基于進化樹方法的手機輸入技術分析

文/劉小玲

背景

手機的市場普及雖然只有短短的20幾年，但其發展日新月異。人們不再簡單地滿足于簡單的語音通話和文本短信，而是將手機視為個人娛樂中心、個人網絡中心以及個人社交中心。從第一部摩托羅拉手機開始，已經有上萬款手機推出到市場，但是經歷了大浪淘沙以后，很多品牌的手機逐漸退出了人們的視線，而現在的蘋果、安卓手機卻發展勢頭強勁。在激烈的技術和市場競爭中有什么樣的規律？能否預測技術發展趨勢？能否搶在競爭對手之前推出新的更有價值的產品？這是很多業內研究者在探討的問題。

姜奇平通過對手機行業結構、技術和商業走勢的變化預測未來2-3年的手機發展，認為4G、3D、視頻等硬件和手機游戲，以及社交網絡等應用會有長足發展。繆敬等分析了手機操作系統的演變，結合云技術的發展，提出未來智能手機必將是一種能夠與云計算技術充分結合的Web化的平臺。尹淑紅認為手機和其他個人外設備將成為人們和其他計算機、設備及其互動的界面。以上的這些分析都從一個或者兩個方面對手機的發展做了大膽的預測，但是并沒有回答手機發展趨勢的問題，無法為技術的發展做出科學的決策參考。

TRIZ是阿奇舒勒（Genrich S.Altshul?er）基于數以萬計專利文獻和自然科學知識進行研究、整理、歸納起來的一整套系統化的解決發明問題的理論和方法體系。TRIZ認為技術系統進化過程不是隨機的，而是有客觀規律可循的，并提出了八大類的技術進化法則，即技術系統的完備性法則、能量傳遞法則、動態性進化法則、提高理想度法則、子系統不均衡發展法則、向超系統進化法則、向微觀系統進化法則、協調性進化法則。

但是在實際應用中，如何從海量的產品信息和專利信息中挖掘有用信息并運用技術進化法則開展預測，是一個關鍵難點。尼古拉·什帕科夫斯基在經典TRIZ進化法則的基礎上提出了進化路線和進化樹，以分析技術系統的過去和現在，并預測技術系統的未來。本文對手機輸入技術進行整理和分析，試圖構建技術發展的進化樹，由此來分析手機輸入技術的現狀和未來發展趨勢，如表1所示。

手機輸入技術進化樹的構建

本文利用友人網的手機大全數據庫（http://mobi.younet.com/），通過對13539款手機的信息檢索與排列，找出了具有典型意義的手機型號，并結合不同的技術發展路線進行分析。

首先，手機輸入技術進化樹主干的建立。如下頁圖1所示。原則上，任何進化路線都可以成為主干，但考慮到手機輸入法總體的發展趨勢應該是屬于“物體的分割路線”，因此把該路線設定為主干路線。物體的分割路線從單個的整體物體開始，首先分割成兩個部分，然后分割成為多個部分，再變成顆粒或者粉末，再分割就到了分子層次或者原子層次，最后分割到場的層次。

手機輸入技術也是按照這樣的路徑在發展。最早的手機沿用了固定電話的鍵盤，被稱為T9傳統鍵盤，一般為1至0的十個數字按鍵，然后再加上星號鍵，井號鍵等功能鍵，能滿足簡單的撥號以及英文字母的輸入。隨著手機輸入要求的提高，比如需要輸入非拉丁字母，往往采用了復用的方式。比如在一些提供了中文筆畫輸入的手機中，其中的一些鍵盤按鈕用來作為某種筆畫的輸入。T9傳統鍵盤兼顧了按鍵面積和輸入的便捷性，在對手機屏幕要求相對較低的手機中占據主導地位。

表1 技術系統變換時的作用與相應的進化路線

人與人之間的溝通需求不斷地推動手機的發展，當信息輸入量不斷增大，對引入類似電腦鍵盤的QWERTY（即：全鍵盤）的呼聲也越來越高，因為人們已經習慣了在電腦鍵盤上快速輸入，按一次輸入一個字母，避免了T9輸入法中重復按鍵的問題。這從技術發展路徑上來說是“分割”原理，分割的程度越高，其自由度越大，能滿足更多的控制需求。Palm的Treo系列手機和黑莓手機是較早引入全鍵盤的，因為它們的定位都是個人數碼助理，相比普通手機需要更多的輸入，因此全鍵盤是更為合理地選擇。

圖1.手機輸入技術的進化樹主干

在T9鍵盤與QWERTY鍵盤之間，還有一種較為有趣的手機鍵盤，更加說明了分割原理。由于鍵盤的體積大小有限，如果放置了全鍵盤，其每個按鍵的個頭會非常的小，對于手指較大的男士操作會較為困難，而T9輸入的鍵盤個數又太少，需要多次按鍵才能完成輸入。索尼愛立信曾經推出一款P1c手機，其正面布置了20個按鈕，每個按鈕分別代表全鍵盤中的兩個相鄰按鈕，可以作為全鍵盤輸入。不過這樣的設計并沒有廣泛推廣，可能還與使用者的習慣有關。

手機鍵盤無法無限分割，但是觸摸屏技術的發展為輸入又增添了新的方向。早期的觸摸屏都是基于電阻原理的，也就是利用兩個導電層之間的導電性能決定觸電的位置坐標。這個位置坐標就是輸入的信號了，這與實際的鍵盤相比，每個輸入點要小得多，已經進入到了“電場”的范疇中，這是一個很大的技術進步。不僅可以通過點擊屏幕顯示的虛擬鍵盤進行輸入，還可以直接手寫輸入，或者用來繪畫。觸摸屏技術的推出，對手機的最大好處就是可以把鍵盤裁剪掉，讓手機的屏幕占據更大的位置來顯

示更為豐富的內容。但是對電阻式觸摸屏而言，也存在缺陷，比如為了提高輸入的精度，電阻觸摸屏的手機都會隨帶一只觸控筆。同時，一般在一個時間只能捕捉一個觸點，無法完成更加復雜的信息輸入。當蘋果推出多點觸控電容屏之后，觸摸屏技術又向前推進了一步，使得用戶可以采用多個手指的不同手勢來進行輸入。

從技術進化的角度，手機輸入方式還會進一步的發展，從“場”的角度考慮，再結合人類的信息輸出途徑，包括正在蓬勃發展的語音輸入技術（以SIRI為代表），還處于實驗階段的手勢輸入（比如谷歌的“Smart Glove”），以及眼神捕捉系統等（比如瑞典拓比電子技術公司(Tobii Technolo?gy)的視線輸入計測裝置“eye tracker”）。未來的手機輸入還將向哪個方向發展？可以直接受人腦電波意識流控制嗎？目前技術上還稚嫩，但我們覺得那將是一個重要的發展方向。

進一步分析發現，從T9鍵盤，QWER?TY鍵盤，再到電阻屏、電容屏，乃至后來的語音輸入，手勢輸入，眼神輸入，意識流輸入，雖然都是一個技術發展階段的標志，但它們所帶來的對功能完善程度的影響大小是不一樣的。從技術進化的S曲線來看，T9鍵盤和QWERTY鍵盤輸入技術的發展空間已經不大了，而新興的電容屏輸入技術“錢”途無量，現在是兵家必爭之地。另外，智能語音輸入發展非常迅速（國內小米手機已推出了中文智能語音控制），大有后來居上之勢。

其次，手機輸入技術進化樹分支的建立。如圖2所示。在進化樹的主干上，每一個節點都可以作為一個技術的分支。受到篇幅限制，這里以全鍵盤的發展為例來介紹分支的建立。全鍵盤的應用在手機上的最大困難在于需要利用有限的空間布置盡可能大的全鍵盤，以方便用戶較為容易的按鍵輸入。這形成了TRIZ中的一對物理矛盾，也就是工程參數“33.可操作性”得到了改善，而“5.運動物體的面積”受到惡化。根據矛盾矩陣可以查到相對應的發明原理包括：1.分割原理，17.空間維數變化原理，13.反向作用原理和16.未達到或過度作用。運用以上發明原理，可以為手機全鍵盤的設計提供思路。

按照1.分割原理，可以將鍵盤分成兩個部分分別位于屏幕的兩側，如諾基亞5510和諾基亞E70。其中諾基亞E70的其中一邊的鍵盤還可以折疊回來，其動態性更高，也減少了手機的大小。

按照17.空間維數變化原理，不僅可以在手機表面設置全鍵盤，還可以利用手機的厚度在三維方向設置全鍵盤。比如多普達700和D9000分別采用了底部滑動和側向滑動的方法，而西門子SK65則選擇了旋轉的方式調出位于底部的全鍵盤。

對于13.反向作用原理，摩托羅拉MPX選擇了改變屏幕的位置來解決鍵盤的問題，其手機有兩個軸，如果按照上下方式打開屏幕，那就是一部普通折疊手機，而如果選擇側面方式打開則可以直接運用全鍵盤，其動態性能更高。

通過這些全鍵盤演化，我們可以看到利用TRIZ的矛盾矩陣可以來預測某個具體方向上面的技術進化，總體來說，這里全鍵盤的變化都是朝著動態性增加的趨勢進化的。如圖3所示。

圖3 全鍵盤的動態性的進化趨勢

圖4 手機外置鍵盤的進化趨勢

手機全鍵盤的發展過程中，也有廠商認為無論怎么樣設計手機鍵盤，都無法達到電腦鍵盤的輸入感受，為此他們選擇了給手機增加一個外置鍵盤。如圖4所示。

三星SPH-p9000選擇了較為傳統的方式，采用折疊鍵盤與手機機械連接，這種連接方式的動態性較差，相對位置不能隨意改變。而ATOMEXEC引入紅外鍵盤，全鍵盤與手機是各自獨立的，但是通過紅外線的方式進行通訊，紅外線相對于機械方式有了很大的改進，但發射器與接收器之間需要對齊。藍牙技術的引入使得鍵盤與手機之間的組合更為靈活，缺點就是還需要攜帶一個獨立的鍵盤。鍵盤的作用是將信號采集起來并輸送給手機，那么能否將鍵盤的實體裁剪掉，只剩下有用的功能呢？Seabird推出了一款概念手機，安裝了兩部投影儀分別在兩邊投射出鍵盤的形狀，人在敲擊投影的時候同時將信息傳入到手機中，這大大提高了系統的理想度，不僅解決了手機全鍵盤的大小問題，還解決了手機重量的問題。

第三，手機輸入技術進化樹。從以上分析可以看出，在進化樹的主線上，可以分出一支或者多支的進化支線，每條支線都沿著一個進化原理發展，當我們整理出現有技術的進化樹之后，我們就可以對未來的技術進行預測。圖5是以物體分割路線為主干、以動態化和單—雙—多系統路線為支線展開的手機輸入技術進化樹的一部分。如果再沿著“系統裁剪”或其他進化路線，我們還可以畫出更多的支線，在此基礎上讓手機輸入技術進化樹“枝繁葉茂”。

圖5 手機輸入技術進化樹部分結構

利用手機輸入技術進化樹預測技術發展方向

T9鍵盤、全鍵盤輸入方式已經較少的出現在最新款的手機里面了，現在的手機外觀越來越像，一般都是采用電容屏的大屏幕，基本上所有的操作都是在屏幕上完成。而語音輸入技術可能是下一代的發展重點，蘋果，谷歌等科技巨頭正在這個領域激烈競爭。那么能否采用進化樹來預測語音輸入技術呢？

我們知道，語音輸入是將人們的聲波轉換成數字信號，然后在手機的芯片中進行處理的，語音輸入的一個主要的問題是語音的識別準確率與處理時間的矛盾。通過TRIZ矛盾矩陣分析工程技術參量“28.測量準確度”和“39.生產率”，得到的可能的發明原理是“10.預先作用原理”，“34.拋棄或再生原理”，“28.機械系統的替代”，“32.顏色改變原理”等。那么結合“單-雙-多系統發展趨勢”，語音輸入法可能的發展路線有：預先在手機中設置語音數據庫，無需聯網即可完成語音的快速識別；按照當前話語環境預測下面要說的話，提前縮小范圍，提高識別精度；能夠同時識別兩個不同人的語音，比如在開會的過程中，識別不同人的語音分別記錄；語音識別不再僅僅采用麥克風輸入，同時協同處理屏幕表面的振動，人臉表情識別等信息，以達到更為準確的輸入。

結論

本文應用TRIZ原理和技術系統的主要進化路線，對手機輸入技術的發展趨勢做了回顧與前瞻，構建了進化樹的部分結構。提出了手機輸入技術未來主要朝著“場”的角度進化，語音、手勢眼神、腦電波等都將可能成為手機輸入方式，從而又進一步解放了人類“雙手”；本文也應用矛盾矩陣分析，重點對“語音”輸入技術的未來突破點進行了預見。

本文對手機輸入技術的分析只是應用了TRIZ原理，在實際中，技術的發展還受到專利、國家科技計劃、用戶習慣、乃至社會風尚等等的影響，未來進一步完善進化樹的工作應綜合這些因素考慮。