可听戴设备有望成为科技领域的新热点。此类可穿戴设备包括增强现实眼镜、智能耳机和智能助听器，它们或许能够彻底改变人机交互的方式。这些设备的市场正在迅速扩张，根据Market Research Future公司预测，到2032年，这一市场的规模将达到1196亿美元[1]。

然而，用户界面是当前一代可听戴设备面临的重大挑战。许多此类设备都需要通过很小的按钮或触摸传感器来操作，这对于手部活动能力受限或患有视力障碍的用户而言是非常不便的。这些可用性和功能性方面的限制，促使专家们开始研究是否能将动作控制作为解决方案。

当前可听戴设备的用户界面技术

传统可听戴设备的用户界面方案，在实际使用场景中往往难以满足需求。举例来说：当您正在跑步时，想要调整音乐播放或者接听电话。这是一个很常见的场景。目前许多设备的解决方案，需要你摸索着找到手机，或者尝试精准地点击耳机上一个很小的按钮——这远远算不上好的解决方案。

为此，有些厂商引入了力传感器来改善普通按钮难以操作的问题。这些传感器可以检测作用于表面上的压力，因而能够区分轻触与按压，理论上可以支持更丰富的操作指令。然而，力传感器方案需要用户学习并记住各种功能对应的触控模式，这种认知负担会削弱可听戴设备追求的无缝使用体验。

此外，按钮与力传感器在潮湿或低温环境下都可能遇到问题，因为用户此时很可能戴着手套或者触觉敏感度较低。这些场景凸显了开发更通用、更稳健的用户界面解决方案的迫切需求。

 

动作识别在可听戴设备中的应用

动作控制为与可听戴设备交互提供了更自然、更直观的方式，例如只需在耳边轻轻滑动即可暂停音乐。这些交互方式利用了人体的自然动作，使可听戴技术更加易于使用。部分设备，如苹果的AirPods Pro，已经实现了基本的动作控制功能：将手指从AirPod底部滑动至顶部，音乐音量增大；双击耳机柄，下一首歌曲开始播放。

然而，这项技术的潜力远不止于音量调节和播放/暂停功能。先进的动作识别技术可以实现更广泛的控制功能，并将头部和手部动作都纳入到可识别的范围内。头部动作可提供直观的控制方式，如点头接听电话或摇头拒接电话，而手部动作可以提供更广泛的可能性。手部动作更加丰富多样，可以实现更复杂、更细微的输入，使用户能够浏览播放列表、调节音量、激活语音助手，甚至控制智能家居设备。头部和手部动作识别的结合大大扩展了可用的输入选项，从而能够对设备功能进行更复杂、更差异化的控制。

目前，开发人员已在使用人工智能（AI）和机器学习（ML）来使动作控制更加高效。为了训练ML算法，开发人员使用通过加速度计或陀螺仪收集的数据来识别头部动作和方向。

例如，Fraunhofer IMS开发了一套系统，能够将3D微机电系统（MEMS）传感器与神经网络配对[2]。这样，传感器就可以学习各种各样的输入，例如在空中画出的数字。学习完成后，经过训练的神经网络就可以在几毫秒内识别出所学习的动作。

动作控制在可听戴设备中的潜在应用非常广泛。在医疗保健领域，动作控制的助听器可让用户以更安全的方式调整设置。对于运动和健身爱好者而言，动作控制可以在运动锻炼期间实现免提操作。在专业环境中，采用动作控制的耳机可帮助用户与数字助理和通信系统流畅交互。

 

传感器技术助力动作识别

可听戴设备中的动作控制依赖于多种传感器技术，包括加速度传感器、陀螺仪传感器、光学传感器、电容式传感器和MEMS传感器，它们能够捕捉并解读用户动作，实现流畅、直观的交互体验。

 

加速度和角度传感器

推动动作控制发展的技术多种多样，其中加速度计和陀螺仪尤为关键。通过检测线性加速度和角速度，它们能够捕捉各种头部和手部运动，供可听戴设备解读并执行相应指令[3]。

近年来，这些传感器的精度显著提升，现代MEMS加速度计甚至能检测到很轻微的头部倾斜。这样的高灵敏度使动作识别系统能够支持丰富的动作词汇，用户只需通过非常小的物理动作，就能执行多种指令。

 

光学传感器

基于激光或LED技术的光学传感器可用于检测手部动作或设备附近的其他动作。这些传感器通过透镜测量物体反射的光线，并根据入射角确定物体的距离和位置。借此，可听戴设备就能够检测附近发生的动作，并将其转换为对应指令。

光学传感器在小型化方面的新进展使得这项技术能够集成到可听戴设备的紧凑形态中。这些传感器可以生成耳部周围区域的低分辨率“图像”，使设备能够识别头部附近执行的复杂动作。

 

电容式传感器

电容式传感器在可听戴设备中的优势，在于其能够穿透非导电材料，即使设备被头发或较薄衣物覆盖，仍能实现动作识别。这一特性提升了动作控制在实际使用场景中的灵活性。

此外，电容式传感器具有出色的灵敏度，可检测微小的距离变化，是识别细微动作的理想选择。这种高灵敏度、低功耗的特性，尤其适合可听戴设备中始终处于活动状态的动作检测。与光学传感器不同，电容式传感器不受环境光线条件影响，不论在明亮的户外还是昏暗的室内，都能保持一致的性能。

 

MEMS传感器

MEMS是可听戴设备中的另一个关键元器件。这些微型传感器结合了机械和电气元件，对可听戴设备的动作识别至关重要。它们可用于多种应用，包括头部追踪、多点触控检测和主动降噪。

通过MEMS技术实现的微型化对于可听戴设备尤为重要，因为这些设备中的空间极其宝贵。这些传感器可以集成到设备中，同时不会显著增加其尺寸或重量，因而能够维持用户对现代可听戴设备所期望的舒适性和美观性。

 

用于动作识别的信号处理和ML

如果没有AI，现代场景下的数据处理会是一件难以想象的事情。比如，在嘈杂的工业环境中，两名员工试图通过耳机相互交谈。传感器可以从这个场景中收集大量数据，但只有一小部分是有用的，因而必须靠AI算法识别出哪些数据需要过滤（如各种机器发出的环境噪声）、哪些数据是需要使用的（如对话和语音指令）。

动作控制面临的一大关键挑战，在于区分有意为之的动作和无意的动作。通过分析用户行为模式，算法能够学会区分刻意的动作指令与行走或跑步时自然产生的头部动作。

此外，在设备中集成具有情境感知的AI，可以显著提升用户体验。例如，系统可以学习到某些动作更可能在特定环境或活动中使用，从而对用户输入做出更细微、更符合情境的响应。

 

电源管理与小型化

节能运行是在可听戴设备中实现动作控制的关键。为满足这一需求，先进的电源管理技术需要做到：

• 采用低功耗MEMS传感器，保持活动状态以便检测动作，同时尽可能降低功耗

• 实施自适应算法，根据用户活动调整传感器轮询率

• 采用高效信号处理技术，尽可能降低计算开销

这些策略有助于延长电池续航时间，同时不牺牲动作控制提供的先进功能。

对此，一种颇具前景的方法是事件驱动感知，就是让大部分动作识别系统处于低功耗状态，直至检测到可能代表指令的动作。与持续感知和处理相比，这种方法可以显著降低功耗。

要尽可能经济高效地运行可听戴设备并延长续航时间，还需要采用合适的电池技术。可听戴设备通常采用锂离子（Li-ion）或锂聚合物（Li-Po）电池[4]，它们具有能量密度高、寿命长、自放电率低的特点，非常适合可听戴设备。随着可听戴设备越来越小巧轻便，电池的小型化也成为了必须考虑的因素。

固态电池技术的新进展为可听戴设备的未来发展带来了希望。与传统锂离子电池相比，固态电池具有更高的能量密度和安全性，有望实现更长续航时间和更小体积。此外，还可以研究通过能量收集技术，将头部运动的机械能转化为电能，从而为动作控制的可听戴设备提供额外电源，进一步延长工作时间。

 

结语

越来越多的可听戴设备，正借助先进的传感器技术、AI驱动的识别能力和高效的电源管理，实现动作控制功能。这种趋势正在改变此类设备的市场格局。这些新型用户界面增强了可听戴设备在消费电子、医疗保健、专业环境等各类应用中的可用性、功能性和设计感。

展望未来，动作控制无疑将继续在优化可听戴设备性能、提高用户满意度方面发挥关键作用。传感器技术、ML算法和电源管理解决方案的持续进步，为新一代直观易用、响应迅速、功能强大的可听戴设备铺平了道路，这些设备终将完全融入到我们的日常生活中。