揭秘谷歌最神秘实验室：研发黑科技，让谷歌硬件像软件一样智能

目前ATAP（先进技术与项目实验室）的任务是让谷歌硬件像谷歌软件一样智能，其研究项目有已经终止的模块化智能手机Project Ara，也有在Pixel 4智能手机中实现运动感应功能的Soli技术、织物触控技术Jacquard，还有智能笔和家居鼠标等未来主义产品。

阿迪达斯推出的基于谷歌Jacquard技术的智能鞋垫

据国外媒体报道，谷歌旗下研究机构先进技术与项目实验室（ATAP）是一个关于消费类电子产品的硬件研究部门。多年来其一直很安静，但也一直在忙碌。目前ATAP的任务是让谷歌硬件像谷歌软件一样智能，其研究项目有已经终止的模块化智能手机Project Ara，也有在Pixel 4智能手机中实现运动感应功能的Soli技术、织物触控技术Jacquard，还有智能笔和家居鼠标等未来主义产品。

2015年，美国国防部高级研究规划局（DARPA）信息创新办公室主任丹·考夫曼（Dan Kaufman）开始与谷歌商谈加入公司的事宜。他可以选择在Android部门或者谷歌X实验室工作。还有一种可能性是谷歌研究机构先进技术与项目实验室ATAP。用考夫曼的话说，“就像硅谷的高级研究规划局”，他的反应是“听起来太棒了!”

ATAP负责人丹·考夫曼（Dan Kaufman）

当时的ATAP由雷吉娜·杜根（Regina Dugan）负责，其也是考夫曼在DARPA的前任老板。但在考夫曼成为副手之后不久，杜根突然离职，并在Facebook成立了一个类似的团队。

“她笑了，在出去的路上把钥匙扔给了我，”他回忆说。“我当时就想，‘天哪，我现在是这里的负责人了。’”

考夫曼还曾在梦工厂(DreamWorks)和风投机构工作过，此后一直担任ATAP的负责人。考夫曼一直相对低调，几乎不为人所知。

这种沉默和ATAP早期相比是一个转变。杜根是技术会议的常客，常常提出一些颇具未来主义色彩的想法，比如可以吞下的密码验证设备。当时ATAP还喜欢谈论一些正在进行中的工作，比如Project Ara，这个雄心勃勃的计划旨在制造出低成本、类似乐高积木的模块化智能手机。但谷歌在2016年中止了这一项目。

现在考夫曼所公开的ATAP工作不多。其中包括一些已经进入市场的技术，比如Pixel 4智能手机中基于雷达的手势检测技术Soli；也包括一些离市场化尚有距离的研究调查。

ATAP的模块化智能手机项目Project Ara

尽管ATAP与早期相比已经有了很大的改变，但它的野心从未有所改变。考夫曼这样评价：“依我说，‘想象一下所有都存在的世界。我要你忘掉所有反对意见，只是和我一起幻想。如果我能造出这个，你会想要吗?’”

他接着说:“如果我得到的回答是‘不’，那么这可能就不是一个好主意。”“如果我得到一个‘是的，那就太好了，但你打算怎么做呢?’的反应……这就是我们在这里的原因。”

新的管理模式

按照最初的设想，ATAP专注于移动技术，其也源自摩托罗拉。2014年，谷歌将摩托罗拉的手机业务卖给了联想，但保留了ATAP。考虑到谷歌专注于尖端技术研究，这并不意外。

两年后，谷歌成立了一个统一的硬件部门，负责Pixel手机、智能音箱以及后来的Nest智能家居组合等产品。ATAP成为由摩托罗拉前高管里克 奥斯特洛(Rick Osterloh)领导的硬件部门的一部分。

所有这些调整都要求ATAP必须符合谷歌硬件总体规划。考夫曼说:“我来这里的时候，觉得这里有很多非常有趣的项目。”“这些都是很酷的东西。但没有真正统一的愿景或战略。我认为，如果你想在谷歌这样的公司发挥影响力，你需要更加专注。”

对于考夫曼和ATAP的同事们来说，去向非常清楚。他说，有些人称之为环绕计算（ambient computing）；另一些则称之为第四次或第五次计算机浪潮。不管名字是什么，他们谈论的都是后PC、后智能手机的世界。在这个世界里，各种搭载运动传感器的设备至少拥有部分智能功能，而云计算将一切联系在一起。

这些都不是什么新发现，其也没有指导ATAP朝独特方向发展的明确界限。考夫曼说:“让我们感到兴奋的任务是，我们能否让谷歌硬件和谷歌软件一样有用?”

对于诸如谷歌地图、Gmail以及谷歌搜索等谷歌软件业务来说，所有已经不言自明。谷歌硬件更像是一片未开发的处女地。考夫曼举了一个例子:在厨房里用家用音箱设置计时器，提醒用户关掉烤箱。这很有用的。但是当你在另一个房间的时候，到点的计时器会比普通的老式厨房计时器更有用吗？也许真正有用的是预料到用户想把烤箱关小，这样你的饼干就不会烤焦？不管ATAP是否真的在解决饼干烧焦的问题，其都在研究领域问自己类似的开放式问题。

除了调整ATAP的研究领域，考夫曼还重新思考了实验室该如何开展工作。美国国防部高级研究规划局最初的设想是，任何研究工作都不会持续几年时间。如果项目夭折那也没什么。如果能发展起来，自然会变成一个由产品人员而不是研究人员经营的真正企业。

ATAP公布的项目数量相对较少，但加起来并不足以证实这种方法。Ara模块化手机立项两年后还只是一个实验，而不是一项业务；它从未成为新兴市场消费者手中的设备。Tango是一种将真实世界映射到3D空间的技术，其被应用到运输设备中，然后被另一种名为ARCore的技术所取代。

整合进Jacquard技术的各种产品

ATAP的另一项技术Jacquard则没有这样的压力，这种技术将织物转化为触控表面，从而把牛仔夹克和背包等物品表面变成用户交互界面。自从2015年谷歌I/O开发者大会上首次公开宣布这项技术以来，已经有不少相关产品问世。在谷歌、阿迪达斯和艺电的合作下，Jacquard技术为足球爱好者提供了一款新的智能鞋垫，可以将真实世界的足球动作转化为艺电FIFA手机游戏中的奖励。

Jacquard仍然是小众技术。尽管谷歌对那些有可能成为大众日常必需品的想法更感兴趣，考夫曼说，但目前推出Jacquard技术的形式还是很有价值。

李维斯推出的Jacquard技术牛仔夹克

他表示:“我们所做的是一直坚持交付少量成品。”“因为当你开始交付产品的时候，才可以开始真正降低风险。”举个例子：在一次采访中，一名自行车快递员购买了李维斯那款支持Jacquard技术的夹克，她说她觉得这款夹克的导航系统有点烦人。毕竟，通勤者知道自己要去哪里。谷歌根据她的意见重新设计了产品，并从中吸取了教训，这可能有助于Jacquard技术获得更大的影响。

缩小雷达的尺寸

谷歌对Jacquard技术的耐心并非偶然。考夫曼并没有把ATAP最初的快速创新系统视为神圣不可侵犯的东西，而认为ATAP是服务于谷歌硬件总体目标的人为构造产物。有些创意需要两年多的研究才能成熟，才可以实现商业化。他解释道：“如果你想要产生真正的影响，并在谷歌打造一些真正有意义的东西，四五年并不稀奇。”

这种慢工出细活的做法在Soli上也可以看到。Soli是去年10月在谷歌Pixel 4智能手机上首次推出的一项技术。Soli技术在2015年首次亮相，直至历经多次开发成熟后，才基于此推出一项名为“运动感应”（ Motion Sense）的手机功能。比如用户可以通过挥手或非接触式滑动来控制音乐音量、挂掉来电。这一功能还可以检测到是否有人靠近手机或伸手去拿手机。当用户举起手机的时候，就可以唤醒面部识别技术准备解锁手机屏幕。

Soli芯片历经多次迭代

Soli还可以实现游戏控制功能。谷歌鼓励第三方开发者为其开发新的应用程序。

从三星的Air View功能到Leap Motion控制器，各种非接触式交互方法已经存在多年。但是ATAP工程总监伊万·波普列夫(Ivan Poupyrev)和设计总监利奥·朱斯蒂(Leo Giusti)对解读这些手势的挑战有新的看法。其目标是创造出一种直观、节能、能够在黑暗中工作，并且有隐私功能的技术。因此他们选择了雷达。

如果谷歌要求Soli在两年内证明价值，其可能永远不会从实验室中脱颖而出。考夫曼说，“把60GHz的雷达放到芯片上的确有点疯狂。”即使ATAP的确做到了这一点，要弄清人类所做的特定手势还有很长的路要走。

朱斯蒂说:“我们最初几年都在探索这种电磁波新材料。”“一开始我们真的没有考虑用例。所以这和正常的产品开发周期是不同的。这是真正的研发。”

最终的Soli芯片比图钉还小

一旦Soli团队开始考虑具体的现实场景，他们曾设想将Soli用于智能手表，因为智能手表屏幕很小，很难实现传统触控输入。“我们起初在小手势和精细的手指动作上花了很多精力，最终研究人员开始在智能手机上试验这项技术的可能性。尽管一开始，这项必不可少的技术占据了太多的内部空间，以至于早期原型机放不下摄像头。”

经过多次迭代，ATAP开发出的Soli芯片还没有图钉大，从而得以整合进Pixel 4实现运动感知功能。

作为Pixel 4的一部分，人们对Soli的评价褒贬不一，从“Soli对于Pixel 4来说很棒”到“Soli没有任何意义可言”。Soli并不是ATAP的发明成为热门产品主要卖点的第一个例子。不过能为谷歌旗舰手机的主打功能代表了一种更大的信任感。

如果Soli技术能以更精致的形式出现在未来谷歌设备中，那就意味着谷歌会认真考量将每次成功机会带给ATAP的创新。

笔而不是笔型电脑

ATAP技术项目负责人亚历克斯·考夫曼（Alex Kauffmann）已经在谷歌工作了近十年。早在2014年，他就是Cardboard的发明者之一，这款产品使用智能手机作为廉价虚拟现实设备的处理设备。在ATAP，他仍在思考如何制造有用且相对简单的技术设备。这种项目在ATAP被称为直接对象（direct objects）。

考夫曼说，许多对现有产品进行改造的公司实际上都是把它们变成了特殊用途的电脑。ATAP更具谷歌风格的研究是将更多的智能化引到云端，这样原有产品就能保留更多人们所熟悉的元素。

“我不想要像钢笔形状的电脑，或者像汽车形状的电脑，”他说，“我只是想要一辆智能汽车。就像是，你能赋予普通日常物品智能吗？因为我认为你不需要在里面加入智能设备。”

提到钢笔不仅仅是为了举例。考夫曼正在研制一支智能笔，但绝不希望任何人把它误认为是一台电脑。“我不是在和某种价值200美元的派克笔竞争，”他一边说一边挥舞着一只普通圆珠笔：“我是在和这个竞争。”

智能笔并不新鲜，最突出的例子就是Livescribe智能笔。但这种智能依赖于用户使用的特殊记事本，写字时可以跟踪笔尖运动，从而把潦草的笔迹转化为数字信息。

虽然Livescribe吸引很多粉丝，但并未被大众所接收。不过只有当智能笔能够完成普通圆珠笔无法完成的任务时，才会引起大众的兴趣。

考夫曼的智能笔原型是一个球状的装置，看起来更像一根冰棒而不是一支钢笔。但其已经可以在不使用特殊纸张或其他技术手段的情况下实现书写内容数字化。对于考夫曼来说，这款设备运行良好，可以探索成为现有谷歌技术新接口的可能性。通过谷歌的手写识别引擎，用户可以圈出单词，将其转换为可编辑文本；或者做数学题时让谷歌找到答案；或者用一种语言书写，然后翻译成另一种语言。

谷歌曾在2016年发布了人工智能识别涂鸦Quick, Draw，其算法会猜测用户到底画了什么。考夫曼也将这一功能整合进了智能笔。

考夫曼解释了他对智能笔早期原型的方法:“我大致展示这种技术，如果人们有兴趣，并且对特定功能感到兴奋，那就是我要深入研究的东西。”然后我会试着理解这背后的含义。有什么需要吗？是翻译？是转录?哪一部分交互真正有趣？而我就是这样进行研究的。”

“嘿，我怎么把它给你？”

考夫曼的另一项研究是将信息从一个设备快速传输到另一个设备。他在测试手机上选择一个地图位置，把手机悬在拿着的另一个手机上方，然后把这个位置“丢”到目标手机上。他说，这样做的目的是消除“嘿，我怎么才能把它给你?”的问题，这是人们在尝试分享东西时经常遇到的情况。

这种想法对ATAP来说并不新鲜。实际上，它至少可以追溯到20世纪90年代，当时Palm Pilot用户可以通过红外端口将联系信息“发送”给彼此。如今基于蓝牙的技术也可以实现类似功能。考夫曼对这个想法的理解旨在让它更简单、更可靠;它需要启用的是扬声器、麦克风和互联网连接。它不需要设备配对，也不需要登录任何特定的账户，可以在iPhone、Pixel以及各种Android手机上运行。

一些谷歌工程师曾试图利用低功耗蓝牙来设计测量功能。当他们发现蓝牙作用距离有限时，其中一人转而使用声波来测量距离。但电子设备产生的噪音惹恼了附近的同事，这就导致了使用静音的超声波技术进行测量。尽管测量计划没有取得任何进展，但最终演变成现在利用超声波在设备间传输数据的想法。

但考夫曼的技术什么时候才能提供给消费者？以什么形式提供？他告诉我，他不确定，这在一定程度上取决于他能否成功地将其推销给谷歌的其他股东。他表示:“现在我必须说服谷歌的每一个部门，让它们相信整合是有意义的。”“而且不需要登录，也不需要使用个人信息，实际上这就是我们的愿景。”

家居鼠标

ATAP负责人考夫曼仍会回忆起鼠标成为PC输入设备的早期反应。他说:“我还记得曾经有过这样的对话：每个电脑迷都认为(鼠标)很愚蠢。”但是鼠标并不是为了满足那些仅仅通过敲击键盘就能高效完成任务的人。相反，它为大量不像程序员那样思考的人带来了计算能力。

尽管近年来亚马逊Echo音箱、Sonos音响系统和谷歌Nest产品等小设备取得了巨大成功，但让智能家居中的各个产品协同工作仍然感觉像是在编程。这就引出了一个在ATAP内部被戏称为“家居鼠标”的项目。

带领这个项目的是技术项目负责人里克·马克斯（Rick Marks）。其于2018年加入ATAP，此前曾在索尼PlayStation团队工作了19年时间。

他说:“当你第一次得到录像机的时候，你可以给它编程，但是没有人这样做。”“智能产品也是如此。你现在可以做很多事情，但只是有点麻烦。” 马克斯的研究致力于利用现有设备为消费者更带来新体验。

谷歌、亚马逊和其他公司已经投入了大量的人力物力，让人们通过语音与智能家居设备进行互动。“声音在很多方面都很棒，”马克斯说。“但它缺少鼠标给计算机带来的关键功能——空间输入和易于选择等等。”所以我一直致力于把这种东西带入环绕计算领域。

马克斯用现有设备拼凑成了一部未来主义遥控器，这套系统的大脑是超小型Android手机Palm。马克斯将Palm绑在Vive虚拟现实系统的手部控制器上，内置传感器使遥控器能够理解所指向的位置。他解释说:“这只是我们希望最终看到东西的原型。”

马克斯用桌子周围的物品展示了产品理念。他把遥控器对准一盏灯打开灯。然后进行了一系列更复杂的操作，包括把电脑中YouTube上的《星球大战》主题曲拖到音箱上，然后再拖到灯光上，灯光开始根据音乐节奏不断切换颜色。

谷歌Lens图像识别技术也是马克斯工具包的一部分，其能够让用户把遥控器摄像头对准一张CD，然后把里面的内容拖动到音箱上。

当问及Lens的使用时，一直在观察演示的丹 考夫曼(Dan kaufman)指出如何借助这项技术而不是试图在ATAP内部重新开发类似功能。考夫曼说，Lens技术的工程师“是我的朋友”，而且“离他们只有10分钟的路程。谷歌助理也是如此。”

这就引出了一个问题: ATAP有多少谷歌员工？谷歌拒绝提供具体数字，称公司有禁止透露团队规模的政策。但这个数字似乎并不大，至少与谷歌硬件部门的总人数相比如此。

就其价值而言，考夫曼认为，最重要的并不是ATAO的员工人数。他说:“我不在乎我们雇佣了多少聪明的工程师。如果我能接触到10万谷歌员工，那感觉真是个好主意。”他补充说，他最重要的职责之一是探索所有的合作机会，不仅是与谷歌的其他部分合作，还包括与Verily和Waymo等Alphabet子公司合作。

七年前ATAP开始了它的第一个研究项目。到目前为止，虽然尚没有改变世界的突破性技术，但其智力仍然令人敬畏。ATAP与公司其他部门日益紧密的联系不无道理。如果ATAP能成功为谷歌硬件带来更多类似于谷歌软件的智能，那无疑是一种明智之举。