Touchscreens voor de gevoelige mens

De grote vraag is: wie komt met de volgende touchscreen-vernieuwing? In eerdere artikelen ga ik in op touchscreens en de historie die teruggaat tot ver in de jaren ’70 van de twintigste eeuw. Dat het tot 2006 moest duren voordat deze schermen niet meer alleen voor, nou ja, nerds waren, behoeft geen uitleg.

Tactile display, credits ACM
Links het tactiele scherm, rechts de schematische werking.

De next big thing in schermbediening zal wat dat betreft nog wel even op zich laten wachten voordat het bij het grote publiek doordringt. Maar waar wordt nu mee geëxperimenteerd? Wat gebeurt er nu in de laboratoria? Men is in ieder geval op zoek naar gevoel op je scherm. Een scherm waarbij je tastzin geprikkeld wordt zodat je weet waar je zit en wat je doet. Als je een schijf draait, draai je ook voor je gevoel een schijf rond. Als je ergens een on-screen schakelaar omhaalt, voel je verschil en als je een scroll bar naar beneden trekt, krijg je hier terugkoppeling van. En alle mogelijkheden die nog niet bedacht zijn natuurlijk.

De University of British Columbia presenteerde onlangs een prototype van een systeem waarbij gebruik gemaakt wordt van hoog-frequente trillingen om zo een dunne laag lucht tussen het glas en de vingers te creeëren. De vinger glijdt makkelijk over de laag lucht en als de vibraties even stoppen, raakt de vinger het glas weer meer aan. Dit laatste voelt dan als ‘plakkerig’ of ‘stroef’. Door de trillingsfrequenties te varieëren, voelen verschillende stukken van het scherm anders aan.

Er zijn wel meer schermen op de markt die trillen bij het aanraken van een knop, maar deze trillen maar op een manier. Dit apparaat wordt een ’tactile pattern display’ (T-PaD) genoemd en is bedoeld om meer te doen dan alleen maar een trilling of een klik aangeven. Het doel is fysieke interactie te simuleren alsof je in de echte wereld bent.

De T-PaD gebruikt piëzo-elektrische schijven die op de glasplaat vastzitten. Als er een stroompje door de schijven gestuurd wordt, vibreren ze met 26 kilohertz en worden de trillingen door het glas gestuurd. Lasers volgen de beweging van de vinger om te weten waar op het scherm de vinger zich bevindt.

Uiteraard is het prototype nog verre van bruikbaar voor de eindgebruiker: het apparaat is log en gebruikt nog veel energie. Er gebeurt alleen maar iets als de vinger beweegt en op het scherm tikken doet ook niks speciaals. Uiteindelijk is het goed mogelijk dat dergelijke systemen in alledaagse artikelen worden geïntegreerd, maar het zal nog wel even duren.

Bron: paper Department of Computer Sciences, University of British Columbia
Technologyreview.com

Touchscreens van koolstofnanobuisjes?

Touchscreens hebben al een lange weg afgelgd sinds de jaren ’70. In eerste instantie werd het prototype van het resistieve scherm ontwikkeld, maar het duurde lang voordat dit type scherm ook echt in gebruik genomen werd. De eerste commerciële schermen hadden infrarood LED-jes in de zijranden zitten om de plaats te bepalen. Deze schermen werden (worden) vooral gebruikt op plaatsen waar een toetsenbord of muis onhandig was, bijvoorbeeld in de (zware) industrie, achter de kassa of de kaartjesautomaat voor de trein.
224607

De restitieve schermen zie je veel bij handheld devices en werken door twee lagen die elkaar net niet raken, op elkaar te drukken. Voor dit soort schermen zijn er twee technieken: Wire Resistive en de Digital Matrix. De 5-Wire Resistive techniek werd als eerste bedacht. Hierbij bestaat de onderste laag uit vier punten die spanning afvoeren en de bovenste laag is de spanningsbron. Als er dan op de bovenste laag gedrukt wordt, kan er door spanningsverschil tussen de vier punten op de bodem berekend worden waar het drukpunt zich bevindt. De Digital Matrix techniek is preciezer. Er wordt een raster in de onder- en bovenlaag ge-etst. De verschillende kolommen en rijen worden dan apart verbonden.

Het capacitieve scherm is op dit moment de populairste consumentenuitvoering en zit voornamelijk in telefoons (ja, en iPads, Slates, etc.). Het werkt namelijk heel goed met vingers en andere organische materialen. Dit komt doordat je vinger een beetje van de spanning wegvoert. Hierdoor treed er verandering van de capaciteit op en kan de plaats bepaald worden. (zie ook uitleg bij de NWQ Junior van 2009, vanaf 15:00 minuten :) ) Groot bijkomend voordeel is ook dat de schermen erg goed werken voor multitouchtoepassingen.
224608
Alleen, hoe kan het dat die ‘glazen’ plaatjes toch iets doen met elektriciteit? Glas is toch een isolator? Of zitten er allemaal superdunne metalen draadjes in de schermen verwerkt? Nee, op de schermen zit een film van metaal. Om precies te zijn van het metallische mengsel indium-tin-oxide, ofwel ITO. De bijzondere eigenschap van dit materiaal is dat het geen fotonen opneemt, waardoor het licht doorlaat. Normale metalen nemen vrijwel alle fotonen op doordat er veel vrije elektronen in metalen zitten die aangeslagen worden door de fotonen. Electroden van ITO zitten bijvoorbeeld ook in de pixels van LCD-panelen en in zonnecellen.

Je voelt al nattigheid: indium, ooit van gehoord? De kans is groot van niet. Waar komt het dan vandaan? Indium is een bijproduct van tin-, lood-, ijzer- en koperwinning. Het is moeilijk ‘los’ te maken uit het afval wat ontstaat bij de verwerking van de ertsen en wordt daarom vaak ook helemaal niet gewonnen. De huidige productie is zo klein dat met de bekende winbare volumes we nog hooguit zo’n tien jaar voort kunnen.*
224609
Nu wordt er naarstig gezocht naar alternatieven, waarbij de meeste alternatieven toch nog gebruik maken van (mogelijk) schaarse metalen of combinaties daarvan. Toch is er een element dat niet over het hoofd gezien mag worden: Koolstof. het tot buisjes gevormde molecuul kan op nanoschaal heel veel interessante eigenschappen hebben waarmee sinds de ontdekking van de koolstofnanobuisjes (ofwel Carbon Nanotubes, CNT’s) in 1991 nog steeds nieuwe vindingen gedaan worden.

Onlangs presenteerde een Taiwanees bedrijf drie verschillende touchscreens van CNT’s, waarbij een van de oplossingen nog steeds ITO’s nodig heeft. De eerste oplossing is een restitief CNT-scherm. De tweede methode is een hybride oplossing met een CNT en ITO laag en de derde manier is een capacitief CNT-scherm. Alle methoden bieden multitouchmogelijkheden.
224610
Het eerste en laatste scherm bieden ‘slechts’ ondersteuning voor 2 vingerige invoer, terwijl het CNT/ITO scherm maximaal vijf punten kan detecteren, Al met al is een zogenaamd ‘ITO-loze’ oplossing nog niet zaligmakend. Maar dat de metaalloze koolstofoplossing de meest duurzame is, staat volgens mij wel vast.

Bron: New Scientist (NL-vertaling), Tech-On!Wikipedia en Trinity College

* Er is nogal tegenstrijdige informatie te vinden op Internet met betrekking tot de winning van indium. Beweringen dat Canada momenteel de grootste producent van het goedje is, omdat Chinese fabrieken de moeite niet nemen het te winnen. Aan de andere kant zal China wel het meeste hebben, maar het blijkbaar niet produceren… Daarnaast zou er wereldwijd relatief meer indium zijn dan zilver, maar toch veel lastiger winbaar, waardoor het dus duurder is