Et strejf af opfindsomhed

Nu hvor flere og flere smarttelefoner og MP3-afspillere har touch-screen interfaces, har folk vænnet sig til at interagere med gadgets ved kun at trykke og stryge med fingrene. Men på 11. etage i en downtown-bygning på Manhattan er forskerne Ilya Rosenberg og Ken Perlin ved New York University ved at udvikle en grænseflade, der går endnu længere. Det er en tynd pude, der reagerer præcist på tryk fra ikke kun en finger, men en række genstande, såsom en fod, en stylus eller en trommestik. Og den kan fornemme flere input på én gang.

Ken Perlin (til venstre), professor i datalogi ved NYU, og Ilya Rosenberg, en kandidatstuderende fra NYU, viser plastikpladerne, der er udgangspunktet for deres trykfølsomme berøringspuder.

Ideen til puden opstod for Rosenberg, en kandidatstuderende ved NYU, for et par år siden, da han arbejdede med en ledende polymer kaldet kraftfølende modstandsblæk, som ofte bruges i elektroniske keyboards. Når tryk påføres blækket, reorienterer dets molekyler sig på en måde, der ændrer dets elektriske modstand, hvilket er let at måle. Rosenberg brugte oprindeligt blækket til at skabe sensorer, der kunne indlejres under tennisbanegrænser for at automatisere linjeopkald, men han spekulerede på, om det kunne være grundlaget for en god multitouch-grænseflade til computere. Han begyndte at samarbejde med Perlin, en professor i NYU's Media Research Laboratory, for at lave en trykfølsom touchpad til at erstatte en computermus.

Denne historie var en del af vores september 2009-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Trykfølsomme puder har eksisteret i årevis, men de fleste har været begrænset til simple applikationer, såsom at registrere, når en autostol er optaget. Enheder som Palm Pilot, der bruger en stylus til at indtaste data, registrerer typisk berøring ved at måle ændringer i elektrisk modstand, når et objekt trykker på skærmen. Men disse skærme kan kun registrere et enkelt tryk ad gangen. Touchskærme på smartphones bruger i mellemtiden en sensor, der registrerer ændringer i kapacitansen eller materialets evne til at holde en elektrisk ladning; Kapacitansen ændres, når objekter, der indeholder vand – inklusive fingre – bevæger sig hen over skærmen. Sådanne skærme kan mærke flere berøringer, men de kan ikke registrere tryk.

Rosenberg og Perlins touchpad kombinerer derimod nogle fordele ved alle disse teknologier. Den kan samtidig registrere trykket og placeringen af ​​flere berøringer, og den kan nemt og billigt krympes til størrelsen af ​​et vedhæng eller skaleres op til at dække en bordplade.

Malet plast
For at bygge en trykfølsom touchpad starter Rosenberg med ark plastik, der er lidt tykkere end et stykke papir. Han bruger et specielt program til at designe et mønster af linjer, der vil blive trykt på hvert ark, og skræddersy mønsteret til enhedens tilsigtede brug. Linerne er lagt ned på plastikken i metal for at gøre dem elektrisk ledende; arket dækkes derefter med et jævnt lag af den sorte trykfølsomme blæk. I løs vægt ville de udskrevne sensorer koste omkring $100 per kvadratmeter, men da disse prototyper i bogstavstørrelse er enkeltstående, koster hver enkelt omkring $100.

Rosenberg placerer to af de forberedte ark mod hinanden med polymerblæksiden indad og orienterer dem, så de ledende linjer danner et gitter. Så klæber han arkene sammen med dobbeltklæbende tape. Hver sjette metallinje ender ved den ene kant af plastikpladerne i en kort, fleksibel ende, der er forbundet til et stift printkort med en klemme. Selvom resten af ​​ledningerne ikke er forbundet til elektronik, påvirker de de aktive linjers elektriske egenskaber, hvilket hjælper softwaren med at udlede, hvor en berøring kommer fra.

Selve printkortet indeholder en mikrochip, der er programmeret til at scanne sensorpuden, og forsyner hver aktive ledning hurtigt efter hinanden. Chippen konverterer også trykdataene fra et kontinuerligt analogt signal til et digitalt format, som en computer kan fortolke. Til sidst komprimerer den dataene og sender dem til en computer via en USB-forbindelse eller (til musikalske applikationer) en MIDI-port.

Software på computeren beregner både positionen af ​​genstande, der berører puden, og mængden af ​​tryk, de udøver. Hvis en genstand rører ved skæringspunktet mellem to ledende linjer, registrerer elektronikken en stærk strøm dér; men jo længere væk fra skæringspunktet den berører, jo svagere er strømmen på grund af blækkets resistivitet. Prototyper har allerede en opløsning, der er høj nok til nøjagtigt at registrere finger- og stylus-input til tablet-pc'er. For et enkelt tryk kan den registrere kræfter fra fem gram til fem kilogram med en fejlmargin på 2,5 procent – ​​nok til at fortolke det lette tryk fra en stylus eller et slag på en digital tromle. Perlin siger, at fordi så få af ledningerne skal have strøm, kan større versioner af puden opnå lignende følsomhed uden meget mere kompleksitet eller omkostninger.

Markedspres
Nutidens prototyper er uigennemsigtige sorte, så de er uegnede som touch-skærmgrænseflader til mobiltelefoner og andre elektroniske gadgets. Men sådan en præcis og billig trykfølsom grænseflade har stadig mange potentielle anvendelser, siger Perlin.

For eksempel har Rosenberg og Perlin samarbejdet med andre forskere om flere medicinske og videnskabelige anvendelser. Perlin siger, at puden kunne føjes til sko for at overvåge gang og til hospitalssenge for at advare sygeplejersker, når en patient har været stille for længe, ​​hvilket øger risikoen for tryksår. Puden er endda følsom nok til at måle trykbølger i vand og luft; dette kan føre til bedre væskedynamikmodeller, der kan hjælpe med at designe fly og både. I dag bruger forskere rækker af individuelle sensorer til at indsamle sådanne data, men de er for dyre at bruge over et stort område.

Teknologien er også nyttig i multitouch-grænseflader til elektroniske enheder. Patrick Baudisch, en forsker ved Hasso Plattner Instituttet i Tyskland, har integreret puden på bagsiden af ​​en lille gaming-gadget, hvilket effektivt tilføjer en ergonomisk touch-input: brugere kan styre spillet uden at få fingrene til at blokere skærmen. Og Rosenberg mener, at han og hans kolleger ved at bruge en anden type trykfølsom blæk og gøre stregerne tyndere kan bygge en gennemsigtig sensor, der kan bruges i touch-skærme på mobiltelefoner og tablet-pc'er.

Rosenberg og Perlins touchpad er meget mere følsom end andre modstandsfølende enheder, siger Andy Wilson, en Microsoft-forsker, der udviklede Surface, et kommercielt tilgængeligt multitouch-bord. Mange af applikationerne fokuserer på at bruge tryksensoren på interessante måder, siger han. Han tilføjer dog, at teknologien stadig er i de tidlige stadier, og det er svært at sige, hvor meget billigere den vil være end nutidens touch-grænseflader.

I april lancerede Rosenberg og Perlin Touchco, en startup, der vil licensere teknologien og yde designhjælp til virksomheder, der ønsker at bygge den ind i enheder som mobiltelefoner og e-læsere. Virksomhedens ingeniører udforsker yderligere applikationer - såsom den første elektroniske håndtromle, hvilket ville være umuligt uden en sensor, der er i stand til så fin opløsning.

Til sidst kunne disse tynde, diskrete touchpads indbygges i stort set enhver overflade, hvilket åbner op for en ny dimension af multitouch-interaktion.

skjule