Бюро патентов и торговых марок США зарегистрировало новый полимер-трансформер для сенсорного дисплея: он позволит физически ощущать клавиатуру. Патент принадлежит Microsoft, а автором изобретения назван дизайнер интерфейсов корпорации Эрез Кикин-Гиль. Он пообещал прессе, что вскоре новую технологию можно будет испытать на больших горизонтальных дисплеях-столах. Когда дело дойдет до маленьких дисплеев – для телефонов и карманных компьютеров, – в Microsoft пока не говорят. Но понятно, что спрос на сенсорные экраны с физическим рельефом кнопок уже огромен, и в ближайшее время, учитывая нарастающий дефицит кнопочных телефонов, он только вырастет.
На сегодня разработка Microsoft – это самый простой и компактный способ сделать виртуальные кнопки и значки осязаемыми. Ее ноу-хау – это светочувствительный полимер с памятью формы, наподобие того, что позволяет создавать «живые» голограммы. Кусочек полимера меняет форму в зависимости от освещения: частицы группируются то в одном направлении, то в другом. Плоский кусочек становится выпуклым, а потом снова плоским. Это и называется памятью формы: сколько бы раз материал ни деформировали, он сохраняет способность вернуться в прежнее состояние.
В описании патента сказано, что управлять формой материала можно и с помощью температуры, электричества или другого воздействия. На что запрограммируешь, так и будет работать. Пока разработчики остановились на ультрафиолете. Ультрафиолетовый свет одной длины волны заставляет материал бугриться, свет другой длины волны делает его плоским.
Все устройство выглядит так: традиционный LCD- или LCOS-дисплей покрыт слоем нового полимера, частицы которого разделены на условные пиксели. Внутри устройства к обычным светодиодам добавлены ультрафиолетовые лампы – подсветка, которая регулирует состояние пикселей полимерного слоя. Сквозь него ультрафиолет не проходит и глазам пользователя не угрожает. В качестве сенсорного датчика служит уже привычная инфракрасная подсветка, с помощью нее определяются координаты точек, в которых пользователь прикасается к экрану.
Приближаешь руку к кнопке на экране – инфракрасный сенсор сообщает об этом процессору, процессор программирует ультрафиолетовые лучи так, чтобы пиксели под пальцами выдвинулись и сформировали осязаемую рельефную кнопку.
Трогаешь изображение – ощущаешь пальцами его границы и текстуру: бугорки, борозды и впадины. То есть чтобы управлять интерфейсом сенсорного экрана, больше не нужно на него смотреть. Запомнил один раз, какому изображению соответствует рельеф, и дальше воспринимаешь все тактильно.
Судя по описанию патента, новое устройство может работать только с элементами, запрограммированными заранее. Например, с кнопками клавиатуры или дизайном известного интерфейса. Осязаемое кино на нем пока не посмотришь. В этом смысле Microsoft сейчас решает довольно тривиальную задачу: десятки конкурентов уже успели выступить здесь со своими идеями.
В прошлом году американцы из «Института взаимодействия человека с компьютером» Университета Карнеги Меллон провели эксперимент, имитирующий поведение водителей за рулем. Ученые посадили студентов в кресла, закрепив перед ними рули, приборные панели, магнитолы и другие мобильные устройства, полезные водителям. Половине студентов достались приборы с традиционными кнопками, остальным – с сенсорными. Студенты сосредоточенно следили за обстановкой на виртуальном шоссе, параллельно переключая кнопки, – и те, кому достались девайсы с сенсорными дисплеями, чаще сбивались, попадали в аварии и теряли управление. Они все время отвлекались на кнопки: правильную ли нажал, нажал ли вообще или промазал?
Двое участников группы, Крис Харрисон и Скотт Хадсон, придумали, как вернуть кнопкам физическую сущность с помощью пневматического насоса. Так же, как коллеги из Microsoft, они наложили поверх дисплея новую прослойку. В их случае – громоздкую трехслойную конструкцию: система накачки воздуха, трафарет, на котором заранее разметили расположение кнопок на дисплее, и сверху – латексная пленка. Насосы качают воздух, создавая в местах прорезей в трафарете повышенное или пониженное, в зависимости от настроек, давление. Латексная пленка в этих местах либо надувается, либо втягивается ровно по заданному контуру.
Прототип устройства испытали в том же эксперименте с водителями. По словам разработчиков, сенсорные кнопки с физическим рельефом оказались даже более эффективны в управлении, чем традиционные. Сейчас команда пытается уменьшить габариты насосов до сколько-нибудь приемлемых размеров, – для терминалов оплаты, банкоматов и панелей управления в автомобилях.
Японцы тем временем продвигаются в альтернативном направлении – создания иллюзии прикосновения без всякого контакта. Прототипы таких устройств есть у лаборатории Хироюки Синоды Университета Токио и у компании Toshiba.
В первом случае экран окружен источниками ультразвука, они создают ультразвуковую сетку поверх него. Конфигурация сетки запрограммирована в соответствии с формой и расположением предмета, изображенного на экране: в пределах границ этого предмета волны встречаются, и благодаря резонансу звук становится максимально интенсивным. Таким, что его можно почувствовать ладонью, если держать ее перпендикулярно экрану. Но измерения показали, что сила, которую волны в состоянии сообщить руке, – не превышает 0,8 грамма. Автор проекта профессор Токоюки Ивамото придумал только один объект для отображения, подходящий по весу и удобный по форме: капли дождя. Имитировать вес более тяжелых предметов может быть небезопасно для ушей.
Toshiba подобные измерения силы воздействия вовсе держит в секрете, используя в описании устройства обтекаемую формулировку «воздействие слабой силы взаимодействия, описанной Шарлем Кулоном». Здесь экран покрыт слоем прозрачных электродов, на которые подается слабый электрический ток. Так на электродах оседает положительный заряд. Если приблизить палец на расстояние в несколько миллиметров от экрана, между пальцем и электродами возникнет слабая сила притяжения. Весь вопрос в том, насколько она слабая. Из школьного курса физики известно, что легкие предметы с положительным зарядом могут притягиваться к руке. Но каким должен быть заряд, чтобы рука это почувствовала, – вопрос скорее к врачам-реаниматологам.
Представители Toshiba уверяют, что силы притяжения достаточно даже для того, чтобы почувствовать твердость металла. Кроме этого, программа включает ощущения «жестких ворсинок», как от прикосновения к щетке, шероховатости – как от контакта с деревом и «гладкой твердости», как от камня.
Не очень ясно, зачем в телефоне нужна программа «потрогать щетку». Но возможно в ближайшие годы те же технологии проявят себя в осязаемом видео. Куда двигаться, уже примерно понятно. Система распознавания образов позволит процессору выделять в потоке видео отдельные группы пикселей, соответствующие той или другой текстуре – лица, автомобили, чашки с кофе, холодное оружие. Автоматический поиск в Интернете восполнит пробелы в базе образов. А источники света станут настолько тонкими, что текстуру тактильных пикселей можно будет регулировать до уровня мимических морщинок.
