Công nghệ cảm ứng không chạm

Trong cơn đại dịch Covid-19, nhiều người đã thấy 1 thay đổi nho nhỏ, nhưng rất quan trọng: mở cửa mà không cần chạm vào cửa, trong các chung cư, trong bệnh viện, trong các cơ sở thương mại…  mặc dầu trước đó các loại cửa mở tự động khi thấy bóng người đã có từ lâu. Lần này thì vì người ta sợ lây bệnh khi chạm tay vào nút mở cửa, nên thay thế nút điều khiển máy mở cửa bằng loại “wave to open” để mở cửa khi đưa tay (hay 1 vật gì khác) đến gần nút điều khiển, trong vòng 5 cm, như trong hình dưới đây.

Thông thường thì khi muốn kích hoạt một hệ thống nào đó, mình cần phải chạm vào hệ thống điều khiển, thí dụ như cách mở đèn điện bằng cách chạm tay vào công tắc đèn. Đôi khi có người khác sai khiến mình “mở đèn”; nếu mình tuân lời thì quả là mình đã giúp người đó điều khiển theo dạng tiếng nói (voice control) như thường thấy trong các TV thông minh. Nói 1 cách đơn giản, kỹ thuật voice control cần có 1 microphone, 1 ứng dụng chuyển âm thanh thành ý tưởng, 1 ứng dụng khác chuyển ý tưởng thành mệnh lệnh. Chuyện này mà bây giờ mới bàn đến thì có vẻ mình là kẻ nhà quê mới lên tỉnh, vì người ta đã dùng công nghệ này từ lâu lắm rồi!

Nhiều bộ phận trong cơ thể con người có thể tự “đóng/mở” và mình không cần phải chạm vào đó. Thí dụ như con tim và buồng phổi liên tục làm việc không ngừng nghỉ (không cần mình điều khiển); mắt mở hay đóng không cần mình chạm vào mắt; đường tiểu tiện đóng hay mở cũng không cần mình “chạm” vào nó: tất cả được điều khiển bằng não bộ. Rốt cuộc, việc “đóng/mở” một hệ thống nào đó không bắt buộc con người phải chạm vào 1 chỗ nào đó trong hệ thống. Điển hình là từ nhiều năm nay, người ta “mở” vòi nước mà không cần chạm vào vòi nước (mà chỉ cần chia động từ “tu quơ”).

Các vòi nước “tự động” này trong nhà tư nhân, hay ở nơi công cộng, đều dựa vào cùng 1 nguyên lý với cửa mở tự động ở bên trên: máy có gắn 1 bộ phận phát ra tia hồng ngoại và 1 bộ phận đón nhận tia hồng ngoại nằm kề sát bên; tia hồng ngoại sẽ phản chiếu về bộ phận đón tia hồng ngoại khi có 1 vật thể đứng trước bộ phận phát ra tia hồng ngoại và vòi nước sẽ được mở. Các loại máy tự động này cần 1 nguồn năng lượng để hoạt động; thí dụ như pin, hoặc máy biến áp (transformer) đổi dòng điện 2 chiều (AC) thành 1 chiều (DC). Nếu không có điện thì các hệ thống tự động này không thể hoạt động được! Nếu bạn muốn tự làm 1 bộ phận điện tử đơn giản dùng tia hồng ngoại thay cho chuông điện (doorbell) thì dễ thôi; bạn chỉ cần làm theo cách chỉ dẫn trong How to make an Object detector / IR Proximity sensor at home.

Từ dạo đại dịch xuất hiện, loại nhiệt kế đo thân nhiệt theo dạng không chạm (Infrared Thermometer), trở nên thông dụng, với giá bán phải chăng. Nguyên tắc của loại nhiệt kế này hơi phức tạp, nhưng người thiết kế đã có thể trưng bày kết quả trong vòng 1, 2 giây! Máy phóng ra tia hồng ngoại và đo năng lượng trong tia phản chiếu để đổi thành nhiệt độ.

Ngược dòng thời gian thì việc điều khiển từ xa bắt nguồn từ việc dùng vô tuyến (radio signal) để điều khiển thuyền (đồ chơi) lần đầu tiên vào năm 1897. Vào thập niên 1920, người ta bắt đầu dùng kỹ thuật này để chế tạo máy mở cửa garage tự động, 1 kỹ thuật vẫn còn được dùng hiện giờ. Sang đến thập niên 1970, người ta bắt đầu dùng kỹ thuật hồng ngoại trong việc đổi “đài” (channels) trên TV; từ đó, kỹ thuật này không còn đơn thuần là để dùng đóng hay mở nữa!

Tương tự như vậy, trong những năm gần đây (sau năm 2019), người ta dùng smartphone quay video khuôn mặt con người để đo áp huyết theo kỹ thuật “hình ảnh quang học qua da” (Transdermal Optical Imaging). Tia sáng phát ra từ da con người được sàng lọc để chọn những gì có liên quan đến hemoglobin (trong hồng huyết cầu); sau đó người ta dùng AI (Artificial Intelligence) để chẩn đoán sự lưu thông của máu; từ đó họ có thể ước đoán áp huyết khá chính xác.

Những câu chuyện phía trên chỉ là để khơi mào cho 1 chuyện khác quảng đại hơn: “công nghệ cảm ứng không chạm” (Touchless sensing technology). Thật ra công nghệ này đã được các công ty hi-tech phát triển từ lâu (trước năm 2008). Thay vì “chạm” (touch), người ta phải dùng 1 cảm ứng khác để truyền thông tin sang máy, thí dụ như:

·        giọng nói (voice recognition);

·        khuôn mặt (facial pattern – optical image);

·        cử động (gesture - motion sensor);

·        cảm ứng từ trường (near-field communication) …

Một vài thí dụ cho cách điều khiển bằng giọng nói là việc gõ chữ bằng cách nói với máy tính (voice typing); hoặc dùng giọng nói để nhờ Google Home tắt/mở đèn, kết nối với YouTube, gọi điện thoại; hoặc điều khiển các bộ phận trong xe hơi bằng giọng nói (voice-activated command) thí dụ như khi sử dụng Google Maps: Voice Navigation, v.v.

Các ứng dụng này thường được phát triển lúc ban đầu cho người nói tiếng Anh; sau khi thử nghiệm hoàn tất, người ta phát triển thêm phần ứng dụng cho các ngôn ngữ khác. Người sử dụng cần phải phát âm rõ ràng để máy có thể hiểu được. Nếu máy không hiểu, nó sẽ dùng AI để đoán xem mình đã nói gì và nó sẽ “vâng lời mình dạy” (lỡ trật, ráng chịu!). Có máy “ngu” hơn và xin lỗi “Sorry, I don’t understand!” và không nói với mình về những thứ nó đoán. Mặt khác, máy cần có 1 mic tốt để tránh nhiễu âm và người sử dụng tránh không nói với máy ở những nơi ồn ào (thí dụ như trong siêu thị, quán ăn, hội trường …).

Các ki-ốt tương tác (Interactive Kiosk) đã xuất hiện từ lâu ở những nơi công cộng, thí dụ như trong trung tâm mua sắm (shopping mall), giúp người mua sắm tìm cửa hàng họ thích, quán ăn, nhà vệ sinh, hoặc ở phi trường giúp hành khách làm thủ tục check-in, hoặc trong quán ăn để gọi món … Thuở ban đầu, người sử dụng phải chạm vào màn hình trên máy, để chọn những gì họ muốn. Từ khi Covid-19 xuất hiện, người ta sợ phải chạm vào những thứ mà người khác đã chạm vào. Nhờ vậy, mà loại ki-ốt điều khiển bằng giọng nói đã ra đời. Mặt khác, không phải lúc nào chúng ta cũng có thể điều khiển bằng cách sử dụng ngón tay chạm vào màn hình trong ki-ốt, thí dụ như khi tay đang mang túi xách, hoặc người khuyết tật không dễ sử dụng ngón tay của mình. Vào năm 2022, kỹ thuật điều khiển bằng giọng nói vẫn còn trong giai đoạn phát triển nên các mệnh lệnh (command) cần phải thật đơn giản. Năm 2020, Touchless.ai mang AI vào ki-ốt tương tác nhằm loại bỏ tiếng ồn ở những nơi công cộng và đã thử ki-ốt ở Hoa Kỳ và châu Âu qua 3 ngôn ngữ Anh, Nhật và Do Thái. Mời bạn xem video dưới đây

Nếu bạn thích thú với Interactive Kiosk và muốn tự thiết lập 1 ki- ốt cho riêng mình, mời bạn đọc Interactive Kiosk AI Chatbot để biết chi tiết.

Chuyển sang việc dùng nhân dạng để biết ai là bạn, ai là thù, trước khi cho qua ải; thì kỹ thuật nhận dạng mặt người đã tiến khá xa, nhất là trong những năm gần đây người ta dùng thêm AI để nâng độ chính xác. Ở nhiều phi trường quốc tế, chính quyền sở tại chụp hình người đi qua cổng nhập cư và đưa hình ảnh đó + chi tiết trên sổ thông hành vào database của họ. Sau đó họ dùng camera (gắn khắp nơi trên lãnh thổ của họ) chụp hình ở những nơi công cộng, phân tích hình ảnh và xác định chi tiết cá nhân của người trong hình, để rồi từ đó họ có thể theo dõi người nhập cư (biết người nhập cư đó đi đâu và vào thời điểm nào, và không cần có “công an hỏi giấy”). Việc này ngày nay là chuyện “thường ngày ở huyện” và kỹ thuật nhận dạng người không còn là việc khó khăn nữa. Mời bạn xem video dưới đây

Nếu bạn thích chủ đề định nhân dạng, mời bạn đọc Facial Recognition để biết thêm nhiều chi tiết khác thú vị hơn.

Có lẽ chuyện thích thú hơn là chuyện ngày nay người ta có thể “hóa phép”, múa tay múa chân, để sai khiến máy móc (mà không cần chạm vào máy). Người ta gọi chuyện này là Hand Gesture Recognition. Mời bạn xem 1 thí dụ đơn giản khi người ta cử động bàn tay để điều khiển quay lên/xuống, quay trái/phải, quay theo chiều/ngược chiều kim đồng hồ như trong hình dưới đây:

Ngày xưa (cách đây không lâu), người ta cũng đã làm được việc này, nhưng lúc đó người sử dụng phải gắn những phụ kiện lỉnh kỉnh vào bàn tay (wearable sensors, nổi bật nhất là inertial sensors). Bây giờ người ta dùng camera để chụp hình bàn tay và dùng AI để dạy máy hiểu người điều khiển muốn làm gì. Một việc khác quan trọng không kém là phải dạy máy hiểu chính xác, không làm trật cách người muốn điều khiển (dù người điều khiển đang rung tay, hoặc di chuyển bàn tay quá mau).

Bây giờ, mời bạn xem video dưới đây để biết người ta có thể chỉ tay vào màn hình “ảo” để chọn những gì họ muốn

Nhân dịp bàn về chuyện hóa phép, từ nhiều năm nay người ta đã có thể khiến files “nhảy” từ 1 điện thoại thông minh có iOS, hoặc 1 iPad, hoặc 1 máy có macOS, sang 1 máy tương tự, bằng cách dùng Airdrop. Hiện giờ, người ta phải “chạm” vào máy để sử dụng chức năng này; nhưng trong tương lai gần, người ta chỉ cần nói “Airdrop”!

Trong lãnh vực công nghệ cảm ứng không chạm, các smartphones hiện giờ đều có gắn phụ kiện NFC chip (NFC = Near-Field Communication); nhờ đó mà người sử dụng smartphone có thể chuyển data cá nhân sang 1 máy khác, rất nhanh, rất an toàn. Hai máy đều cần phải có gắn NFC chip, và phải đặt gần nhau (không xa quá 10 cm). Người sử dụng công nghệ này có thể trả tiền trong các thương vụ bằng smartphone (mà không cần phải “quẹt thẻ”), nối kết smartphone với Bluetooth speaker, dùng smartphone để kiểm chứng hàng thật (không phải hàng “nhái”) và nhiều tiện ích khác như được giải thích trong video clip dưới đây

Vào thời buổi bây giờ, người ta không còn cần cắm dây sạc vào ổ điện để trực tiếp sạc pin trong máy điện thoại cầm tay nữa; chỉ vì kỹ thuật Wireless charging đã ra đời. Trong hình dưới đây, “máy sạc pin” đơn giản như 1 tấm giá trưng bày nho nhỏ, nối vào ổ điện bằng 1 dây sạc và 1 USB biến điện 2 chiều sang điện 1 chiều 5v. Người sử dụng chỉ cần đặt phone lên giá theo dạng đứng, hoặc theo dạng nằm, và không cần nối dây vào phone. Trong khi phone đang được sạc, người sử dụng vẫn có thể dùng phone để gởi email, xem phim … Tương tự như vậy, các xe hơi đời mới có chức năng sạc phone không dây, rất tiện lợi cho người lái xe. Nếu xe của bạn chưa có chức năng này, bạn có thể mua 1 Wireless Car Charger và bạn có thể lắp ráp dễ dàng.

Thế giới hiện giờ không biết có phải là thế giới “ma”, thế giới “ảo” hay không, mà dường như lúc nào cũng có kẻ rình mò, biết mình là ai, muốn làm gì và tự động làm chuyện đó giúp mình (ngay cả tự động dở nắp bàn ngồi trong toilet, khi mình đến gần!). Mời bạn xem video clip Future Of Touchless Technology để biết kỹ thuật công nghệ không chạm đã đưa chúng ta đến thế giới nào vào năm 2021. Không phải lúc nào chúng ta cũng muốn tránh chạm vào 1 vật thể khác, hay tránh không để 1 vật thể khác chạm vào mình. Ai cũng biết “đấm bóp” có thể giúp cơ thể bớt căng thẳng và việc “chạm” vào da thịt khi đấm bóp là việc không tránh khỏi. Vậy mà có người đã chế robot để đấm bóp con người! Chúng ta không thể không có viễn tưởng cho 1 thế giới mai sau, trong đó cách sống của con người chắc chắn sẽ khác với lối sống hiện tại rất nhiều.

Có lẽ rồi sẽ có 1 ngày, tất cả chúng ta sẽ trở thành phù thuỷ, sai khiến máy móc bằng cách chỉ tay vào khoảng trống không, như trong video clip Touchless touch screens – A life-changing innovation. Cơn đại dịch Covid-19 đã làm con người sợ hải, không muốn chạm vào vật gì mà người khác đã chạm vào; vô tình đẩy mạnh các chương trình nghiên cứu kỹ thuật công nghệ không chạm. Người ta đang âm thầm cố gắng phối hợp các kỹ thuật này để tìm ra cách nhanh chóng phát hiện con bệnh và ngăn chận sự lan truyền bệnh một cách hiểu quả hơn. Mời bạn đọc Special Issue "Contactless Sensors for Healthcare" để biết những gì các nhà khoa học trên thế giới đang cùng nhau nghiên cứu (tính đến tháng 4 năm 2022).