Kaip viskas prasidėjo – nuo fantastikos iki realybės
Prisimenu, kai pirmą kartą pamačiau filmą „Mažumos raportas” – ten Tom Cruise mojavo rankomis ore valdydamas skaidrius ekranus. Atrodė kaip gryna fantastika. O dabar? Kiekvienas iš mūsų kišenėje nešiojamės įrenginį, kuris reaguoja į mūsų prisilietimus. Jutikliniai ekranai tapo tokia kasdienybe, kad net nesusimąstome, kokia sudėtinga technologija slypi po tuo stiklo paviršiumi.
Pirmieji jutikliniai ekranai atsirado dar septintojo dešimtmečio pabaigoje. Taip, taip – ne prieš dešimtmetį ar du, o prieš daugiau nei penkiasdešimt metų! Tiesa, tie pirmieji bandymai buvo labai primityvūs. 1965 metais E.A. Johnsonas Karališkajame radiolokacijos institute Didžiojoje Britanijoje sukūrė pirmąjį jutiklinį ekraną, kuris veikė talpiniu principu. Tačiau iki masinės gamybos buvo dar labai toli.
Tikrasis proveržis įvyko 1970-aisiais, kai Dr. Sam Hurst sukūrė pirmąjį rezistyvinį jutiklinį ekraną. Jis pavadino jį „Elographics”. Įdomu tai, kad Hurstas šią technologiją išrado ne todėl, kad norėjo revoliucionuoti telefonus – jis tiesiog ieškojo greito būdo nuskaityti duomenis iš kompiuterių. Kartais didžiausi išradimai gimsta visai ne iš tų poreikių, kuriems jie galiausiai tarnauja.
Rezistyviniai ekranai – paprastas, bet efektyvus sprendimas
Rezistyviniai ekranai ilgą laiką buvo populiariausias pasirinkimas. Jų veikimo principas gana paprastas, bet kartu genialus. Įsivaizduokite du plonučius elektrai laidžius sluoksnius, atskirtus mažyčių izoliacinių taškų. Kai paspaudžiate pirštą į ekraną, šie du sluoksniai susiliečia konkrečioje vietoje. Sistema užregistruoja, kur pasikeitė elektrinė varža, ir taip nustato prisilietimo koordinates.
Šie ekranai turėjo nemažai privalumų. Pirma, jie buvo santykinai pigūs gaminti. Antra, jiems nesvarbu, kuo liečiate – pirštu, pirštu su pirštine, stylusu ar net nagu. Trečia, jie nebuvo jautrūs vandeniui ar purvinoms rankoms. Todėl rezistyvinius ekranus iki šiol rasite pramoniniuose įrenginiuose, bankomatuose, prekybos terminaliuose.
Bet buvo ir trūkumų. Rezistyviniai ekranai nepalaikė daugialypių prisilietimų – vadinamojo „multitouch”. Negalėjote dviem pirštais padidinti nuotraukos ar sukti žemėlapio. Be to, jie buvo mažiau jautrūs – reikėjo stipriau paspausti. O pats ekranas būdavo šiek tiek tamsesnis, nes virš LCD sluoksnio gulėjo papildomi rezistyviniai sluoksniai.
Talpiniai ekranai keičia žaidimo taisykles
Kai 2007 metais Steve’as Jobsas pristatė pirmąjį iPhone, daugelis žmonių nesuprato, kas tokio ypatingo tame telefone be mygtukų. Bet būtent talpinis jutiklinis ekranas su daugialypių prisilietimų palaikymu pakeitė viską. Staiga telefonas tapo ne tik ryšio priemone, bet ir intuityviu įrankiu, kuris reaguodavo į mažiausią prisilietimą.
Talpinių ekranų veikimo principas pagrįstas žmogaus kūno elektrinėmis savybėmis. Mūsų kūnas yra elektrinis laidininkas – tiksliau, elektrinis kondensatorius. Ekrano paviršiuje yra plonas skaidrus elektrodų tinklelis (paprastai pagamintas iš indžio alavo oksido). Kai pirštas prisilietę prie ekrano, jis iškraipo elektrostatinį lauką toje vietoje. Jutikliai, esantys ekrano kampuose, užregistruoja šį pasikeitimą ir apskaičiuoja tikslią prisilietimo vietą.
Kas įdomiausia – talpiniai ekranai gali aptikti ne tik vieną, bet ir kelis prisilietimus vienu metu. Tai veikia todėl, kad sistema gali analizuoti elektrostatinio lauko pokyčius keliose vietose tuo pačiu metu. Štai kodėl galite dviem pirštais padidinti nuotrauką ar trijų pirštų judesiu perjungti programas.
Skirtingos talpinių ekranų atmainos
Ne visi talpiniai ekranai yra vienodi. Yra keletas skirtingų technologijų, nors visos jos pagrįstos tuo pačiu principu.
Paviršinis talpinis jutimas – tai paprasčiausia forma. Elektrodai išdėstyti tik ekrano kampuose, o viršutinis sluoksnis dengiamas vientisu laidžiu sluoksniu. Ši technologija nebrangi, bet ne itin tiksli ir nepalaiko daugialypių prisilietimų. Tokius ekranus rasite senesniuose bankomatuose ar informaciniuose kioskeliuose.
Projekcinis talpinis jutimas – tai jau rimtesnis dalykas. Čia po stiklu yra tikras elektrodų tinklelis, išdėstytas X ir Y ašyse. Kai pirštas prisilietę, sistema tiksliai nustato koordinates pagal tai, kurie elektrodai užfiksavo pasikeitimą. Būtent ši technologija naudojama šiuolaikiniuose išmaniuosiuose telefonuose ir planšetėse.
Projekciniai talpiniai ekranai gali būti dviejų tipų: savitarpio talpiniai (mutual capacitance) ir savatalpiniai (self-capacitance). Pirmieji matuoja talpą tarp dviejų elektrodų, antrieji – tarp elektrodo ir žemės. Savitarpio talpiniai ekranai yra tikslesni ir geriau palaiko daugialyčius prisilietimus, todėl jie naudojami premium klasės įrenginiuose.
Kodėl žiemą su pirštinėmis nieko neveikia
Turbūt daugelis esate susidūrę su šia problema – žiemą, užsimovę paprastas pirštines, negalite naudotis telefonu. Kodėl taip nutinka? Atsakymas slypi talpinių ekranų veikimo principe.
Kaip minėjau, talpiniai ekranai reaguoja į elektrostatinio lauko pokyčius, kuriuos sukelia elektriškai laidus žmogaus kūnas. Dauguma pirštinių pagamintos iš medžiagų, kurios yra elektros izoliacijos – vilnos, akrilo, poliesterio. Jos tiesiog blokuoja elektrinį ryšį tarp jūsų piršto ir ekrano.
Bet yra sprendimas! Specialios jutiklinėms ekranams skirtos pirštinės turi į pirštų galiukus įaustas laidžias gijas – paprastai tai sidabro ar vario siūlai. Kai kurios pirštinės turi tik specialius galiukus, o kitos visiškai laidžios. Įdomu tai, kad galite ir pats pasidaryti tokias pirštines – internete rasite būdų, kaip įsiūti laidžius siūlus į įprastas pirštines.
Dar vienas būdas – naudoti stylusą. Tačiau ne bet kokį! Paprastas plastikinės ar medinis stylus neveiks. Reikia specialaus talpinio styliaus, kurio galiukas pagamintas iš laidžios gumos ar turi elektroninį komponentą viduje. Tokie stylusai imituoja žmogaus piršto elektrines savybes.
Infraraudonųjų spindulių ir kitokios egzotiškos technologijos
Nors talpiniai ekranai šiandien dominuoja rinkoje, egzistuoja ir kitų įdomių technologijų. Pavyzdžiui, infraraudonųjų spindulių jutikliniai ekranai. Jie veikia visai kitaip – ekrano rėmelyje išdėstyti infraraudonųjų spindulių šaltiniai ir jutikliai, kurie kuria nematomą spindulių tinklelį virš ekrano paviršiaus. Kai pirštas ar kitas objektas kerta šiuos spindulius, sistema nustato prisilietimo vietą.
Tokių ekranų privalumas – jie gali būti labai dideli ir veikia su bet kokiu objektu, net su pirštinėmis. Trūkumas – jie brangūs ir jautrūs aplinkos sąlygoms. Todėl juos rasite daugiausia dideliuose interaktyviuose ekranuose muziejuose, parodose ar konferencijų salėse.
Akustinių bangų technologija – dar vienas įdomus variantas. Ekrano kampuose sumontuoti ultragarso keitikliai, kurie siunčia garso bangas per stiklą. Kai pirštas liečia ekraną, jis sugeria dalį šių bangų. Sistema analizuoja, kaip pasikeitė bangų sklidimas, ir nustato prisilietimo vietą. Šie ekranai labai ilgaamžiai, nes neturi jokių lanksčių ar jautrių sluoksnių, bet jie brangūs ir jautrūs paviršiaus užteršimui.
Ką ateitis žada jutikliniams ekranams
Technologijos nestovi vietoje. Jau dabar matome įdomių naujovių. Pavyzdžiui, ekranai su haptine grįžtąja reakcija – kai liečiate ekraną, jaučiate vibraciją ar net „mygtuko paspaudimo” pojūtį. Tai veikia naudojant pjezoelektrinius elementus ar specialius vibracijos varikliukus. Apple iPhone’uose naudojamas „Taptic Engine” būtent tam.
Dar įdomesnis dalykas – ekranai, kurie gali aptikti spaudimo jėgą. Seniau tai buvo vadinamas „3D Touch”, dabar – „Haptic Touch”. Ekranas gali atskirti lengvą prisilietimą nuo stipraus paspaudimo ir atitinkamai reaguoti. Tai leidžia turėti daugiau valdymo galimybių neužkraunant ekrano papildomais mygtukais.
Mokslininkai dirba ir prie visiškai naujų technologijų. Viena jų – ultragarsinis jutiklis po ekranu, kuris gali nuskaityti pirštų atspaudus bet kurioje ekrano vietoje. Kita – ekranai, kurie gali aptikti prisilietimus net neliečiant paviršiaus, reaguodami į piršto artėjimą. Įsivaizduokite – galėsite valdyti telefoną net jo neliesdami!
Dar viena įdomi kryptis – lankstūs jutikliniai ekranai. Samsung ir Huawei jau išleido sulankstomų telefonų, bet technologija dar toli nuo tobulumo. Problema ta, kad talpiniai jutikliai turi būti pakankamai lankstūs, kad atlaikytų tūkstančius sulenkimų, bet kartu išlaikytų tikslumą ir jautrumą.
Praktiniai patarimai kasdieniam naudojimui
Dabar, kai suprantate, kaip veikia jutikliniai ekranai, galiu pasidalinti keliais patarimais, kaip juos geriau prižiūrėti ir naudoti.
Valymas – naudokite mikropluošto šluostę ir specialų ekranų valiklį arba tiesiog šiek tiek sudrėkintą šluostę. Niekada nenaudokite alkoholio, acetono ar kitų agresyvių chemikalų – jie gali pažeisti oleofobinį (riebalus atstumiantį) sluoksnį, kuris dengia ekraną. Būtent dėl šio sluoksnio pirštų atspaudai nesikaupia taip stipriai.
Apsauginiai stiklai ir plėvelės – jos tikrai veikia ir nepablogina jutiklio jautrumo, jei tik tinkamai užklijuotos. Šiuolaikiniai apsauginiai stiklai yra pakankamai ploni, kad netrukdytų talpiniam jutikliui. Tačiau atkreipkite dėmesį – per storos ar prastos kokybės plėvelės gali sumažinti jautrumą.
Drėgmė ir vanduo – talpiniai ekranai neveikia gerai, kai yra šlapi. Vanduo yra elektrinis laidininkas, todėl ekranas „mato” vandeniui lašus kaip prisilietimus. Jei jūsų telefonas šlapias, nusausinkite jį prieš naudodami. Kai kurie naujesni telefonai turi specialų „šlapio ekrano” režimą, kuris padidina jautrumą, bet jis ne visada veikia idealiai.
Temperatūra – labai žemos temperatūros gali sulėtinti ekrano reakciją. Tai nutinka todėl, kad skystieji kristalai LCD ekrane lėčiau reaguoja į signalus, kai šalta. Be to, kai kurie talpiniai jutikliai tampa mažiau jautrūs žemoje temperatūroje. Jei telefonas atšalo, pabandykite jį šiek tiek pašildyti rankose prieš naudodami.
Kai technologija tampa nematomu pagalbininku
Žinote, kas labiausiai stebina jutiklinių ekranų istorijoje? Tai, kaip greitai mes pripratomė prie jų. Dar prieš penkiolika metų daugelis žmonių negalėjo įsivaizduoti telefono be mygtukų. Dabar vaikai, gimę su planšetėmis rankose, bando „braukti” popierinių knygų puslapius tikėdamiesi, kad jie paslinks.
Jutikliniai ekranai tapo ne tik patogiu valdymo būdu – jie pakeitė mūsų sąveiką su technologijomis. Jie padarė kompiuterius intuityvius net tiems, kas niekada nebuvo matę klaviatūros ar pelės. Jie leido sukurti visiškai naujų tipų programas ir žaidimus, kurie anksčiau būtų buvę neįmanomi.
Ir nors technologija po stiklu yra sudėtinga – su elektrostatiniais laukais, talpiniais jutikliais, sudėtingais algoritmais – mums, naudotojams, ji atrodo paprasta ir natūrali. Tai ir yra geriausios technologijos požymis: ji veikia taip sklandžiai, kad tampa nematoma. Mes negalvojame apie tai, kaip veikia jutiklinis ekranas, kai braukiame nuotrauką ar spustelime mygtuką – mes tiesiog tai darome.
Taigi kitą kartą, kai liestite savo telefono ekraną, prisiminkite – po tuo stiklu vyksta tikras elektrostatinis šokis, kuris per milisekundes paverčia jūsų prisilietimą į komandą. Ir visa tai – dėka technologijos, kuri prasidėjo kaip mokslinė eksperimentas prieš daugiau nei pusę amžiaus ir dabar yra kiekvienoje mūsų kišenėje.