Екрани нинішніх мобільних гаджетів - вікно в світ сучасних інформаційних технологій, вікно як в переносному, так і в самому що не є прямому сенсі цього слова. Подібно добре зробленому склопакету, глянцева поверхня сенсорних дисплеїв відгороджує користувача від всіх ретельно промальованих опуклостей і вогнутостей графічного інтерфейсу мобільних операційних систем і складного рельєфу просунутих тривимірних ігрових світів.
Правда, найближчим часом ситуація може докорінно змінитися. І мобільні пристрої, що володіють тільки сенсорним екраном, зможуть забезпечити користувачеві повноцінну тактильну зворотний зв'язок. Причому не тільки для елементів інтерфейсу, але і для таких, зазвичай сприймаються двомірними речей, як, наприклад, шпалери на робочий стіл. Уявіть собі, що ви зможете відчути їх текстуру і навіть на дотик розпізнати, що «зроблені» вони з шовку, дерева або, припустимо, бетону.
Думаєте, це фантастика? Тоді познайомтеся з екранами Senseg Feel Screen і технологією Senseg Tixel.
Haptic Touch Screen. Різні технології для одного відчуття
Подібна технологія називається haptic (від грец. Hapticos - відчуття, дотик).
В основі haptic лежить пристрій, іменоване актуатор (actuator), яке тим чи іншим способом реалізує тактильну зворотний зв'язок гаджета і його користувача. Саме за способом реалізації актуатора і різниця між рівнями доступу haptic-технологій. Так, зазначені вище Віброприводи в даний час є найпоширенішим варіантом haptic.
Звичайно, єдиний вібромоторчик в мобільному гаджеті вельми умовно імітує тактильну зворотний зв'язок, швидше за все позначаючи факт реакції пристрою на дії користувача. Розпізнати на дотик, через якого конкретно елементу інтерфейсу вібрує привід, практично нереально. Але що, якщо поставити кілька віброприводів під різними частинами екрана?
Саме так і вчинила компанія Immersion. розробила технологію TouchSense Haptic System, використовувати яку можна практично в будь-яких сенсорних екранах.
Haptic-рішення Immersion - многоточечная вібронадстройка для існуючих сенсорних екранів різного розміру.
Основою TouchSense від Immersion є актуатори, що складаються з віброприводів або п'єзоелементів, що вмонтовуються під поверхнею екрана. Їх розмір і кількість залежить від бажання споживача мати більш-менш просунуту тактильну віддачу. Так, наприклад, набір TouchSense Series 1000 призначений для великих сенсорних дисплеїв (окремий випадок - термінали, що встановлюються в громадських місцях). Відповідно, використовувані в цьому комплекті актуатори-Віброприводи мають значні розміри. А ось комплект TouchSense Series 5000 вже підійде для екранів мобільних пристроїв, і в якості актуаторов тут використовуються компактні п'єзоелементи.
Будь-який бажаючий може придбати «конструктор» від Immersion і перетворити свій неживий екран в чуйний.
Механічна складова технології Immersion TouchSense підтримується програмними компонентами, що відповідають за розпізнавання координат дотику до екрану і передачі керуючого впливу на відповідний цим координатам актуатор. Програмісту ж надається кілька наборів програмного забезпечення розробника (Software Developer Kit), за допомогою яких можна реалізувати тактильну зворотний зв'язок в таких різних за призначенням програмах, як, наприклад, ігри або медичні програми моніторингу та діагностики. Спеціальний набір програмного забезпечення MOTIV Development Platform призначений для обладнання hapic-системою елементів призначеного для користувача інтерфейсу операційної системи Android.
Актуатори Immersion можна кріпити до touch-панелі різними способами.
Фактично рішення Immersion недалеко пішли від вбудованого за умовчанням в гаджети Вібропривід. Як не крути, за допомогою невеликого числа актуаторов можна отримати лише образне тактильне уявлення про те, який елемент інтерфейсу був натиснутий. А вже зрозуміти на дотик форму цього елемента і зовсім не представляється можливим.
Один із шляхів вирішення цієї проблеми запропонували в своєму патенті вчені інституту EPFL (Федеральний політехнічний інститут в Лозанні, Швейцарія). Прототип їх haptic-системи, іменований EPFL-дисплей. як і продукти Immersion для мобільних пристроїв, в якості актуаторов використовує п'єзоелементи. Але не кілька, а цілу матрицю, розташовану під сенсорною поверхнею екрану. Завдяки невеликим розмірам цих п'єзоелементів програма, яка керує ними, дозволяє сформувати тактильне вплив, при якому користувач може відчути кордону натискають їм елемента інтерфейсу.
Головна ідея швейцарських EPFL-дисплеїв - масив мініатюрних п'єзоелементів, розташованих під сенсорною поверхнею.
Елементи призначеного для користувача інтерфейсу в своїх дисплеях професор Хадсон пропонує ... надувати.
Правда, застосовувати свій пневмоінтерфейс в мобільних девайсах Хадсон не пропонує. А ось в екранах побільше, наприклад в банкоматах або автоелектроніці, розробка цілком може виявитися до речі.
Всі розглянуті вище haptic-технології, маючи різну реалізацію, проте ґрунтуються на загальному принципі - механічної природі тактильного зворотного зв'язку, в якій роль джерела відчуття грає вібрація або який-небудь спосіб створення об'ємної форми інтерфейсних елементів. А це - додаткове нагромадження і без того складного «бутерброда», який представляють сучасні touch-панелі. Домогтися при цьому балансу між бажанням споживача мати екран з тактильним зворотним зв'язком і тонкий гаджет водночас надзвичайно складно і дорого. Невже не існує альтернативи механічної реалізації ілюзії відчуттів дотику? Існує. Компанія Senseg довела це.
Senseg Tixel. Закон Кулона в дії
Чому б не спробувати взагалі відмовитися від механічного варіанту тактильного зворотного зв'язку? Саме так міркували гарячі фінські хлопці на чолі з Віллі Макіненом (Ville Makinen), які організували компанію Senseg зі штаб-квартирою в Гельсінкі.
Примудряються ж виробники 3D-екранів створювати у користувача ілюзію обсягу, виводячи зображення на абсолютно плоску поверхню. Можливо, і в світі haptic існує рішення, яке дозволить на плоскій поверхні сенсорного екрану зімітувати ілюзію тактильного відчуття об'єму елемента або його текстури.
Замислившись над цим, співробітники Senseg звернули свій погляд до електродинаміки - розділу фізики, що вивчає електромагнітне поле і його взаємодію з тілами, що мають електричний заряд. У електродинаміки майбутніх творців haptic-технології нового покоління зацікавив закон Кулона. який говорить, що «сила взаємодії двох точкових нерухомих заряджених тіл в вакуумі спрямована вздовж прямої, що з'єднує заряди, прямо пропорційна добутку модулів зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними». Простіше кажучи, чим сильніше заряд у двох точкових тіл і менше відстань між ними, тим сильніше вони будуть притягатися один до одного.
А що, якщо палець представити у вигляді системи різнополюсних точкових зарядів? Тоді, помістивши під поверхню екрану електроди з протилежними зарядами, можна впливати на тактильні відчуття в пальці, притягаючи з різною силою ці самі точкові заряди.
Закон Кулона в дисплеях Senseg працює між точковими зарядами всередині пальця користувача та протилежно зарядженими електродами.
Кожен окремо керований контролером електрод в дисплеях Senseg називається тіксель.
Красива в теорії ідея. Але можна реалізувати чи вона на практиці? Безліч проведених експериментів дозволило фахівцям Senseg знайти оптимальну для дії кулонівських сил електричну схему. Завдяки їй масив електродів, взаємодіючи з точковими зарядами в пальцях людини, дозволяв зімітувати зміна текстури поверхні екрану. Адже за більш гладкої поверхні палець ковзає вільніше, а шорстка поверхня перешкоджає ковзанню.
Залишилося тільки правильним чином модулювати знак і силу заряду електродів, щоб у користувача, що працює з таким haptic-дисплеєм, в певних місцях виникала ілюзія дотику до кордонів інтерфейсних елементів або руху з того чи іншого типу поверхні. У сукупності з візуальним образом елемента і відповідним звуковим супроводом вийшло домогтися майже стовідсотково натурального тактильного відгуку. Причому без будь-якої механіки.
Одиничний електрод, розташований під поверхнею дисплея, інженери Senseg назвали tixel (від tactile pixel - відчувається піксель). Тактильна «картинка» поверхні в технології Senseg складається з маніпуляції силою зарядів безлічі тікселей. Більш сильне тяжіння викликає у користувача відчуття опору, подібне відчуття наталкиванием на механічне перешкоду. Змінюючи за потрібне чином tixel-маску свого дисплея, senseg'овци навчилися імітувати опуклості і угнутості елементів інтерфейсу і навіть різні матеріали, з яких вони зроблені.
Відчуття дотику до різних поверхонь відбувається шляхом подачі різних за тривалістю і силі електричних імпульсів до кожного окремого тікселю.
Конструктивна різниця звичайних touch-панелей і дисплеїв Senseg.
При цьому звичну конструкцію нинішніх touch-панелей міняти не потрібно. Будь-сенсорний дисплей легко перетворюється в Senseg Feel Screen (саме так назвали своє творіння фінські інженери) шляхом заміни звичайної сенсорної панелі на запатентований Senseg Tixel Coating Touch Screen. Залишається в електронну начинку девайса додати Senseg-контролер, а його операційну систему оснастити відповідними API-функціями.
Три компонента, завдяки яким екран гаджета перетворюється в Senseg Feel Screen.
У демонстраційній програмі користувач Senseg-екрану може відчути, як віртуальний кулька підстрибує на ребристої поверхні жолоба.