Статьи

Технология Senseg Tixel: новый взгляд на тактильные дисплеи

Евгений Лебеденко / 28.12.2011 / 16:18

Экраны нынешних мобильных гаджетов — окно в мир современных информационных технологий, окно как в переносном, так и в самом что ни на есть прямом смысле этого слова. Подобно хорошо сделанному стеклопакету, глянцевая поверхность сенсорных дисплеев отгораживает пользователя от всех тщательно прорисованных выпуклостей и вогнутостей графического интерфейса мобильных операционных систем и сложного рельефа продвинутых трехмерных игровых миров.

Владельцы смартфонов, планшетов и моноблоков с сенсорными дисплеями вглядываются в цифровой мир «за стеклом» и пытаются управлять им визуально и на слух. Пальцы же, основной орган управления, ощущают только отполированную гладь стекла или пластика.

Конечно, можно придумать массу теорий об адаптируемости мозга к недостатку информации об объекте. О том, что вид нажимаемой клавиши и звук нажатия вполне могут компенсировать недостаток ощущения самого нажатия. Но факт остается фактом: работа с виртуальными элементами интерфейса значительно менее точна, чем с элементами, которые можно пощупать. А уж о работе с сенсорными экранами вслепую и речи быть не может. И никаким VoiceOver-технологиям не заменить полноценных физических кнопок, переключателей и регуляторов. Наверное, именно по этой причине в мобильных девайсах до сих пор жива банальная телефонная клавиатура. Да и модели с полноценной QWERTY-клавиатурой тоже имеют место быть.

Правда, в ближайшее время ситуация может в корне поменяться. И мобильные устройства, обладающие только сенсорным экраном, смогут обеспечить пользователю полноценную тактильную обратную связь. Причем не только для элементов интерфейса, но и для таких, обычно воспринимаемых двухмерными вещей, как, например, обои рабочего стола. Представьте себе, что вы сможете ощутить их текстуру и даже на ощупь распознать, что «сделаны» они из шелка, дерева или, допустим, бетона.

Думаете, это фантастика? Тогда познакомьтесь с экранами Senseg Feel Screen и технологией Senseg Tixel. 

Haptic Touch Screen. Разные технологии для одного ощущения

Стоит признать, что процесс решения задачи организации тактильной обратной связи в мобильных устройствах не стоит на месте. Вспомним хотя бы виброприводы, которые «живут» в любом мобильном телефоне и позволяют реализовать функцию бесшумного (основанного только на ощущении) вызова. В наиболее продвинутых моделях смартфонов этот самый вибропривод способен не только заменить сигнал вызова, но и «озвучивать» нажатия виртуальных клавиш, создавая тем самым иллюзию их механичности.

Подобная технология именуется haptic (от греч. hapticos — ощущение, прикосновение).

В основе haptic лежит устройство, именуемое актуатор (actuator), которое тем или иным способом реализует тактильную обратную связь гаджета и его пользователя. Именно по способу реализации актуатора и различаются варианты haptic-технологий. Так, указанные выше виброприводы в настоящее время являются самым распространенным вариантом haptic.

Конечно, единственный вибромоторчик в мобильном гаджете весьма условно имитирует тактильную обратную связь, скорее только обозначая факт реакции устройства на действия пользователя. Распознать на ощупь, из-за какого конкретно элемента интерфейса вибрирует привод, практически нереально. Но что, если поставить несколько виброприводов под разными частями экрана?

Именно так и поступила компания Immersion, разработавшая технологию TouchSense Haptic System, использовать которую можно практически в любых сенсорных экранах.

Haptic-решение Immersion — многоточечная вибронадстройка для существующих сенсорных экранов различного размера.

Основой TouchSense от Immersion являются актуаторы, состоящие из виброприводов или пьезоэлементов, монтируемых под поверхностью экрана. Их размер и количество зависит от желания потребителя иметь более или менее продвинутую тактильную отдачу. Так, например, набор TouchSense Series 1000 предназначен для больших сенсорных дисплеев (частный случай — терминалы, устанавливаемые в общественных местах). Соответственно, используемые в этом комплекте актуаторы-виброприводы имеют внушительные размеры. А вот комплект TouchSense Series 5000 уже подойдет для экранов мобильных устройств, и в качестве актуаторов здесь используются компактные пьезоэлементы.

Любой желающий может приобрести «конструктор» от Immersion и превратить свой безжизненный экран в отзывчивый.

Механическая составляющая технологии Immersion TouchSense поддерживается программными компонентами, отвечающими за распознавание координат прикосновения к экрану и передачи управляющего воздействия на соответствующий этим координатам актуатор. Программисту же предоставляется несколько наборов программного обеспечения разработчика (Software Developer Kit), с помощью которых можно реализовать тактильную обратную связь в таких разных по назначению программах, как, например, игры или медицинские программы мониторинга и диагностики. Специальный набор программного обеспечения MOTIV Development Platform предназначен для оборудования hapic-системой элементов пользовательского интерфейса операционной системы Android. 

Актуаторы Immersion можно крепить к touch-панели разными способами.

Фактически решения Immersion недалеко ушли от встраиваемого по умолчанию в гаджеты вибропривода. Как ни крути, с помощью небольшого числа актуаторов можно получить лишь образное тактильное представление о том, какой элемент интерфейса был нажат. А уж понять на ощупь форму этого элемента и вовсе не представляется возможным.

Один из путей решения этой проблемы предложили в своем патенте ученые института EPFL (Федеральный политехнический институт в Лозанне, Швейцария). Прототип их haptic-системы, именуемый EPFL-дисплей, как и продукты Immersion для мобильных устройств, в качестве актуаторов использует пьезоэлементы. Но не несколько, а целую матрицу, расположенную под сенсорной поверхностью экрана. Благодаря небольшим размерам этих пьезоэлементов программное обеспечение, управляющее ими, позволяет сформировать тактильное воздействие, при котором пользователь может почувствовать границы нажимаемого им элемента интерфейса.

Главная идея швейцарских EPFL-дисплеев — массив миниатюрных пьезоэлементов, расположенных под сенсорной поверхностью.

Безусловно, такой подход, обладая более качественной реализацией обратной связи, является при этом технологически более сложным, чем решения Immersion. Еще одним интересным вариантом реализации haptic-технологии является прототип сенсорного интерфейса пользователя, роль актуатора в котором выполняет… воздух. Автор этой разработки, профессор Скот Хадсон (Scott Hudson) из Института человеко-машинного взаимодействия (Human-Computer Interaction Institute) при Университете Карнеги Меллона, предложил формировать трехмерные варианты типовых элементов интерфейса путем отсасывания или накачивания воздуха под эластичную мембрану, натянутую на маску, отображающую эти элементы. Получающиеся в результате выпуклости или вогнутости в точности имитируют кнопки и другие элементы управления, а динамическая смена маски позволяет менять вид сенсорного экрана.

Элементы пользовательского интерфейса в своих дисплеях профессор Хадсон предлагает… надувать.

Видеоролик, демонстрирующий работу надувных дисплеев Хадсона.

Правда, применять свой пневмоинтерфейс в мобильных девайсах Хадсон не предлагает. А вот в экранах покрупнее, например в банкоматах или автоэлектронике, разработка вполне может оказаться кстати.

Все рассмотренные выше haptic-технологии, имея разную реализацию, тем не менее основываются на общем принципе — механической природе тактильной обратной связи, в которой роль источника ощущения играет вибрация или какой-либо способ создания объемной формы интерфейсных элементов. А это — дополнительное нагромождение и без того сложного «бутерброда», который представляют современные touch-панели. Добиться при этом баланса между желанием потребителя иметь экран с тактильной обратной связью и тонкий гаджет одновременно чрезвычайно сложно и дорого. Неужели не существует альтернативы механической реализации иллюзии ощущений прикосновения? Существует. Компания Senseg доказала это.

Senseg Tixel. Закон Кулона в действии

Почему бы не попробовать вообще отказаться от механического варианта тактильной обратной связи? Именно так рассуждали горячие финские парни во главе с Вилле Макиненом (Ville Makinen), организовавшие компанию Senseg со штаб-квартирой в Хельсинки.

Умудряются же производители 3D-экранов создавать у пользователя иллюзию объема, выводя изображение на совершенно плоскую поверхность. Возможно, и в мире haptic существует решение, которое позволит на плоской поверхности сенсорного экрана сымитировать иллюзию тактильного ощущения объема элемента или его текстуры.

Задумавшись над этим, сотрудники Senseg обратили свой взор к электродинамике — разделу физики, изучающему электромагнитное поле и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд. В электродинамике будущих создателей haptic-технологии нового поколения заинтересовал закон Кулона, гласящий, что «сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними». Проще говоря, чем сильнее заряд у двух точечных тел и меньше расстояние между ними, тем сильнее они будут притягиваться друг к другу.

А что, если палец представить в виде системы разнополюсных точечных зарядов? Тогда, поместив под поверхность экрана электроды с противоположными зарядами, можно воздействовать на тактильные ощущения в пальце, притягивая с разной силой эти самые точечные заряды.

Закон Кулона в дисплеях Senseg работает между точечными зарядами внутри пальца пользователя и противоположно заряженными электродами.

Каждый отдельно управляемый контроллером электрод в дисплеях Senseg называется тиксель.

Красивая в теории идея. Но реализуема ли она на практике? Множество проведенных экспериментов позволило специалистам Senseg найти оптимальную для действия кулоновских сил электрическую схему. Благодаря ей массив электродов, взаимодействуя с точечными зарядами в пальцах человека, позволял сымитировать изменение текстуры поверхности экрана. Ведь по более гладкой поверхности палец скользит свободнее, а шершавая поверхность препятствует скольжению.

Осталось только правильным образом модулировать знак и силу заряда электродов, чтобы у пользователя, работающего с таким haptic-дисплеем, в определенных местах возникала иллюзия прикосновения к границам интерфейсных элементов или движения по тому или иному типу поверхности. В совокупности с визуальным образом элемента и соответствующим звуковым сопровождением получилось добиться почти стопроцентно натурального тактильного отклика. Причем безо всякой механики.

Единичный электрод, расположенный под поверхностью дисплея, инженеры Senseg назвали tixel (от tactile pixel — ощущаемый пиксель). Тактильная «картинка» поверхности в технологии Senseg складывается из манипуляции силой зарядов множества тикселей. Более сильное притяжение вызывает у пользователя ощущение сопротивления, подобное ощущению наталкивания на механическое препятствие. Меняя нужным образом tixel-маску своего дисплея, senseg’овцы научились имитировать выпуклости и вогнутости элементов интерфейса и даже различные материалы, из которых они сделаны.

Ощущения прикосновения к разным поверхностям происходит путем подачи различных по длительности и силе электрических импульсов к каждому отдельному тикселю.

Конструктивная разница обычных touch-панелей и дисплеев Senseg.

При этом привычную конструкцию нынешних touch-панелей менять не нужно. Любой сенсорный дисплей легко превращается в Senseg Feel Screen (именно так назвали свое творение финские инженеры) путем замены обычной сенсорной панели на запатентованный Senseg Tixel Coating Touch Screen. Остается в электронную начинку девайса добавить Senseg-контроллер, а его операционную систему оснастить соответствующими API-функциями.

Три компонента, благодаря которым экран гаджета превращается в Senseg Feel Screen.

В демонстрационной программе пользователь Senseg-экрана может ощутить, как виртуальный шарик подпрыгивает на ребристой поверхности желоба.

Имеющиеся прототипы Senseg-экранов производят самое благоприятное впечатление и действительно могут быть названы «feel» — ощущаемые. В настоящее время команда Senseg вовсю трудится над созданием инструментария разработчика программного обеспечения для самых популярных мобильных операционных систем. И не зря. Ведь по авторитетному мнению журнала Time, haptic-технология Senseg входит в число пятидесяти перспективнейших инноваций уходящего года.

По слухам, производители мобильных девайсов выстроились в очередь за лицензией на Senseg Feel Screen. Добавление новых ощущений в общение с гаджетом — верный способ поднять планку пользовательского интереса, а значит, и продажи на более высокий уровень. Сможем ли мы пощупать кнопки, ярлыки и поля ввода текста в гаджетах-новинках следующего года? Скорее всего, нет. Технологический цикл от проекта устройства до прилавка магазина занимает обычно три-четыре года. А значит, наиболее вероятным годом выхода «ощущабельных» дисплеев является 2015-й. Что ж, остается только ждать. Но, согласитесь, ждать в неведении и ждать чего-то конкретного и столь интересного — совершенно разные вещи. Как говорится, почувствуйте разницу.

blog comments powered by Disqus
Обратная связь
Имя
E-mail
Сообщение:

Отправить