitävät sisällään sen, miten anturin sijainti tunnistetaan, jos se on jonkin esteen takana, mitä eleitä käytetään ja milloin ja miten ilmaistaan onnistunut eleen tulkinta. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi useimmat suunnittelijat sisällyttävät laitteeseen näytön, joka ilmaisee informaatiota ja tuo käyttäjälle palautetta.

Käsitteellinen malli voi auttaa, kun kehitetään ohjelmistoa kosketuksettomalle eleohjausjärjestelmälle. Tämä antaa suunnittelijalle mahdollisuuden luoda järjestelmän mallin ja kaikki tarvittavat optiot. Kun vaihtoehdot on määritelty, käy selväksi mitä eleitä tarvitaan toteutukseen ja mitä informaatiota käyttäjä tarvitsee jokaisella uudella näytöllä. Tästä informaatiosta pitäisi olla mahdollista rakentaa selkeä liitäntä, joka on helppo ymmärtää ja tuntuu käyttäjästä luonnolliselta.

Jotkut tekniikat, joita on käytetty kosketusohjaukseen ovat hyödyllisiä myös kosketuksettomissa sovelluksissa. Kun kehitetään näytöille, merkitsijät ovat tärkeässä asemassa sovelluksen kontekstissa. Usein kaksi eri ohjelmaa käyttää samoja eleitä eri toimintoihin. Eleiden kontekstuaalisen luonteen pitäisi näkyä näytöllä, jotta toiminta olisi helpompaa ja luonnollisempaa.

Myös se luonnollinen ympäristö, johon suunnittelu sijoittuu, on tärkeä kosketuksettoman ohjauksen suunnittelussa. Ihmiset etsivät visuaalisia vihjeitä käyttäessään uutta laitetta. Nämä vihjeet auttavat käyttäjää orientoitumaan ja tutustumaan järjestelmään. Ne näyttävät kaikki mahdolliset toiminnot, jolloin prosessi tuntuu loogiselta ja tutulta.

Kun teemme eleen luonnossa, odotamme vastinetta, ja usein hämmennymme, jos toimintomme eivät herätä vastinetta. Älypuhelinsuunnittelijat tietävät tämän ja käyttävät usein haptista palautetta kertoakseen käyttäjälle, että syöte on pätevä ja hyväksytty. Palaute on sitäkin tärkeämpi kosketuksettomassa eleohjauksessa, jossa ei ole fyysistä kontaktia. Se esimerkiksi estää virheet, jotka voivat johtua useista toistuvista eleistä, mikä voi tapahtua, jos käyttäjä on epävarma siitä, onko syöte hyväksytty.

Käytännön esimerkkejä

Microchip on yksi yritys, joka tarjoaa kokonaisen ekosysteemin kosketuksettomia eleohjaussovelluksia kehittäville suunnittelijoille. Tuotteet kulkevat yhtiön GestIC-brändin alla ja ne rakennetaan yhtiön MGC3X30-eleohjainten ja Aurea GUI -ohjelmiston ympärille.

MGC3X30-eleohjain huolehtii eleiden tunnistustoiminnoista, joten järjestelmän pääohjain vapautuu muille prosesseille. Vähävirtaiset piirit tarjoavat tunnistusta aina 20 sentin päähän asti ja ne sisältävät kaikki rakennuspalikat yksisiruisen eletunnistusjärjestelmän kehittämiseen. Auttaakseen suunnittelijoita evaluoimaan tekniikkaa helposti Microchip on myös kehittänyt valikoiman kehityskortteja. Farnell element 14:lla on varastossaan yhden sektorin Hilsar-kehitysalusta ja Sabre Wing -kortti, jolla voidaan kehittää kahden alueen ohjaussovellus.

Suunnittelijoille on tarjolla useita laitevaihtoehtoja. Yksi esimerkki on ADI ADUX1020-EVAL-SDP, joka on eleiden ja läheisyyden (proximity) evaluointikortti. Paketti antaa käyttäjille helpot keinot työstää anturia (ADUX1020), kerätä sillä dataa ja arvioida eleiden tunnistuksen mahdollisuuksia. Se vaatii evaluointityökalun, jonka voi ladata ADI:n sivuilta. Työkalussa on graafinen käyttöliittymä, jolla onnistuu sekä matalan että korkean tason konfiguroitavuus, reaaliaikainen datan analyysi ja UDP-liitäntä (user datagraph protocol), jolla kortti voidaan helposti liittää PC:een. Toinen suunnittelijoille myös Farnell elemetn 14:sta tarjolla oleva laitevaihtoehto on Flick HAT -lisäosa Raspberry Pille. Lisäkortti hyödyntää Microchipin GestIC-teknologiaa, jolla suunnittelija pääsee Raspberry Pin tai vastaavan kortin avulla helposti kiinni tehokkaaseen eleohjausjärjestelmään.

Flick HAT -kortti voidaan liittää suoraan Raspberry Pin eri verisoihin Pi A+, B+, 2B ja 3B. Se antaa suunnittelijalle mahdollisuuden ohjata laitteita tutuilla eleillä, joita voidaan tehdä jopa 10 sentin päässä anturikortista. Mukana on monia koodiesimerkkejä, jotka voidaan vapaasti ladata Githubista.

Flick HAT -kortista on eri versioita muille kehityskorteille. Esimerkiksi Flick Large on yhteensopiva Raspberry Pi-, Arduino-, BeagleBone- ja Genuino-korttien, sekä muiden I2C-liitäntäisten laitteiden kanssa. Raspberry Pi Zeroa varten on oma Flick Zeronsa.

Yhteenveto

Kosketukseton eleohjaus on jännittävä tekniikka, joka voi täydentää olemassa olevia kosketustekniikoita tai jopa korvata ne kokonaan. Tekniikka avaa uusia sovellusmahdollisuuksia ja uusia tapoja ohjata luonnollisesti koneita. Vaikka kehitys eroaa osin kosketuspohjaisista sovelluksista, on näiden välillä myös paljon samankaltaisuuksia, ennen kaikkea psykologisesti niin, että molemmat auttavat ihmisiä tottumaan tekniikoihin ja käyttämään niitä helposti ja luonnollisesti. Kosketuksettoman eleohjauksen kehitykseen pääsee helposti kiinni joko räätälöidyn kehitysalustan tai suosittujen kehityskorttien lisäkorttien kautta.