Тактильный экран обрёл рельефные подвижные кнопки

Появление сенсорных экранов в своё время намного обогатило взаимодействие человека и машин. Однако иной раз классические кнопки под пальцами предпочтительнее новомодной электроники. Но как насчёт совмещения? Первые прототипы дисплеев, «нарисованные» кнопки которых способны физически нажиматься, построили в институте Карнеги-Меллона.

Чувствительные к прикосновениям экраны существенно упростили ввод данных в целом ряде областей применения, однако они обладают одним недостатком — на ощупь невозможно понять, какую кнопку вы нажимаете. Остаётся только смотреть. Между тем существует немало ситуаций, когда нажимать надо вслепую.

Скажем, во время движения в автомобиле. Да, сейчас уже и в легковушках встречаются контактные экраны на передней панели, но ни один благоразумный водитель не станет подолгу копаться в их меню и подменю, пока авто едет неизвестно куда.

Изменить ситуацию мог бы дисплей, комбинирующий достоинства сенсорных экранов (вывод изображений самых разных кнопок) с «тактильным преимуществом» буквально нажимаемых клавиш. Такую систему придумали аспирант Крис Харрисон (Chris Harrison) и профессор Скотт Хадсон (Scott Hudson).

Имитация банкомата при помощи нового дисплея. Рельеф кнопок на экране меняется в зависимости от стадии работы с дисплеем, что хорошо видно в нижнем ряду снимков с боковым светом (фотографии Chris Harrison, Scott Hudson).

Состоит этот экран из основы, на которой закреплена прямоугольная рамка с одним или несколькими изолированными при помощи перегородок отсеками. Сверху рамки расположена прозрачная маска с набором фигурных отверстий по форме будущих кнопок, и, наконец, венчает всё слой полупрозрачного латекса.

Рельеф на поверхности нового дисплея вырастает благодаря воздушному насосу, который накачивает или откачивает воздух из полостей под кнопками. Соответственно, фигурки, вырезанные в маске, или выступают над плоскостью экрана, или формируют впадины. Ряд таких кнопок легко определить на ощупь и нажать нужную. А само нажатие будет сопровождаться прогибом мембраны, дающим тактильную обратную связь.

Самый простой вариант нового дисплея. Здесь он показан без вывода изображений, только с включением рельефа кнопок. В данном случае — это углубления (насос работает на разряжение). Но те же фигуры могут быть выпуклыми, если поменять относительное давление под мембраной на плюсовое. Для обеспечения проявления фигур латексная плёнка наклеена на маску (клей показан синим цветом) (иллюстрация и фото Chris Harrison, Scott Hudson).

Для вывода изображений позади маски имеется миниатюрный цифровой проектор. А за определение точек контакта пальцев с экраном отвечают инфракрасная камера и ИК-подсветка, опять-таки размещённые с обратной стороны.

Причём работает эта система вне зависимости от режима кнопок. Когда насос выключен — экран остаётся плоским, но по-прежнему продолжает показывать любую картинку и чувствовать прикосновения пользователя.

Более сложный вариант. Клей покрывает не всю поверхность маски, потому при включении кнопок на «вдох» и «выдох» рельеф их различается (иллюстрация и фото Chris Harrison, Scott Hudson).

Это не первое устройство, в котором исследователи решили воспользоваться пневматикой для создания рельефных кнопок. Но это первый пример аппарата, в котором сразу соединены три вещи: пневматический «морфинг» поверхности, вывод динамических изображений и чувствительность к прикосновениям, — утверждает Харрисон. В других проектах, мол, достигались какие-либо две цели из этих трёх.

Но почему бы просто не сделать панель из множества настоящих кнопок, каждая из которых была бы ещё и маленьким дисплейчиком? Такое решение возможно, вот только получившийся аппарат в целом не будет дисплеем.

Вариант с подложкой без клея даёт любопытный эффект. В режиме разряжения на поверхности появляются вогнутые кнопки, а в режиме накачивания воздуха мембрана отделяется от экрана и формирует полусферу, на которую можно выводить, например, изображение глобуса (иллюстрация и фото Chris Harrison, Scott Hudson).

А прототипы из института Карнеги-Меллона — это именно экраны. Причём способные с высокой точностью определять точку контакта пальца с экраном (это необязательно будет середина предопределённой маской кнопки) и выдавать соответствующую команду.

Несколько пневмокамер внутри дисплея позволяют управлять выпуклостью и втягиванием групп кнопок по отдельности (фото Chris Harrison, Scott Hudson).

К тому же при включении пневматической части комплекса появляется возможность организовать ещё один канал ввода, помимо ИК-камеры. Само по себе изменение давления воздуха в ответ на прогиб кнопки тут считывается специальными сенсорами (определяющими это давление с точностью 3 паскаля и измеряющими его с частотой 9 герц) и служит дополнительным сигналом.

К примеру, выпуклая кнопка перемотки треков или сканирования радиостанций может не только включать эти функции, но и менять скорость сканирования в зависимости от степени нажатия.

Для тестирования системы авторы новинки построили по новой технологии макет передней панели авто, снабдили его рулём и заставили группу студентов «ездить», одновременно управляя различными «устройствами в машине». Оказалось, что пневматические кнопки-дисплеи интуитивно понятны, удобны в использовании и смотреть на них во время движения приходится не чаще, чем на кнопки классические.

Примитивный макет приборной панели авто в режиме плоского дисплея и в режиме вогнутых кнопок (фото Chris Harrison, Scott Hudson).

Более того, в тесте были сравнены выпуклые пневматические кнопки, пневматические кнопки в вогнутом состоянии, тот же дисплей в режиме «плоская поверхность» и кнопки настоящие, «физические».

Оказалось, что по удобству использования, в частности, по минимальному количеству кнопок, которые нужно на ощупь перебрать, чтобы найти желаемую, выпуклые («позитивные») клавиши нового пневмодисплея превосходят своих «негативных» собратьев и плоский дисплей (что можно было предположить). Но также (что явилось неожиданностью) выпуклые эластичные кнопки сенсорного дисплея оказались для испытуемых предпочтительнее настоящих кнопок!

А ведь все возможности системы ещё предстоит испытать в полной мере. Скажем, авторы новации построили вариант экрана, в котором прогибались не фигуры, а фон вокруг них. Также удалось создать выступающие гибкие кнопки, способные заметно менять свою высоту, для чего пришлось ввести второй слой пневмокамер с дополнительной мембраной. В общем, отталкиваясь от найденного принципа, можно придумывать самые разные варианты системы.

Вариант дисплея с втягиванием фона и с вмонтированными под латекс прозрачными жёсткими кнопками, за подвижность которых отвечает дополнительная мембрана внутри устройства (фото Chris Harrison, Scott Hudson).

Пока морфинг-экран недостаточно компактен, чтобы занять место традиционных контактных дисплеев в переносной электронике (телефонах, к примеру). Но Харрисон и Хадсон работают и над этим. К примеру, одна из проблем — пневмонасос. Он занимает место, да и энергии потребляет немало. Харрисон говорит, что этот узел можно заменить, допустим, на крохотный баллончик, заряжаемый сжатым воздухом от небольшого стационарного насоса одновременно с зарядкой самого телефона от сети.

Впрочем, в основных сферах применения, на которые нацелен новый экран, компактность — не главное. А это не только панели приборов в авто, но, к примеру, банкоматы и торговые автоматы, иные стационарные устройства.

Можно, конечно, поворчать, что эластичные кнопки легко рвутся и потому неустойчивы к атакам вандалов. Долговечность системы с подвижными элементами вызывает сомнения. Да и об универсальности такого экрана говорить не приходится — рельеф кнопок определяет жёсткая матрица под латексом.

И всё же разработка Харрисона и Хадсона симпатична и перспективна. Хотя бы как вариант специализированного дисплея. Да, и мы ведь ничего не сказали про игры.

Оставить комментарий

Ваш комментарий будет опубликован после модерации.