無(wú)孔不入的新型智能觸控板

無(wú)孔不入的新型智能觸控板

羅森伯格的智能觸控面板是將兩張準(zhǔn)備好的薄片疊放在一起，讓涂有聚合物油墨的側(cè)面朝內(nèi)面對(duì)面，調(diào)整位置，使導(dǎo)線形成一個(gè)網(wǎng)格。在塑料片邊緣，每隔五條金屬線伸出一根，其余截?cái)?，將這些伸出的導(dǎo)線通過(guò)接線端連接到一個(gè)硬質(zhì)電路板上，從而幫助軟件推斷接觸來(lái)自于什么位置。

　　越來(lái)越多的智能手機(jī)和MP3播放器開(kāi)始使用觸控屏界面，人們已經(jīng)逐漸習(xí)慣于用他們手指頭的敲敲碰碰來(lái)擺弄這些小玩意兒。再隨著蘋(píng)果iPhone的出現(xiàn)，多點(diǎn)觸摸開(kāi)始讓人們對(duì)觸控的未來(lái)抱有更濃厚的興趣。在曼哈頓下城一棟建筑的11層里，紐約大學(xué)的研究員伊利亞·羅森伯格和肯·培林正在開(kāi)發(fā)更加先進(jìn)的界面。這是一種能夠精確感應(yīng)壓力的薄墊，無(wú)論這壓力是來(lái)自于手指還是其它的一些東西，比如腳、觸控筆、鼓槌。并且它可以同時(shí)識(shí)別多重輸入。

　　更為關(guān)鍵的是，只要市場(chǎng)有需求，其成本優(yōu)勢(shì)將加速商業(yè)化進(jìn)程。

　　壓敏墊板技術(shù)新突破

　　首先冒出這個(gè)想法的是羅森伯格，一位紐約大學(xué)的研究生，幾年前他在工作中用到一種叫做力感電阻(force-sensingresistor)油墨的導(dǎo)電聚合物(conductivepolymer)，它常常被用于電子音樂(lè)鍵盤(pán)的制作。其原理是，當(dāng)壓力施加于該油墨上時(shí)，它的分子會(huì)出現(xiàn)一定程度上的重定向，從而影響易于測(cè)量的電阻值。

　　羅森伯格起初使用這種油墨，是為了創(chuàng)造一種可以植入在網(wǎng)球場(chǎng)邊界下面的感應(yīng)器，它能自動(dòng)判斷出界球，但是他想知道這種油墨是否可以成為一款優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)多重觸控界面的基底。于是他開(kāi)始與紐約大學(xué)媒體研究實(shí)驗(yàn)室的培林教授合作，旨在造出取代電腦鼠標(biāo)的壓敏觸控板。

　　壓敏墊板技術(shù)已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了，但是大部分局限于簡(jiǎn)單的應(yīng)用范圍，像感應(yīng)被占用的車(chē)輛座椅。諸如使用觸控筆輸入數(shù)據(jù)的Palm Pilot掌上電腦之類(lèi)的設(shè)備，一般通過(guò)測(cè)量物體敲打屏幕時(shí)產(chǎn)生的電阻變化，來(lái)探測(cè)接觸。但是這些屏幕一次只能記錄一個(gè)接觸。

　　同時(shí)，智能手機(jī)觸控屏使用的是監(jiān)測(cè)電容變化的傳感器，就是材料儲(chǔ)存電荷的能力;電容隨著含水物體(包括手指)在屏幕上移動(dòng)而發(fā)生改變。此類(lèi)屏幕可以感應(yīng)多重的接觸，但是不能檢測(cè)壓力。

　　相比之下，羅森伯格和培林的觸控墊板集中了所有這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。它可以同時(shí)記錄幾個(gè)接觸的壓力值和位置，尺寸也隨意變化，小如吊墜，大似書(shū)桌，而且即簡(jiǎn)單又便宜。

　　觸控面積不會(huì)帶來(lái)成本激增

　　為了制造出壓敏觸控墊板，羅森伯格以幾張僅比紙厚一點(diǎn)點(diǎn)的塑料片為起點(diǎn)。他使用特別的程序，設(shè)計(jì)將要印在每一張塑料片上的線路圖樣，并根據(jù)設(shè)備的預(yù)期用途對(duì)樣式進(jìn)行裁剪。

　　這些鋪設(shè)在塑料上的線條都是金屬制的，用于導(dǎo)電;然后在塑料片上涂上一層平坦的黑色壓敏油墨。量產(chǎn)后，印制好的塑料每平米的成本約100美元，但是由于現(xiàn)在這些信紙大小的樣品是一次性的，所以每一張也是100美元。

　羅森伯格將兩張準(zhǔn)備好的薄片疊放在一起，讓涂有聚合物油墨的側(cè)面朝內(nèi)面對(duì)面，調(diào)整位置，使導(dǎo)線形成一個(gè)網(wǎng)格。然后他用雙面膠將這兩片粘在一起。在塑料片邊緣，每隔五條金屬線伸出一根，其余截?cái)?，將這些伸出的導(dǎo)線通過(guò)接線端連接到一個(gè)硬質(zhì)電路板上。盡管其余的金屬線沒(méi)有與電導(dǎo)通，但是它們依然影響活動(dòng)線路的電性特征，從而幫助軟件推斷接觸來(lái)自于什么位置。

　　電路板本身就包含著一塊被編程用于掃描感應(yīng)墊板的微晶片，快速以次向每個(gè)活動(dòng)線路提供電力。晶片也把壓力數(shù)據(jù)從連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字格式。最后，它把這些數(shù)據(jù)壓縮，通過(guò)USB接口或(用于音樂(lè)用途的)MIDI接口向電腦傳輸。

　　計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出物體與墊板接觸的位置和它們施加的壓力數(shù)值。如果一個(gè)物體觸碰在兩個(gè)導(dǎo)線之間的區(qū)域內(nèi)，那里就會(huì)出現(xiàn)一股強(qiáng)電流;但是距離接觸的交叉點(diǎn)越遠(yuǎn)，由于油墨的電阻率，電流就會(huì)越弱。樣品墊板的分辨率足以精確地感應(yīng)手指和掌上電腦的觸控筆輸入。對(duì)于一次接觸，它可以記錄從5克到5000克的壓力，誤差幅度為2.5%——— 這個(gè)壓力的范圍足夠辨識(shí)觸控筆的一次輕微點(diǎn)擊或電子鼓的一次敲打。培林說(shuō)，由于只有很少的線路需要供電，所以更大版本的墊板不用太復(fù)雜或過(guò)多花費(fèi)，也可以達(dá)到相同的靈敏度。

　　市場(chǎng)出路在哪里

　　從實(shí)際商用化的角度來(lái)看，現(xiàn)在這種產(chǎn)品的樣品是不透明的黑色，這意味著并不適合做手機(jī)和其他電子產(chǎn)品的觸控式屏幕。但是培林說(shuō)，如此精確而便宜的壓敏界面仍然具有很多潛在的用途。

　　例如，羅森伯格和培林已經(jīng)與其他人合作進(jìn)行一些醫(yī)學(xué)和科學(xué)應(yīng)用的研究?！皦|板可以加到鞋底，監(jiān)測(cè)步態(tài);或者加到病床上，提醒護(hù)士某個(gè)病人已經(jīng)躺了很長(zhǎng)時(shí)間，可能會(huì)引起褥瘡?！迸嗔诌€表示，該墊板甚至靈敏到能夠測(cè)量水和空氣壓力波的地步;這可以引發(fā)更好的流體動(dòng)力學(xué)模型出現(xiàn)，幫助設(shè)計(jì)飛機(jī)和艦船。

　　現(xiàn)在，研究人員們大都采用獨(dú)立傳感器陣列(array of individual sensors)來(lái)收集上述數(shù)據(jù)，但是檢測(cè)區(qū)域太大時(shí)，成本十分昂貴。

　　事實(shí)上在集思廣益下，這項(xiàng)科技也可用于電子設(shè)備的多重觸控界面。

　　德國(guó)HassoPlattner學(xué)院的研究員帕特里克·博迪斯科(PatrickBaudisch)將該墊板集成到一個(gè)小型游戲機(jī)的背面，有效地增加了一項(xiàng)人體工程學(xué)的觸控輸入方式：用戶(hù)玩游戲時(shí)就不會(huì)被自己的手指阻擋住屏幕。并且羅森伯格相信，使用一種不同的壓敏油墨和更細(xì)的金屬絲，他和他的同事就可以造出透明的傳感器，適合手機(jī)和掌上電腦的觸控屏。

　　“羅森伯格和培林的觸控墊板比其它的電阻感應(yīng)設(shè)備要更加敏銳?！蔽④浹邪l(fā)Surface(一款市面上有售的多重觸控平面電腦)的安迪·威爾遜(AndyWilson)認(rèn)為，許多應(yīng)用注重有趣地使用壓力傳感器。但他又補(bǔ)充道，這項(xiàng)科技依然處于早期階段，并且很難說(shuō)它要比現(xiàn)在的觸控界面便宜多少。

　　此后不久，羅森伯格和培林已經(jīng)開(kāi)辦了一家名為T(mén)ouchco的新創(chuàng)公司，負(fù)責(zé)這項(xiàng)科技的授權(quán)，并向有意將它應(yīng)用到諸如手機(jī)和電子閱讀器之類(lèi)設(shè)備的公司提供設(shè)計(jì)支持。該公司的工程師們正在開(kāi)發(fā)其他的用途———比如第一個(gè)電子手鼓，如果沒(méi)有這么高分辨能力的傳感器是做不出來(lái)的。

　　最終，這些輕薄而不顯眼的觸控板可能將在無(wú)形中嵌入到任意一個(gè)物體表面上，開(kāi)啟一個(gè)多重觸控交互的新領(lǐng)域。

　　壓敏墊板的制造過(guò)程

　　1 羅森伯格的手中是一張已經(jīng)印上細(xì)金屬線的塑料片。這幫研究員設(shè)計(jì)出上面的版式，并依照該樣式使用電子設(shè)備進(jìn)行印制。

　　2 一層黑色的壓敏性油墨被涂在導(dǎo)線的上面。羅森伯格將兩張塑料排在一起，油墨朝內(nèi)，然后用雙面膠將它們粘在一起就制成了墊板。

　　3 導(dǎo)線一直延伸到墊板的邊緣，然后連接至一塊特別設(shè)計(jì)的電路板。它負(fù)責(zé)收集壓力數(shù)據(jù)并通過(guò)USB接口傳送給計(jì)算機(jī)。

　　4 塑料片可以制成各種形狀和大?。盒庞每ù笮〉目梢员挥糜谛⌒褪殖蛛娮釉O(shè)備，而圓形的墊板被設(shè)計(jì)用來(lái)制作電子鼓。

　　5 羅森伯格將手指按在一張制作完成的墊板上;計(jì)算機(jī)軟件解譯出受力的范圍，并在屏幕上顯示出來(lái)。指尖中心處的強(qiáng)大壓力顯示為紅色，周?chē)^小的壓力為藍(lán)色。

　　6 該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出壓敏墊板的數(shù)種應(yīng)用，包括這個(gè)演示程序，用戶(hù)可以操縱一個(gè)球體，并根據(jù)手按下的壓力改變球體的表面形狀。