Цифровой журнал «Компьютерра» № 116

Компьютерра 09.04.2012 - 15.04.2012

Статьи

Отзывчивые экраны: гаптические технологии в дисплеях Олег Нечай

Опубликовано 12 апреля 2012 года

Один из самых больших, но совершенно не очевидных на первый взгляд недостатков сенсорных экранов — отсутствие обратной связи: дисплеи никак не реагируют на касание или нажатие, оставаясь плоскими и безжизненными. Между тем осязание — одно из важнейших чувств.

Человек способен на ощупь различать фактуру поверхности, давление на кожу, вибрации различной частоты и характера, температуру и влажность и, наконец, физические размеры объекта. Всего этого многообразия ощущений мы лишаемся, сталкиваясь с подавляющим большинством современных сенсорных экранов: нарисованные кнопки «нажимаются» лишь виртуально — эту иллюзию создают меняющиеся картинки. Но на самом деле наши пальцы просто упираются в твёрдое гладкое стекло экрана, и практически всем знаком лёгкий дискомфорт, связанный с этим ощущением, которое в корне противоречит тому, что видят глаза.

Существуют разные способы привить «отзывчивость» сенсорному экрану. Такие технологии называются гаптическими — от греческого слова hapticos, означающего «осязательный». О некоторых из них и пойдёт речь в этой статье.

Cамая простая и доступная технология, способная имитировать обратную связь при нажатии на сенсорный экран, — вибрационная. В любом мобильном телефоне есть так называемый «виброзвонок», представляющий собой микроэлектродвигатель, заставляющий корпус аппарата вибрировать. Можно установить источники вибрации под разными участками экрана, и тогда при касании дисплея в разных местах пальцы будут ощущать вибрацию на этих участках.

Подобный подход применяется уже довольно давно, причём практически монопольное положение на рынке занимает компания Immersion, продвигающая систему TouchSense. В зависимости от размера и назначения сенсорного экрана используются разные реализации этой технологии. В больших дисплеях (например, в информационных киосках и платёжных терминалах) устанавливаются виброприводы, а в планшетах и смартфонах — миниатюрные пьезоэлементы. На сайте Immersion доступны средства разработки программного обеспечения, предназначенного для тех или иных устройств, а также рассчитанные на различное ПО. Фирменная среда разработки MOTIV Development Platform позволяет автоматизировать создание «отзывчивых» приложений для электроники под управлением операционной системы Android.

Виброприводы или пьезоэлементы в TouchSense устанавливаются непосредственно под экран, но их число ограничено как физическими свойствами экрана, так и размерами самих виброэлементов. В результате имитация обратной связи получается весьма приблизительной. В частности, невозможно ощутить чёткие границы того или иного элемента, выводимого на экран.

Одно из «лобовых» решений проблемы — подложить под экран целый массив миниатюрных пьезоэлементов, как предлагают в швейцарском Политехническом институте Лозанны (EPFL). Амплитуда колебаний микропьезоэлементов составляет лишь около микрона, поэтому при касании экрана пользователь ощущает не их, а тончайшую прослойку воздуха между пальцем и поверхностью дисплея. В результате создаётся стойкая иллюзия, что твёрдый экран представляет собой рельефный объект с различными выделенными объёмными зонами.

В Apple подошли к решению этой проблемы с другой стороны: в одном из патентов, который компания получила в 2012 году, описывается технология имитации нажатия механических кнопок на экране планшета или смартфона при помощи программируемых магнитов и жидких ферромагнетиков. Прикосновение к дисплею в определённом месте активирует соответствующие магниты, притягивающие магнитную жидкость, в результате чего создаётся иллюзия нажатия механической кнопки. Очевидно, что для реализации такого подхода необходим некий мягкий слой с ферромагнетиками, установленный поверх экрана, что никак не сочетается с привычными жидкокристаллическими экранами, защищёнными твёрдым стеклом.

Инженеры стартапа Tactus Technology из Кремниевой долины предлагают свой вариант создания физического объёма на плоском экране. Их дисплей представляет собой многослойный «сэндвич» с жидкой прослойкой между двумя чувствительными слоями, при этом верхний слой экрана — гибкий и эластичный. При помощи микровентилей жидкость перекачивается в нужные места и формирует приподнятые над общим уровнем вполне осязаемые кнопки или другие органы управления.

Похожую схему успешно демонстрируют в действии учёные из Университета Карнеги Меллона, только в их «бутерброде» вместо жидкости используется воздух. На экран с изображением элементов интерфейса натягивается эластичная мембрана, под которую закачивается (или откачивается) воздух, в результате чего верхняя панель дисплея становится рельефной.