Een vleugje vindingrijkheid

Nu steeds meer smartphones en mp3-spelers een interface met aanraakscherm hebben, zijn mensen eraan gewend geraakt om met gadgets om te gaan door alleen met hun vingers te tikken en te vegen. Maar op de 11e verdieping van een gebouw in het centrum van Manhattan ontwikkelen de onderzoekers van de New York University, Ilya Rosenberg en Ken Perlin, een interface die nog verder gaat. Het is een dunne pad die precies reageert op druk van niet alleen een vinger, maar ook van een reeks objecten, zoals een voet, een stylus of een drumstick. En het kan meerdere ingangen tegelijk detecteren.

Ken Perlin (links), een professor in computerwetenschappen aan de NYU, en Ilya Rosenberg, een afgestudeerde studente aan de NYU, pronken met de plastic bladen die het uitgangspunt vormen voor hun drukgevoelige touchpads.

Het idee voor de pad kwam een ​​paar jaar geleden bij Rosenberg, een afgestudeerde student aan de NYU, toen hij werkte met een geleidend polymeer genaamd force-sensing weerstandsinkt, dat vaak wordt gebruikt in elektronische muziektoetsenborden. Wanneer er druk op de inkt wordt uitgeoefend, heroriënteren de moleculen zich op een manier die de elektrische weerstand verandert, wat gemakkelijk te meten is. Rosenberg gebruikte de inkt oorspronkelijk om sensoren te maken die onder de grenzen van tennisbanen konden worden ingebouwd om lijnoproepen te automatiseren, maar hij vroeg zich af of dit de basis zou kunnen zijn van een goede multitouch-interface voor computers. Hij begon samen te werken met Perlin, een professor in het Media Research Laboratory van NYU, om een ​​drukgevoelig touchpad te maken ter vervanging van een computermuis.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van september 2009

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Drukgevoelige kussentjes bestaan ​​al jaren, maar de meeste waren beperkt tot eenvoudige toepassingen, zoals het voelen wanneer een autostoeltje bezet is. Apparaten zoals de Palm Pilot, die een stylus gebruiken om gegevens in te voeren, detecteren aanraking meestal door veranderingen in elektrische weerstand te meten wanneer een object op het scherm tikt. Maar deze schermen kunnen slechts één aanraking tegelijk registreren. Touchscreens op smartphones gebruiken ondertussen een sensor die veranderingen in capaciteit detecteert, of het vermogen van het materiaal om een ​​elektrische lading vast te houden; capaciteit verandert wanneer objecten die water bevatten, inclusief vingers, over het scherm bewegen. Dergelijke schermen kunnen meerdere aanrakingen detecteren, maar ze kunnen geen druk detecteren.

Het touchpad van Rosenberg en Perlin combineert daarentegen enkele voordelen van al deze technologieën. Het kan tegelijkertijd de druk en locatie van verschillende aanrakingen registreren, en het kan eenvoudig en goedkoop worden verkleind tot de grootte van een hanger of opgeschaald om een ​​tafelblad te bedekken.

Geschilderd plastic
Om een ​​drukgevoelig touchpad te bouwen, begint Rosenberg met vellen plastic die iets dikker zijn dan een stuk papier. Hij gebruikt een speciaal programma om een ​​lijnenpatroon te ontwerpen dat op elk vel wordt afgedrukt, waarbij het patroon wordt aangepast aan het beoogde gebruik van het apparaat. De lijnen zijn in metaal op het plastic gelegd om ze elektrisch geleidend te maken; het vel wordt vervolgens bedekt met een gelijkmatige laag zwarte drukgevoelige inkt. In bulk zouden de gedrukte sensoren ongeveer $ 100 per vierkante meter kosten, maar aangezien deze prototypes in letter-formaat eenmalig zijn, is elk ongeveer $ 100.

Rosenberg plaatst twee van de voorbereide vellen tegen elkaar met de polymeerinktzijde naar binnen gericht, zodat de geleidende lijnen een raster vormen. Daarna plakt hij de vellen aan elkaar met dubbelzijdig plakband. Elke zesde metalen lijn eindigt aan een rand van de plastic platen in een korte, flexibele staart die door een klem is verbonden met een stijve printplaat. Hoewel de rest van de draden niet met elektronica is verbonden, beïnvloeden ze de elektrische eigenschappen van de actieve lijnen, waardoor software kan afleiden waar een aanraking vandaan komt.

De printplaat zelf bevat een microchip die is geprogrammeerd om het sensorpad te scannen en snel achter elkaar stroom te leveren aan elke actieve draad. De chip zet ook de drukgegevens van een continu analoog signaal om in een digitaal formaat dat een computer kan interpreteren. Ten slotte comprimeert het de gegevens en stuurt het naar een computer via een USB-verbinding of (voor muzikale toepassingen) een MIDI-poort.

Software op de computer berekent zowel de positie van objecten die contact maken met de pad als de hoeveelheid druk die ze uitoefenen. Als een object het snijpunt van twee geleidende lijnen raakt, registreert de elektronica daar een sterke stroom; maar hoe verder weg van de kruising, des te zwakker de stroom vanwege de soortelijke weerstand van de inkt. Prototypes hebben al een resolutie die hoog genoeg is om vinger- en stylusinvoer voor tablet-pc's nauwkeurig te detecteren. Voor een enkele aanraking kan het krachten opnemen van vijf gram tot vijf kilogram met een foutmarge van 2,5 procent - genoeg bereik om de lichte tik van een stylus of een slag op een digitale drum te interpreteren. Perlin zegt dat, omdat er zo weinig draden nodig zijn, grotere versies van de pad een vergelijkbare gevoeligheid kunnen bereiken zonder veel meer complexiteit of kosten.

Marktdruk
De prototypes van vandaag zijn ondoorzichtig zwart, dus ze zijn niet geschikt als aanraakscherminterfaces voor mobiele telefoons en andere elektronische gadgets. Maar zo'n nauwkeurige en goedkope drukgevoelige interface heeft nog steeds veel potentiële toepassingen, zegt Perlin.

Zo hebben Rosenberg en Perlin met andere onderzoekers samengewerkt aan verschillende medische en wetenschappelijke toepassingen. Perlin zegt dat de pad kan worden toegevoegd aan schoenen om het lopen te controleren en aan ziekenhuisbedden om verpleegkundigen te waarschuwen wanneer een patiënt te lang stil heeft gelegen, waardoor het risico op decubitus toeneemt. De pad is zelfs gevoelig genoeg om drukgolven in water en lucht te meten; dit zou kunnen leiden tot betere vloeistofdynamische modellen die kunnen helpen bij het ontwerpen van vliegtuigen en boten. Tegenwoordig gebruiken onderzoekers arrays van individuele sensoren om dergelijke gegevens te verzamelen, maar ze zijn te duur om over een groot gebied te gebruiken.

De technologie is ook nuttig in multitouch-interfaces voor elektronische apparaten. Patrick Baudisch, een onderzoeker aan het Hasso Plattner Instituut in Duitsland, heeft de pad op de achterkant van een kleine gaming-gadget geïntegreerd, waardoor er effectief een ergonomische touch-invoer is toegevoegd: gebruikers kunnen het spel besturen zonder dat hun vingers het scherm blokkeren. En Rosenberg gelooft dat hij en zijn collega's door een ander type drukgevoelige inkt te gebruiken en de lijnen dunner te maken, een transparante sensor kunnen bouwen die bruikbaar is in aanraakschermen op mobiele telefoons en tablet-pc's.

Het touchpad van Rosenberg en Perlin is veel gevoeliger dan andere apparaten met weerstandsdetectie, zegt Andy Wilson, een Microsoft-onderzoeker die Surface, een commercieel verkrijgbare multitouch-tafel, heeft ontwikkeld. Veel van de toepassingen zijn gericht op het op interessante manieren gebruiken van de druksensor, zegt hij. Hij voegt er echter aan toe dat de technologie nog in de kinderschoenen staat, en het is moeilijk te zeggen hoeveel goedkoper het zal zijn dan de huidige touch-interfaces.

In april lanceerden Rosenberg en Perlin Touchco, een startup die de technologie in licentie zal geven en ontwerpondersteuning zal bieden aan bedrijven die deze willen inbouwen in apparaten zoals mobiele telefoons en e-readers. De ingenieurs van het bedrijf onderzoeken aanvullende toepassingen, zoals de eerste elektronische handtrommel, die onmogelijk zou zijn zonder een sensor die in staat is tot zo'n fijne resolutie.

Uiteindelijk zouden deze dunne, onopvallende touchpads in vrijwel elk oppervlak kunnen worden ingebouwd, waardoor een nieuwe dimensie van multitouch-interactie wordt geopend.

zich verstoppen