Atjautības pieskāriens

Tagad, kad arvien lielākam skaitam viedtālruņu un MP3 atskaņotāju ir skārienekrāna saskarnes, cilvēki ir pieraduši mijiedarboties ar sīkrīkiem, tikai pieskaroties un pavelkot ar pirkstiem. Taču Manhetenas centra ēkas 11. stāvā Ņujorkas universitātes pētnieki Iļja Rozenbergs un Kens Perlins izstrādā saskarni, kas sniedzas vēl tālāk. Tas ir plāns spilventiņš, kas precīzi reaģē uz spiedienu, ko rada ne tikai pirksts, bet arī dažādi priekšmeti, piemēram, pēda, irbulis vai stilbiņš. Un tas var uztvert vairākas ievades vienlaikus.

Kens Perlins (pa kreisi), Ņujorkas Universitātes datorzinātņu profesors un Ņujorkas universitātes absolvents Iļja Rozenbergs, demonstrē plastmasas loksnes, kas ir viņu spiedienjutīgo skārienpaliktņu sākumpunkts.

Ideja par spilventiņu radās Rozenbergam, NYU absolventam, pirms dažiem gadiem, kad viņš strādāja ar vadošu polimēru, ko sauc par spēka sensora rezistoru tinti, ko bieži izmanto elektroniskās mūzikas taustiņinstrumentos. Kad uz tintes tiek izdarīts spiediens, tās molekulas pārorientējas tā, lai izmainītu tās elektrisko pretestību, ko ir viegli izmērīt. Sākotnēji Rozenbergs izmantoja tinti, lai izveidotu sensorus, kurus varētu iegult zem tenisa laukuma robežām, lai automatizētu līniju zvanus, taču viņš domāja, vai tas varētu būt labas daudzskārienu saskarnes pamats datoriem. Viņš sāka sadarboties ar Perlinu, NYU Mediju pētniecības laboratorijas profesoru, lai izveidotu spiedienjutīgu skārienpaliktni, lai aizstātu datora peli.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2009. gada septembra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Spiedienjutīgi spilventiņi pastāv jau gadiem ilgi, taču lielākā daļa ir aprobežojušies ar vienkāršiem lietojumiem, piemēram, uztverot, kad automašīnas sēdeklis ir aizņemts. Tādas ierīces kā Palm Pilot, kas datu ievadei izmanto irbuli, parasti nosaka pieskārienu, mērot elektriskās pretestības izmaiņas, kad objekts pieskaras ekrānam. Taču šie ekrāni vienlaikus var reģistrēt tikai vienu pieskārienu. Tikmēr viedtālruņu skārienekrāni izmanto sensoru, kas nosaka kapacitātes izmaiņas vai materiāla spēju noturēt elektrisko lādiņu; kapacitāte mainās, kad objekti, kas satur ūdeni, tostarp pirksti, pārvietojas pa ekrānu. Šādi ekrāni var uztvert vairākus pieskārienus, taču tie nevar noteikt spiedienu.

Turpretim Rozenberga un Perlina skārienpaliktnis apvieno dažas visu šo tehnoloģiju priekšrocības. Tas var vienlaicīgi reģistrēt spiedienu un vairāku pieskārienu atrašanās vietu, un to var vienkārši un lēti samazināt līdz kulona izmēram vai palielināt, lai pārklātu galda virsmu.

Krāsota plastmasa
Lai izveidotu spiedienjutīgu skārienpaliktni, Rozenbergs sāk ar plastmasas loksnēm, kas ir nedaudz biezākas par papīra lapu. Viņš izmanto īpašu programmu, lai izveidotu līniju modeli, kas tiks uzdrukāts uz katras lapas, pielāgojot modeli ierīces paredzētajam lietojumam. Līnijas ir novietotas uz plastmasas metāla, lai padarītu tās elektriski vadošas; pēc tam lapu pārklāj ar vienmērīgu melnas spiedienjutīgas tintes kārtu. Lielapjomā drukātie sensori maksās aptuveni 100 USD par kvadrātmetru, taču, tā kā šie burtu izmēra prototipi ir vienreizēji, katrs maksā apmēram 100 USD.

Rozenbergs novieto divas sagatavotās loksnes vienu pret otru ar polimēra tintes pusi uz iekšu, orientējot tās tā, lai vadošās līnijas izveidotu režģi. Tad viņš salīmē loksnes kopā ar abpusēju līmlenti. Katra sestā metāla līnija beidzas vienā plastmasas loksnes malā īsā, elastīgā spārnā, kas ir savienota ar stingru shēmas plati ar skavu. Lai gan pārējie vadi nav savienoti ar elektroniku, tie ietekmē aktīvo līniju elektriskos raksturlielumus, kas palīdz programmatūrai secināt, no kurienes nāk pieskāriens.

Pati shēmas plate satur mikroshēmu, kas ieprogrammēta, lai skenētu sensora spilventiņu, ātri pēc kārtas nodrošinot barošanu katram aktīvajam vadam. Mikroshēma arī pārveido spiediena datus no nepārtraukta analogā signāla digitālā formātā, ko dators var interpretēt. Visbeidzot, tas saspiež datus un nosūta tos uz datoru, izmantojot USB savienojumu vai (mūzikas lietojumprogrammām) MIDI portu.

Programmatūra datorā aprēķina gan objektu stāvokli, kas saskaras ar spilventiņu, gan to radītā spiediena lielumu. Ja objekts pieskaras divu vadošu līniju krustpunktā, elektronika reģistrē tur spēcīgu strāvu; bet jo tālāk no krustojuma tas pieskaras, jo vājāka ir strāva tintes pretestības dēļ. Prototipiem jau ir pietiekami augsta izšķirtspēja, lai precīzi uztvertu pirksta un irbuļa ievadi planšetdatoros. Ar vienu pieskārienu tas var ierakstīt spēkus no pieciem gramiem līdz pieciem kilogramiem ar 2,5 procentu kļūdas robežu — pietiekams diapazons, lai interpretētu vieglu irbuļa pieskārienu vai digitālās bungas sitienu. Perlins saka, ka tāpēc, ka ir nepieciešams barot tik maz vadu, lielākas spilventiņu versijas var sasniegt līdzīgu jutīgumu bez daudz sarežģītākām vai izmaksām.

Tirgus spiediens
Mūsdienu prototipi ir necaurspīdīgi melni, tāpēc tie nav piemēroti kā skārienekrāna saskarnes mobilajiem tālruņiem un citiem elektroniskiem sīkrīkiem. Bet tik precīzai un lētai spiedienjutīgai saskarnei joprojām ir daudz potenciālu lietojumu, saka Perlins.

Piemēram, Rozenbergs un Perlins ir sadarbojušies ar citiem pētniekiem vairākos medicīniskos un zinātniskos lietojumos. Perlins saka, ka spilventiņu var pievienot apaviem, lai uzraudzītu gaitu, un slimnīcu gultām, lai brīdinātu medmāsas, ja pacients ir pārāk ilgi nekustīgs, tādējādi palielinot spiediena čūlu risku. Paliktnis ir pat pietiekami jutīgs, lai izmērītu spiediena viļņus ūdenī un gaisā; tas varētu radīt labākus šķidruma dinamikas modeļus, kas varētu palīdzēt lidmašīnu un laivu projektēšanā. Mūsdienās pētnieki izmanto atsevišķu sensoru masīvus, lai savāktu šādus datus, taču tie ir pārāk dārgi, lai tos izmantotu lielā teritorijā.

Šī tehnoloģija ir noderīga arī elektronisko ierīču multitouch saskarnēs. Patriks Baudišs, Hasso Plattner institūta Vācijā pētnieks, ir integrējis paliktni neliela spēļu sīkrīka aizmugurē, efektīvi pievienojot ergonomisku pieskāriena ievadi: lietotāji var kontrolēt spēli, nebloķējot ekrānu ar pirkstiem. Un Rozenbergs uzskata, ka, izmantojot cita veida spiedienjutīgu tinti un padarot līnijas plānākas, viņš un viņa kolēģi var izveidot caurspīdīgu sensoru, ko var izmantot mobilo tālruņu un planšetdatoru skārienekrānos.

Rozenberga un Perlina skārienpaliktnis ir daudz jutīgāks nekā citas pretestības sensora ierīces, saka Endijs Vilsons, Microsoft pētnieks, kurš izstrādāja komerciāli pieejamu daudzskārienu galdu Surface. Viņš saka, ka daudzas lietojumprogrammas koncentrējas uz spiediena sensora izmantošanu interesantos veidos. Tomēr viņš piebilst, ka tehnoloģija joprojām ir agrīnā stadijā, un ir grūti pateikt, cik daudz tā būs lētāka nekā mūsdienu pieskāriena saskarnes.

Aprīlī Rozenbergs un Perlins atklāja Touchco — jaunuzņēmumu, kas licencēs tehnoloģiju un sniegs projektēšanas palīdzību uzņēmumiem, kas vēlas to iebūvēt tādās ierīcēs kā mobilie tālruņi un e-lasītāji. Uzņēmuma inženieri pēta papildu lietojumus, piemēram, pirmo elektronisko rokas bungu, kas nebūtu iespējams bez sensora, kas spēj nodrošināt tik smalku izšķirtspēju.

Galu galā šos plānos, neuzkrītošos skārienpaliktņus varēja iebūvēt praktiski jebkurā virsmā, paverot jaunu daudzskārienu mijiedarbības dimensiju.

paslēpties