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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    這樣的觸摸屏,你見過嗎

                    2018-01-31 10:45:00

                      在1999年末摩托羅拉公司發布全球首款觸屏智能手機A6188之前,人們從來沒想過把觸摸屏和手機結合起來。今天,觸摸屏似乎已經成為所有智能手機的標配。無論是手機還是平板電腦,觸摸屏犧牲了更直觀的鍵盤輸入體驗,換來的是多功能享受——兼具輸入和顯示功能。而在其他諸如ATM或者信息查詢終端的設備上,觸摸屏的出現減少了鼠標、軌跡球和鍵盤之類的活動部件,人們操作起來更加便利。

                      慢慢地,人們喜歡上這種直接駕馭數字世界的方式,使用手指點擊觸摸屏上的按鈕,自如地打開網頁、對話框,與好友聊天。但是,感覺似乎缺少點什么:這些觸摸屏的觸感單調,摸上去像玻璃。屏幕不會產生任何物理變化,和我們已經習慣的觸感大不相同。當我們按下一個真正的按鈕時,它的位置會變化,會發聲,我們的手指會有觸感,讓我們感知到按鈕已經接受指令。但是,觸摸屏不會如此。

                      觸感,作為人們最重要的感覺之一,在使用觸摸屏時基本沒有用武之地,這難免有點遺憾。而且,在觸摸屏上操作更容易增加輸入錯誤、降低輸入速度,甚至讓人們懷疑自己按鍵的行為是否成功??萍家恢痹谧非笳鎸嶓w驗的道路上前進著。設法讓觸摸屏帶有更多有意義的觸摸反饋,是研究人員的重要研發方向。

                      讓屏幕運動起來

                      日本電氣股份有限公司與日本東京工業大學的研究人員把注意力放在屏幕的運動上。他們在屏幕四周拉上四條纜線,當屏幕受力時,連接屏幕四角的纜線會產生不同力度的拉扯,創造出不同的觸摸反饋。也就是說,不只觸摸屏上的手指會移動,屏幕本身也在運動,這會帶來新奇的感受。遺憾的是,目前,這種技術只能模擬水平各方向上的力,比如,按鈕從左向右滑動的感覺;而不能模擬垂直方向上的力,比如,按鈕按下或者彈起的感覺。

                      利用靜電場產生摩擦力

                      美國迪斯尼研發部門最近展示了一種新的觸摸屏,采用一種被稱為“反向電振動”的觸覺效應。當你使用這種觸摸屏時,它能向你的全身施加難以察覺的電信號,在皮膚周圍形成一個振蕩靜電場。當觸摸屏幕時,靜電力會改變手指和屏幕之間的摩擦力,從而產出某種材質的觸感。研究人員已經證實,通過改變電信號的波形、振幅和頻率,這種技術可以制造出各種各樣的觸感。比如,觸摸鵝卵石、沙子、玻璃、橡膠的感覺,還有突起、凹陷等空間樣式的觸感。

                      這種以靜電場方式模擬觸覺的技術不只是迪斯尼研發部門在使用。芬蘭一家企業Senseg從2008年開始研制使用靜電場表現觸感的技術,在2012年年初的國際消費電子展上亮相。在實際操作中,通過靜電場感受到摩擦力,再配合畫面明暗的視覺效果,可以模擬各種類型的觸感,比如,碎石、瓦楞紙或者砂紙。

                      使用壓電元件產生振動

                      蘋果公司曾為觸感觸摸屏申請了一份新的專利。這項專利更為傳統,回到了電流驅動的老路上。也就是說,設法把電能轉化為機械能,通過屏幕的振動來模擬觸覺。這可算是歷史悠久的技術了,與手機的振動原理相通。這份新專利采用的是壓電陶瓷技術。壓電陶瓷是一種應用廣泛的材料,給它通電,它的形狀會發生變化;用力把它壓變形,其中又會產生電流。也就是說,它能直接轉化機械能和電能。利用壓電陶瓷的這種特征,觸感觸摸屏能夠通過不同頻率的振動來模擬不同材質的觸感,從光滑的玻璃到粗糙的砂紙。

                      這條思路并非蘋果公司所獨有。2011年,美國德州儀器公司發布了一種名為Haptics的觸感觸摸屏解決方案。它的原理并不復雜,首先檢測到手指的觸摸動,通過設備的中央處理單元分析該行為,然后向驅動器發送相應信號,產生相應頻率的振動動作。它所使用的振動器與壓電陶瓷一樣,同屬壓電元件。

                      此外,日本電信公司KDDI也想通過觸摸面板的振動表現觸感。他們與日本京瓷公司合作,開發出一款名為“新感覺觸摸面板”的產品,并且試制出了原型機?!靶赂杏X觸摸面板”在液晶面板的四周與觸摸面板之間配置壓電元件,以不同的振動模式來振動觸摸面板,由此傳遞觸感。這些壓電元件同時還兼作傳感器,通過檢測手指按壓觸摸面板時的壓力,產生更多模式的觸摸反饋。開發人員說,這種技術可以因多個壓電元件的不同頻率及振幅,表現出不同的觸感,從清脆的點擊感、輕柔的機械按鍵的觸感,到相機快門般的多級按壓觸感。另外,用手指劃過觸摸面板時,還可獲得猶如面板上有按鍵般的落差感。

                      如此看來,多個壓電元件的組合,能把觸摸屏的觸感帶上一個新臺階??上У氖?,這種技術無法支持多點觸摸的不同觸感。雖然有多個振動元件,但是屏幕只有一塊,也就無法在不同區域產生不同觸感。這可以算是壓電振動技術的硬傷。

                      雙層膜控制屏幕突起

                      2007年,美國貝爾實驗室的工程師,曾經獲得過美國國家技術獎章的詹姆斯·韋斯特博士提出了一種新設想。他設計了一個由兩層膜構成的觸摸系統,上層的膜在帶著電荷的時候會微微鼓起來一點;下層的膜是電極,可以供電。這種思路有點像是電子墨水,能夠精確地控制屏幕上突起的位置和形狀,但是,缺點也和電子墨水類似——因為電極和帶電的緣故,不大適宜用在透明的觸摸屏上。這種技術對于失明和弱視的群體來說,十分有幫助。實際上,現在已經有了一些專為盲人設計的手機,參考了韋斯特的思路。

                      加裝屏幕塑造立體按鍵

                      早在2008年,蘋果公司就已經申請了反饋式觸摸屏的專利,在觸摸屏上加一層高透光的軟墊,使人們在操作時更有感覺。但是,軟墊能夠提供的觸感無法實現多樣化,而且這種技術會給屏幕的耐磨性帶來不利影響。

                      2011年,美國一家公司Tactus聲稱,他們已經開發出新的觸摸屏技術,在平板設備上加裝一塊表面會變化的表層屏幕,使觸摸屏模擬出鍵盤的效果。該公司聲稱,這種技術只需要替換現有觸摸屏最上面的一層保護層,就可以在任何手持設備上造出具有立體效果的按鈕,無論是數字鍵還是英文字母,都不在話下。它由兩層材料組合而成:上面一層是200微米厚的彈性表層,下面一層是由光滑的固體材質蝕刻出的細小微孔和儲液槽。當需要時,這塊表層屏幕能夠塑造出立體按鍵。但是,它的可變性差,有點像在屏幕上蒙上一層塑料泡泡一樣。

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