بررسی فناوری حسگرهای لمسی

سیستم‌های اصلی برای تشخیص محل تماس در نمایشگرهای لمسی به این شرح هستند :

* سیستم مقاومتی (resistive system)

* سیستم خازنی (capacitive system)

* سیستم موج آکوستیک سطحی (surface acoustic wave system)

سیستم مقاومتی شامل یک پنل شیشه‌ای معمولی است که با یک لایه رسانا و یک لایه مقاومتی فلزی پوشیده شده است. این دو لایه توسط فضای خالی ظریفی از هم جدا نگه داشته می‌شوند و یک لایه مقاوم در برابر خراش در بالای این دو لایه قرار می‌گیرد. در مدتی که نمایشگر در حال کار است جریان الکتریکی در سراسر 2 لایه برقرار است. وقتی کاربر صفحه را لمس می‌کند، این دو لایه دقیقا در نقطه تماس به هم متصل می‌شوند. تغییراتی در میدان الکتریکی رخ می‌دهد و مختصات نقطه تماس توسط رایانه محاسبه می‌شود. هنگامی که مختصات مشخص شد، یک درایور (driver) مخصوص این مختصات را به صورت قابل فهم برای سیستم‌عامل ترجمه می‌کند؛ همان گونه که درایور ماوس حرکات ماوس، کلیک یا درگ کردن را برای سیستم‌عامل ترجمه می‌کند.

در سیستم‌های خازنی، یک لایه که شارژ الکتریکی ذخیره کرده است روی پنل شیشه‌ای صفحه نمایش قرار می‌گیرد. وقتی کاربر صفحه مانیتور را با انگشت خود لمس می‌کند، مقداری از شارژ به کاربر منتقل می‌شود، بنابراین مقدار شارژ در خازن کاهش می‌یابد. این کاهش به وسیله مدارهایی که در هریک از گوشه‌های صفحه قرار دارد اندازه‌گیری می‌شود. رایانه محاسباتی را در مورد رابطه بین تفاوت شارژ در هر گوشه انجام می‌دهد و نقطه‌ای را که تماس در آن اتفاق افتاده، تشخیص داده و اطلاعات مربوط به آن را برای نرم‌افزار صفحه لمسی می‌فرستد. یک مزیت سیستم خازنی که باعث می‌شود تا از سیستم مقاومتی برتر باشد، این است که این سیستم حدود 90 درصد نور مانیتور را از خود عبور می‌دهد، در حالی که سیستم مقاومتی حدود 75 درصد را از خود عبور می‌دهد. به این ترتیب، سیستم‌های خازنی تصاویر بسیار واضح‌تری نسبت به سیستم‌های مقاومتی خواهند داشت.

در مانیتورها با سیستم موج آکوستیک، 2 ترانسفورماتور یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت در راستای محور x و محورy صفحه شیشه‌ای مانیتور وجود دارد. همچنین منعکس‌کننده‌هایی به روی شیشه قرار داده می‌شود تا سیگنال ارسالی را توسط یک ترانسفورماتور به ترانسفورماتور دیگر بازتاب دهد. ترانسفورماتور دریافت‌کننده می‌تواند در هر لحظه اختلال به وجود آمده در موج را بر اثر لمس‌کردن نشان دهد و از روی آن محل تماس را نیز تعیین کند. تولیدکننده موج هیچ‌گونه ماده‌ای به صورت لایه ندارد تا روی صفحه قرار گیرد؛ پس اجازه می‌دهد تا 100 درصد نور عبور کند و تصویری بی‌عیب و واضح را ارائه می‌کند. این امر باعث می‌شود تا صفحات نمایشگر با سیستم موج آکوستیک بهترین نمایش را برای جزئیات گرافیکی داشته باشند (2 سیستم دیگر به وضوح تصاویر آسیب قابل توجهی می‌زدند).

تفاوت دیگر این سیستم‌ها در این است که چه محرکی به عنوان یک رویداد تماس ثبت می‌شود. در سیستم‌های مقاومتی، یک تماس هنگامی ثبت می‌شود که 2 لایه به هم متصل شوند. این به معنای آن است که برای این سیستم مهم نیست شما با انگشت خود یا یک توپ پلاستیکی صفحه را لمس کنید. سیستم موج آکوستیک سطحی بسیار شبیه به سیستم مقاومتی است و اجازه می‌دهد تا با هر وسیله‌ای صفحه را لمس کنید؛ البته بجز اجسام سخت و کوچک مانند نوک قلم. سیستم خازنی، از سوی دیگر به منظور ثبت تماس نیاز به یک ورودی رسانا دارد که این رسانا معمولا انگشت شماست.

در ادامه این نوشتار به بررسی فناوری جدیدی در زمینه حسگرهای لمسی می پردازیم. این حسگرهای لمسی واقعا همه‌کاره‌اند و برای سیم، پارچه، پلاستیک، کاغذ و اجسام سخت مانند دیوار، کف و میزهای رستوران مناسب هستند.

2 محقق پاتریک بَودیش (Patrick Baudisch) از موسسه هسو پلانتر (Hasso-Plattner Institute) و رافائل ویمر (Raphael Wimmer) از دانشگاه مونیخ، پروژه حسگرهای لمسی را اکتبر 2011 در کنفرانس User Interface Software and Technology ارائه کردند.

این پروژه بر فناوری‌ای تکیه دارد که برای یافتن کابل‌های آسیب‌دیده‌ مخابراتی به کار می‌رود و به آن time domain reflectometry یا TDR می‌گویند. TDR به این صورت کار می‌کند که یک پالس الکتریکی به سمت کابل ارسال می‌شود و اگر پالس ارسالی با یک تغییر در مقاومت ظاهری یا قطعی در خطوط مواجه شود، قسمتی از پالس بازتاب داده می‌شود. با استفاده از مدت زمانی که این بازتاب طول می‌کشد، محل دقیق آسیب پیدا می‌شود.

به جای جستجوی محل آسیب‌دیده در خطوط مخابراتی، ویمر و بودیش از TDR برای تعیین محل تماس در طول یک مجموعه سیم استفاده کردند. وقتی انگشت شخصی به سیم‌ها نزدیک می شود یا سیم‌ها را لمس می‌کند، توان بین سیم‌ها تغییر می‌کند و قسمتی از پالس الکتریکی بازتاب می‌شود. اسیلوسکوپ (نوسان نما) تغییراتی را که در شکل موج بازتابی رخ داده است نشان می‌دهد. اما چگونه از این تغییرات می‌توان به محل تماس پی برد؟ نرم‌افزاری که روی رایانه متصل به سیستم قرار دارد، شکل‌موج را آنالیز می کند تا محل تماس دست را تشخیص دهد.

ویمر در مورد این فناوری می‌گوید: «چیزی که مرا واقعا هیجان‌‌زده می‌کند این است که این فناوری به شما اجازه می‌دهد بسرعت نمونه اولیه سطوح حساس به لمس را بسازید.» او می‌افزاید: «معمولا به عنوان طراح شما نمی‌توانید براحتی یک صفحه لمسی بسازید و آن را به وسیله خود متصل کنید.» اما به وسیله TDR، طراحان می‌توانند از سیم‌ها، جوهرهای رسانا یا نوارهای مسی برای اضافه‌کردن حسگرهای لمسی به هر شکلی از وسایل براحتی و سرعت استفاده کنند.

البته این فناوری به یک بازتاب‌سنج نیاز دارد تا بتواند پالس‌های پیکو ثانیه‌ای را تولید و کشف کند. طراحان همچنین به یک کابل برای اتصال بازتاب سنج به سیم‌های قابل لمس و یک رایانه برای اجرای نرم‌افزار نوشته شده توسط ویمر جهت تفسیر ورودی نیاز دارند.

ویمر می‌گوید باید بتوان تولید کننده و کشف‌کننده پالس و همچنین قسمت محاسبات را به اندازه یک چیپ کوچک کرد. پس از 2 ماه بررسی، ویمر گفت، محققان درحال تست راه‌هایی برای کوچک‌کردن طراحی سیستم TDR درون یک چیپ هستند. او مدعی است که روش جدیدی برای استفاده از پالس‌های نوری در فیبر نوری کشف کرده که بخوبی پالس‌های الکتریکی در کابل‌هاست، زیرا نور می‌تواند در برابر تداخل الکتریکی رایج در سیستم‌های لمسی خازنی مصون بماند.