Сенсорний екран здається однією з найпростіших технологій: торкнувся скла — і пристрій реагує. Але за цією простотою ховаються електроди, датчики, проводи та складне виробництво. Японські дослідники запропонували майже протилежний підхід: ПВХ, звичайний лазерний принтер і тонер.
Команда з Технологічного інституту Шибаури (SIT) створила сенсорний інтерфейс, який можна надрукувати на прозорому листі ПВХ за допомогою звичайного лазерного принтера. Жодних масивів електродів безпосередньо в самій поверхні не потрібно. І тут починається найцікавіше. Дослідження було опубліковано в журналі Nano Energy.
Принтер фактично «друкує» функції інтерфейсу
Технологія використовує явище, відоме як трибоелектрика. Саме воно відповідає, наприклад, за невеликий статичний розряд після ходіння по килиму.
Коли палець ковзає по ПВХ, між шкірою та матеріалом виникає електричний заряд. Дослідники наносять на поверхню певні геометричні візерунки зі звичайного тонера. Він є електроізолятором, тому надруковані ділянки блокують прямий контакт шкіри з ПВХ.
У результаті палець під час руху постійно переходить між надрукованими та відкритими зонами. Це створює послідовність електричних імпульсів. А головна хитрість полягає в тому, що змінюючи малюнок, можна змінювати поведінку самого інтерфейсу.
Ширші відкриті ділянки змінюють тривалість сигналів, проміжки між ними — інтервали між імпульсами, а додавання нових зон створює додаткові піки. Тобто функцію поверхні можна фактично запрограмувати ще на етапі друку.
Пластик навчився розпізнавати рухи
Попри примітивний вигляд, система виявилася здатною на значно більше, ніж просто реагувати на дотик. Під час експериментів дослідники визначали напрямок руху пальця та швидкість ковзання. Похибка в цих вимірюваннях становила не більше 3,5%.
Вчені також продемонстрували кодування інформації. Наприклад, певний набір імпульсів відповідав бінарній послідовності 1010, яку система правильно інтерпретувала як число 10.
Ще цікавіші результати отримали під час розпізнавання візерунків. Система класифікувала сім різних надрукованих шаблонів із точністю 97,1%, а всі 26 літер англійського алфавіту — з точністю 89,2%.
І вона навіть може впізнавати людину
У ще одному експерименті сім учасників по черзі використовували інтерфейс. Система правильно визначала користувача у 97,1% випадків.
Причина — кожна людина взаємодіє з поверхнею трохи по-своєму. Відрізняються сила натискання, швидкість руху, кут контакту пальця та стабільність ковзання. Усе це залишає характерний електричний «відбиток». Звучить майже як біометрична система, надрукована на пластиковому аркуші.
Найбільший плюс — неймовірна простота
Тут технологія може бути цікавою не лише через свої можливості, а й через ціну та спосіб виробництва. Замість складного виготовлення електродів і прокладання провідників потенційно достатньо взяти лист ПВХ і надрукувати на ньому потрібний візерунок. Причому обладнання для цього вже є практично в кожному офісі.
Дослідники припускають, що такий підхід може стати у пригоді для носимої електроніки, простих IoT-пристроїв, клавіатур, ігрових контролерів та інтерфейсів, вбудованих у одяг.
Уявіть пристрій, у якому фізичні кнопки або складний сенсорний модуль замінює тонка пластикова плівка з надрукованим малюнком. Потрібно змінити функції? Теоретично можна просто змінити дизайн і надрукувати нову поверхню.
Але смартфон ця технологія поки не замінить
Є важливий нюанс: це не повноцінний сенсорний екран на кшталт дисплея смартфона. Телефонний екран може визначити майже будь-яку точку дотику на двовимірній поверхні. Тут же саме надрукований шаблон визначає, які рухи та команди система здатна розпізнати.
Тому правильніше називати винахід програмованою сенсорною панеллю або своєрідним надрукованим контролером. Крім того, сам ПВХ не потребує вбудованого електрода чи окремого живлення для формування сигналу, але електроніка для зчитування та обробки цих сигналів все одно потрібна.
До масового використання ще далеко
Є й інші питання. Експерименти проводилися в лабораторних умовах, а тест із розпізнаванням користувачів охоплював лише сім людей. Поки невідомо, як поверхня поводитиметься після десятків тисяч ковзань, а також під впливом вологи, поту, бруду, температури та різної вологості повітря.
Втім, навіть на ранньому етапі сама ідея виглядає цікаво: лазерний принтер перетворюється на інструмент для створення програмованих сенсорних інтерфейсів. Можливо, майбутнє сенсорних пристроїв буде не скляним і дорогим, а тонким, пластиковим — і надрукованим на звичайному принтері.
