انقلابی‌‌ نوین ‌‌در‌ دنیای ‌‌محاسبات با صفحات لمسی‌

 در حقیقت لذتی که در ارائه این فناوری برتر نهفته است، کار با تلفن همراه را برای بسیاری از کاربران دلپذیرتر کرده است. مهم‌تر از آن این است که در تمام مدت استفاده از این فناوری، کاربر گویی از حداکثر قدرت لامسه خود استفاده می‌کند. اما در حالی که iPhone  جای خود را در میان کاربران تلفن همراه در سراسر جهان باز می‌کرد، مهندسان و متخصصان در آزمایشگاه‌های مدرن سراسر دنیا در حال توسعه دادن آن بودند تا آنجا که موفق شدند امکان منحصربه‌فردی همچون فرمان دادن به صفحات نمایشگر با استفاده از تعداد انگشتان بیشتر را فراهم کنند.
اکنون این دانش توسعه خیره کننده‌ای یافته است، به طوری که صفحات نمایشگری ابداع شده است که در یک زمان واحد می‌توانند به فرمان‌های صادر شده از سوی 10 انگشت نیز پاسخ دهند. نکته جالب توجه این است که این 10 انگشت می‌توانند متعلق به 10 کاربر مختلف باشند! حال تصور کنید 10 کاربر مختلف در یک زمان واحد به دور صفحه نمایشگری حضور پیدا کرده و هر یک فرمان مورد نظر خود را اجرا کند. خیلی ساده است که تصور کنیم حرفه‌ای‌هایی همچون عکاسان، طراحان گرافیکی یا مهندسان طراحی که باید تصاویر و طرح‌های مختلف و متعددی را دستکاری کنند استقبال خیره کننده‌ای از این فناوری نوین داشته باشند. در حال حاضر این فناوری نوین تا آنجا توسعه پیدا کرده است که کاربران کم تجربه یا حتی بدون تجربه قبلی نیز می‌توانند از آن استفاده کنند.

ابداع فناوری صفحات چند لمسی

جف هان از چهره‌های شاخص علوم رایانه‌ای در دانشگاه نیویورک و بنیانگذار شرکت Perspective Pixel از پیشگامان فناوری نوظهور صفحات چند لمسی به حساب می‌آید. هنگامی که وارد سالن انتظار شرکت وی می‌شوید، چشمانتان به صفحه نمایشگر مسطح 36 در 96 اینچی خیره می‌شود که هرگز دوست نخواهید داشت از آن جدا شوید. هان به نمایشگر نزدیک می‌شود و درحالی که از چیزی جز نوک چندین انگشتش استفاده نمی‌کند، انبوهی از تصاویر را روی دیوار الکترونیکی به نمایش می‌گذارد. این نمایشگر لمسی به گونه‌ای ساخته شده است که می‌توان در یک زمان واحد تا 10 ویدئو یا حتی بیشتر را روی آن به نمایش گذاشت و این در حالی است که اثری از نوار فرمان در حاشیه صفحه نمایشگر دیده نمی‌شود. زمانی که هان می‌خواهد به فایل‌های مد نظرش دسترسی داشته باشد، با سر انگشتان خود دو ضربه متوالی بر صفحه نمایشگر وارد می‌کند و در این لحظه است که فهرست فرامین در مقابل چشمانش نقش می‌بندند. تاکنون شرکت‌ها و آژانش‌های معتبری از جمله آژانس‌های اطلاعاتی که نیاز مبرم به نمایش و مقایسه سریع تصاویر جغرافیایی دارند، مشتریان این فناوری نوین بوده‌اند. 

به عنوان مثال در کوران برگزاری انتخابات درون حزبی دموکرات‌ها در چندهفته پیش، مفسران خبری در شبکه خبری سی.ان.ان با استفاده از این صفحه نمایشگرها و به تصویر کشاندن تمامی 50 ایالت آمریکا به ترسیم بصری نتایج انتخاباتی می‌پرداختند. آنها با اندک فاصله‌ای با صفحه نمایشگر و تنها با استفاده از انگشتان خود، وارد ایالت‌ها و مناطق مختلف آنها می‌شدند. هان در حالی که نگاهی به آینده دارد معتقد است این فناوری بزودی در اکثر شرکت‌ها و آژانس‌های مهم نظیر، تجارت انرژی و تصویربرداری پزشکی مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

نخستین تلاش‌ها برای ابداع فناوری صفحات چند لمسی به اوایل دهه 80 میلادی باز می‌گردد، اما در سال 2000 بود که جف هان  از دانشگاه نیویورک تلاش بزرگی را برای غلبه بر یکی از مهم‌ترین موانع موجود بر سر راه توسعه این فناوری نوین آغاز کرد: دستیابی به درک حسی سر انگشتی با قدرت تفکیک‌پذیری بالا. راه حل این مشکل نیاز به ابداعاتی در عرصه نرم افزار و سخت افزار داشت.

شاید هان به دنبال استفاده از تأثیر اپتیکی موسوم به انعکاس کاملا درونی خنثی (FTIR) بود که هم اکنون در تجهیزات تشخیصی از روی اثرانگشت نیز کاربرد دارد. هان که خود را فردی بسیار حسی می‌داند به صورت اتفاقی از وجود چنین تأثیری آگاه شد و آن زمانی بود که چشم به لیوان پر از آبی دوخته بود. او متوجه شد اگر از زاویه تندی به لیوان نگاه کند اثر انگشتان خود بر بدنه لیوان را به گونه‌ای پیچیده خواهد دید. هان چنین متصور شد که یک سیستم الکترونیکی می‌تواند آثار انگشت نقش بسته روی صفحه رایانه را تشخیص داده و دنبال کند. این گونه بود که تلاش 6 ساله وی با دنیای تعاملات چند لمسی آغاز شد.

وی ابتدا در نظر داشت تا نسخه با وضوح بالایی از صفحات تک لمسی که هم اکنون در بسیاری از ماشین‌آلات خودکار به کار گرفته می‌شوند را تولید کند. این صفحات می‌توانند به صورت اپتیکی بار الکتریکی سر انگشت را احساس کنند.

با این حال ردیابی تصادفی سر انگشت در حال حرکت به انبوهی از سیمکشی در پشت صفحه نمایشگر نیاز دارد که این مسأله حتی می‌توانست عملکرد صفحه نمایش را با محدودیت‌های جدی مواجه کند. هان در نهایت تدبیر جالبی از خود نشان داد و صفحه مستطیل شکلی از جنس اکریلیک تهیه کرد که همچون موج بر و در نقش مجرایی برای عبور نور عمل می‌کند. از سوی دیگر دیودهای نوری (LED) قرار گرفته در لبه‌های صفحه وظیفه دارند تا نور مادون قرمز را به درون آن پمپاژ کنند. نور مادون قرمز درون سیستم منتشر شده و در بین دیواره‌های درونی منعکس می‌شود و این درحالی است که حجم قابل توجهی از نور نیز از درون فیبر نوری عبور می‌کند. نکته جالب توجه این است که هیچ گونه نوری از این سیستم به بیرون نشت نمی‌کند، اما زمانی که کاربر انگشت خود را روی صفحه می‌گذارد برخی از پرتوهای نوری که در حال انعکاس داخلی هستند به آن ضربه زده و در ادامه از یکدیگر پراکنده می‌شوند و در نهایت از سمت مخالف صفحه مورد نظر خارج می‌شوند. اینجاست که دوربین‌های نصب شده در پشت صفحه، نور نشت پیدا کرده یا همان FTIR را احساس می‌کنند و می‌توانند نقاطی از صفحه که لمس شده‌اند را  نشان دهند. نکته مهم این است که دوربین‌ها می‌توانند نشت نوری مورد نظر را از نقاط گوناگون و آن هم در یک زمان واحد دنبال کنند.

هان خیلی زود کشف کرد که صفحات اکریلیکی را می‌توان به عنوان صفحات منتشر کننده نور نیز مورد استفاده قرار داد. پروژکتوری که به رایانه متصل بوده و در پشت صفحه قرار دارد می‌تواند تصاویر مختلف را به سوی آن منتشر کند و در ادامه می‌توان آنها را در سمت دیگر صفحه مشاهده کرد. از این رو بدیهی است که صفحه مورد نظر باید در دو نقش خروجی تصویر و ورودی لمسی ناشی از لمس تصاویر عمل کند.

احساس مکان دقیق سر انگشتان، چالشی بزرگ به حساب می‌آمد. وی با ابداع نرم افزارهای مختلف به این باور رسید که می‌توان حرکات انگشت را ردیابی و آنها را به فرامینی برای آنچه که باید به همراه تصاویر در صفحه روی دهند تبدیل کرد. نیمی از تولید کنندگان نرم افزاری که با هان همکاری داشتند، ماموریت داشتند تا در ابتدا نرم‌افزاری تهیه کنند که همچون موتور گرافیکی با سطح عملیاتی بالا عمل کند و از آن برای عدم شکل‌گیری سایه‌های شبح گونه تصویری به هنگام جابه‌جایی سریع آنها در صفحه نمایشگر استفاده کنند. آنها پس از انجام این ماموریت باید بر مشکل دیگری نیز غلبه می‌کردند و آن نور خروجی  FTIR غیرمتعارفی بود که از جانب حرکت جارویی سر انگشتان در نقاط مختلف و تصادفی از سیستم خارج می‌شد.

فناوری نوینی که هان از آن خبر می‌دهد، به هماهنگ سازی‌های ظریفی با طیف گسترده فناوری‌های فعلی نیاز دارد. به عنوان مثال ماوس رایانه در دو محور مختصاتX  وY عمل می‌کند حال آنکه صفحه نمایشگر چند لمسی 10 یا بیشتر محور مختصات X  و Y داعی می‌کند. از سوی دیگر سیستم‌های عامل فعلی نظیر ویندوز یا لینوکس نیز تنها برای مکان نمای ماوس تعریف شده‌اند.  هان در این باره می‌گوید: باید چاره‌ای اندیشید و به دنبال چارچوب کاری گرافیکی چند لمسی جدیدی بود.

در تمام مدت زمانی که هان و همکارانش آزمایشات گسترده‌ای را انجام می‌دادند، وی به این نتیجه رسید که باید شدت فشار سر انگشتان را نیز مورد توجه قرار داد و از آن به عنوان فاکتوری در نشان دادن مفاهیم استفاده کرد. اکنون آنچه که وی در شرکتش ارائه کرده کامل و تقریبا بی نقص می‌نماید: کاربر با فشردن انگشتان خود روی صفحه چندلمسی، اثر کمرنگ یا پر رنگی بر صفحه باقی می‌گذارد که برای دوربین‌های حس کننده کاملا قابل درک هستند.

تیم تحقیقاتی هان در سال 2006 شکل گرفت و در جریان برگزاری کنفرانسی مهم در عرصه فناوری، سرگرمی و طراحی با ارائه آن حیرت و تعجب حضار را برانگیختند. از آن زمان تاکنون سفارشات برای ساخت چنین صفحاتی افزایش خیره کننده‌ای یافته است.

مایکروسافت و ایده‌های مشابه‌

درحالی که هان تحقیقات خود برای طراحی و ساخت صفحات چند لمسی را دنبال می‌کرده است، مهندسان و متخصصان دیگری نیز در گوشه و کنار جهان به دنبال دستیابی به فناوری مشابه و صد البته با کاربردهای متفاوت بوده‌اند.  غول نرم افزاری جهان یعنی مایکروسافت، اکنون در حال ارائه رایانه چند لمسی کوچکی است که سطح (Surface) نام داشته و قصد دارد تا با معرفی جهانی آن، گروهی جدید از رایانه‌ها موسوم به رایانه‌های سطحی را روانه بازار کند.  ابتکار عمل این طرح به سال 2001 باز می‌گردد و آن زمانی بود که دو تن از محققان مایکروسافت به نام‌های استیو باتیچ و اندی ویلسون طراحی میز ویژه‌ای را آغاز کردند که می‌تواند اشیاء خاصی را که روی خود قرار می‌گیرد تشخیص دهد. آنها این‌گونه متصور شدند تا از این میز ویژه به عنوان جستجوگر تصاویر یا بازی‌های معمایی ویدئویی استفاده شود. با طراحی و ساخت بیش از 85 مدل پیش ساخته این دو محقق در نهایت توانستند میز نهایی و مورد نظر خود را درحالی ارائه کنند که سطح رویی آن از جنس اکریلیک بوده و در دل آن پروژکتوری نصب شده بود. پروژکتور تصاویر مختلف را روی صفحه 30 اینچی به نمایش می‌گذارد و در همین حال دیودهای نوری مادون قرمز به پرتو افشانی روی صفحه مشغول می‌شوند و این امکان را به سیستم می‌دهند تا فرامین صادره از کاربران از طریق رد سر انگشتانشان را تشخیص دهند. در این میان رایانه‌ای که مجهز به ویندوز ویستاست، مسوول پردازش عملیات است.

مایکروسافت برنامه‌های گسترده‌ای برای تجاری سازی این فناوری نوین دارد. این شرکت در نظر دارد تا فناوری جدید خود را به سایر کشورها و بازارهای هدف صادر کند. در تصور مدیران بخش تحقیقاتی این شرکت ایده‌هایی همچون نصب رایانه‌های چندلمسی در سالن انتظار بزرگ‌ترین هتل‌های جهان و فراهم آوردن امکان منحصربه‌فردی برای کاربران نظیر انتخاب و گوش دادن به قطعات موسیقی، سفارش غذا و نوشیدنی و حتی ارسال تصاویر دیجیتالی برای عزیزانشان در گوشه و کنار جهان نقش بسته است. نسل اول رایانه‌های سطحی با قیمت قابل توجه 5 تا 10 هزار دلار روانه بازار شده است. با این حال مایکروسافت پیش بینی می‌کند همزمان با افزایش سطح تولید این محصول قیمت آن کاهش قابل توجهی پیدا کند.

میزی که کاربران مختلف را از هم تشخیص می‌دهد

تلاش‌های مایکروسافت پایان ماجرا نیست. در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی شرکت میتسوبیشی نیز ایده‌های مشابهی پای به عرصه وجود گذاشته‌اند. بتازگی در این شرکت میز لمسی موسوم به Diamond Touch طراحی و تولید شده است که هدف اصلی از ارائه آن برقراری تعاملات مستقیم میان کاربران مختلف است. آدام باگ، معاون مدیر بازاریابی میتسوبیشی می‌گوید: هدف اصلی از ابداع این میز چند لمسی، فراهم آوردن امکانی همچون تبادل نظر میان گروه‌های کوچک است. با استفاده از آن افراد مختلف می‌توانند با یکدیگر تعامل برقرار کنند. این درحالی است که سیستم (میز لمسی) افراد مختلف را از هم تشخیص می‌دهد. کاربران مختلف در حالی که روی صندلی‌ها نشسته‌اند، به دور میز حلقه می‌زنند. این در حالی است که صندلی آنها به رایانه مرکزی که در زیر میز قرار دارد متصل است، همه چیز بسیار ساده است. آنچه که هان در قالب Perspective Pixel و مایکروسافت در نمای رایانه سطحی و در نهایت میتسوبیشی در چارچوب Diamond Touch ارائه کرده‌اند، امکانات استثنایی هستند که کاربران با استفاده از آن می‌توانند فرصت‌های جدیدی در صدور فرمان برای سیستم‌های الکترونیکی را تجربه کنند.
نکته بارز در این میان حضور چندین کاربر در آن واحد در فرآیند صدور فرامین است. به نظر می‌رسد ابداع فناوری صفحات چند لمسی، گویای گرایش فناوری‌های نوین به سوی برقراری تعاملات ادراکی میان افراد مختلف باشد. هر چند که به عقیده هان هنوز در ابتدای این راه بی پایان هستیم.

مفاهیم کلیدی‌

گذشته از آنکه صفحات چند لمسی حضور تک سر انگشت را تشخیص می‌دهند، می‌توانند فرامین صادر شده از سر انگشتان مختلف را در آن واحد دنبال کنند.

محصول خلاقانه «هان» قابلیت دریافت فرامین حتی از 10 نفر را در آن واحد دارد حال آن که محصولات مشابه مایکروسافت و میتسوبیشی در قالبی کوچک‌تر و برای استفاده‌های مخصوص در هتل‌ها، فروشگاه‌ها و شرکت‌های طراحی ابداع شده‌اند.

روزی فراخواهد رسید که محسنات چند لمسی موجب می‌شوند که استفاده از ماوس را کنار بگذاریم، همان‌طور که ماوس موجب شد تا کاربران استفاده از صفحه کلید رایانه را کنار بگذارند.

میز لمسی‌

پروژکتوری که درون میز چند لمسی مایکروسافت موسوم به رایانه سطحی قرار دارد، تصاویر را از درون صفحه اکریلیکی به سمت بالا منتشر می‌کند. در این هنگام LED نصب شده در سیستم نیز به نور افشانی می‌پردازد که در نتیجه بازگشت اثر اشیاء و از جمله سر انگشتان به دوربین‌های مادون قرمز را به همراه دارد. در این هنگام رایانه‌ای ویژه بازتاب‌های دریافتی را کنترل کردن تا بتواند رد حرکتی سر انگشتان را دنبال کند.

برای خلق یک نشانه،LED‌ها نور را از درون صفحه اکریلیکی پرش می‌دهند. در این میان هیچ پرتو نوری نشت نمی‌کند، اما اگر سر انگشت بر روی صفحه نمایشگر قرار گیرد، نور به سوی حسگرها پراکنده می‌شود. همچنین پوشش حساس به فشار تعبیه شده در سیستم بسته به فشاری که وارد می‌شود خم می‌شود و در نتیجه نشانه‌های نوری مربوط به سر انگشتان را تیره تر یا روشن تر کرده و رایانه مرکزی سیستم می‌تواند این تفاوت فشار را درک کند.

چگونگی ردیابی اثر انگشتان در صفحات چند لمسی‌

مدرن ترین صفحات چند لمسی این قابلیت را دارند تا به فرامین صادر شده از انگشتان مختلف در آن واحد پاسخ دهند. در محصول خلاقانه Perspective Pixel پروژکتورها تصاویر را از میان صفحه اکریلیکی به صفحه مقابل چشم کاربر ارسال می‌کنند.

هنگامی که انگشتان صفحه را لمس می‌کنند، نور مادون قرمز، درون صفحه اکریلیکی را به وسیله دیودهای نوری نشان می‌دهد.

نرم افزار موجود در سیستم همزمان با حرکت سر انگشتان به درک و پردازش داده‌ها می‌پردازد. کاربر می‌توان با وارد کردن دو ضربه متوالی به صفحه نمایشگر، فهرست فرامین را مشاهده کند.