Помоги проекту - поделись книгой:
Компьютерра
09.04.2012 - 15.04.2012
Статьи
Отзывчивые экраны: гаптические технологии в дисплеях
Один из самых больших, но совершенно не очевидных на первый взгляд недостатков сенсорных экранов — отсутствие обратной связи: дисплеи никак не реагируют на касание или нажатие, оставаясь плоскими и безжизненными. Между тем осязание — одно из важнейших чувств.
Человек способен на ощупь различать фактуру поверхности, давление на кожу, вибрации различной частоты и характера, температуру и влажность и, наконец, физические размеры объекта. Всего этого многообразия ощущений мы лишаемся, сталкиваясь с подавляющим большинством современных сенсорных экранов: нарисованные кнопки «нажимаются» лишь виртуально — эту иллюзию создают меняющиеся картинки. Но на самом деле наши пальцы просто упираются в твёрдое гладкое стекло экрана, и практически всем знаком лёгкий дискомфорт, связанный с этим ощущением, которое в корне противоречит тому, что видят глаза.
Существуют разные способы привить «отзывчивость» сенсорному экрану. Такие технологии называются гаптическими — от греческого слова hapticos, означающего «осязательный». О некоторых из них и пойдёт речь в этой статье.
Cамая простая и доступная технология, способная имитировать обратную связь при нажатии на сенсорный экран, — вибрационная. В любом мобильном телефоне есть так называемый «виброзвонок», представляющий собой микроэлектродвигатель, заставляющий корпус аппарата вибрировать. Можно установить источники вибрации под разными участками экрана, и тогда при касании дисплея в разных местах пальцы будут ощущать вибрацию на этих участках.
Подобный подход применяется уже довольно давно, причём практически монопольное положение на рынке занимает компания Immersion, продвигающая систему TouchSense. В зависимости от размера и назначения сенсорного экрана используются разные реализации этой технологии. В больших дисплеях (например, в информационных киосках и платёжных терминалах) устанавливаются виброприводы, а в планшетах и смартфонах — миниатюрные пьезоэлементы. На сайте Immersion доступны средства разработки программного обеспечения, предназначенного для тех или иных устройств, а также рассчитанные на различное ПО. Фирменная среда разработки MOTIV Development Platform позволяет автоматизировать создание «отзывчивых» приложений для электроники под управлением операционной системы Android.
Виброприводы или пьезоэлементы в TouchSense устанавливаются непосредственно под экран, но их число ограничено как физическими свойствами экрана, так и размерами самих виброэлементов. В результате имитация обратной связи получается весьма приблизительной. В частности, невозможно ощутить чёткие границы того или иного элемента, выводимого на экран.
Одно из «лобовых» решений проблемы — подложить под экран целый массив миниатюрных пьезоэлементов, как предлагают в швейцарском Политехническом институте Лозанны (EPFL). Амплитуда колебаний микропьезоэлементов составляет лишь около микрона, поэтому при касании экрана пользователь ощущает не их, а тончайшую прослойку воздуха между пальцем и поверхностью дисплея. В результате создаётся стойкая иллюзия, что твёрдый экран представляет собой рельефный объект с различными выделенными объёмными зонами.
В Apple подошли к решению этой проблемы с другой стороны: в одном из патентов, который компания получила в 2012 году, описывается технология имитации нажатия механических кнопок на экране планшета или смартфона при помощи программируемых магнитов и жидких ферромагнетиков. Прикосновение к дисплею в определённом месте активирует соответствующие магниты, притягивающие магнитную жидкость, в результате чего создаётся иллюзия нажатия механической кнопки. Очевидно, что для реализации такого подхода необходим некий мягкий слой с ферромагнетиками, установленный поверх экрана, что никак не сочетается с привычными жидкокристаллическими экранами, защищёнными твёрдым стеклом.
Инженеры стартапа Tactus Technology из Кремниевой долины предлагают свой вариант создания физического объёма на плоском экране. Их дисплей представляет собой многослойный «сэндвич» с жидкой прослойкой между двумя чувствительными слоями, при этом верхний слой экрана — гибкий и эластичный. При помощи микровентилей жидкость перекачивается в нужные места и формирует приподнятые над общим уровнем вполне осязаемые кнопки или другие органы управления.
Похожую схему успешно демонстрируют в действии учёные из Университета Карнеги Меллона, только в их «бутерброде» вместо жидкости используется воздух. На экран с изображением элементов интерфейса натягивается эластичная мембрана, под которую закачивается (или откачивается) воздух, в результате чего верхняя панель дисплея становится рельефной.
Пожалуй, самую интересную и оригинальную технологию гаптических экранов представляет финская компания Senseg. Неслучайно американский журнал Time назвал новую разработку одним из самых перспективных изобретений 2011 года.
Здесь нет ни надувных кнопок, ни вибрирующих участков. Эта система обратной связи, получившая название E-Sense Feel Screen, вообще не предполагает никакой механической реакции на прикосновения. Более того, в Feel Screen вовсе не задействованы естественные рецепторы кожи, ответственные за осязание.
Секрет — в физике, точнее, в электростатике. Согласно закону Кулона, модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. Если сформулировать иначе, то из этого закона следует, что два точечных заряда будут тем больше притягиваться друг к другу, чем сильнее будут эти заряды и чем меньше будет расстояние между ними.
Именно на этом принципе основана технология E-Sense Feel Screen. Под сенсорным дисплеем устанавливается массив электродов, управляемых специальным контроллером. Каждый такой электрод был назван тактильным пикселем или, если кратко, тикселем. Управляя силой заряда на тех или иных тикселях, можно имитировать различные текстуры поверхности. Когда электроды взаимодействуют с зарядами в пальцах, они создают сопротивление движению пальцев по экрану в нужных местах либо, наоборот, максимально облегчают скольжение.
В результате длительных исследований и экспериментов удалось добиться не только имитации самых разнообразных текстур на абсолютно плоском и гладком экране, но и создания иллюзии физических границ кнопок и других виртуальных органов управления, включая мнимые вогнутости и выпуклости. Впечатление от физических ощущений значительно усиливается с помощью визуализации объёмных поверхностей и звукового сопровождения, и это считается неотъемлемой частью технологии.
Чтобы превратить обычный сенсорный экран в гаптический, достаточно поменять тачскрин на фирменную панель Senseg Tixel Coating Touch Screen и установить контроллер этой панели. Уже доступны программные интерфейсы для самых популярных платформ, среди которых Google Android, Apple iOS, Microsoft Windows и Linux.
Пока что Senseg демонстрирует лишь прототипы своих «отзывчивых» экранов, но, по словам представителей компании, нет никаких препятствий к немедленному развёртыванию серийного выпуска Feel Screen, а лицензии на новую технологию могут при желании приобрести все серьёзные производители.
Многообразие гаптических технологий говорит о том, что сенсорные экраны с обратной связью — это то, чего действительно не хватает современным смартфонам, планшетам, уличным терминалам и вообще любым устройствам с тачскринами. Природу обмануть невозможно, и именно из-за отсутствия ожидаемой физической реакции так неудобно быстро печатать на виртуальных клавиатурах планшетов или набирать цифры на экране платёжного терминала. Судя по всему, этот факт уже осознали многие производители, так что вполне возможно, что уже в ближайшем будущем «отзывчивые» экраны станут такими же привычными, как и обычные сенсорные дисплеи.
Интервью
Крис Каспрзак (Siemens PLM Software) о PLM
- Расскажите, пожалуйста, что такое PLM.
- Аббревиатура PLM расшифровывается как Product Lifecycle Management, или «управление жизненным циклом продукта». Это система, которая позволяет полностью контролировать все этапы «жизни» продукта, от идеи для проектирования до вывода из эксплуатации.
- Какие разработки в этой области предлагает Siemens PLM Software?
- Наши продукты можно разделить на две большие категории. Прежде всего, это решения для крупных промышленных предприятий, имеющих сложную производственную структуру. Сюда относятся такие решения, как пакет NX с набором приложений CAD (cистема автоматизированного проектирования), CAM (система автоматизированной подготовки производства), CAE (инженерного анализа); система управления данными Teamcenter и комплексный пакет решений для цифрового производства Tecnomatix. Ко второй категории можно отнести линейку продуктов для инженерных и конструкторских компаний сегмента, который мы обозначаем как Mainstream, – компаний, чья деятельность требует преднастроенных, «коробочных» программных решений. Линейка программных продуктов для сегмента Mainstream Engineering включает систему автоматизированного проектирования (СAD) Solid Edge, инструмент инженерного анализа (CAE) Femap, преднастроенное решение для управления данными (PDM) Teamcenter Express и cистему автоматизированной подготовки производства (CAM) Сam Express. Эти решения в совокупности охватывают все этапы управления жизненным циклом изделия.
- Какое значение имеет российский рынок для Siemens PLM Software?
- Россия — это больщой и крайне важный рынок для Siemens PLM Software. Наш бизнес в этой стране стремительно развивается. В своей работе мы стараемся учитывать национальную специфику и потребности именно российской целевой аудитории. В частности, Solid Edge ST4 включает ряд новшеств, призванных сделать продукт более адекватным российским стандартам. Среди крупнейших пользователей Solid Edge на российском рынке можно назвать ОАО НПО «Искра», ОАО «Тяжпромарматура», концерн «Тракторные заводы» и несколько других предприятий.
- Есть ли у вас в России собственные разработчики Solid Edge?
- Нет, российский офис отвечает за продажи ПО, оказывает техническую и консультационную поддержку наших российских заказчиков. Само программное обеспечение в России не разрабатывается.
- Есть ли планы по организации разработки в России?
- В настоящее время нет. У нас есть два крупных центра разработок в Америке и Индии. Ещё один центр находится в Китае.
- Какие продукты являются конкурентами Solid Edge в России?
- Наши главные конкуренты – это SolidWorks и Autodesk Inventor. Autodesk – это довольно крупная компания; мы конкурируем с ней только в узком сегменте, где наши интересы пересекаются. А вот, например, в сфере строительства, на долю которой, как известно, приходится значительная часть бизнеса компании в России, мы не работаем, поэтому говорить о прямой конкуренции здесь не совсем корректно.
- Компания SolidWorks долгие годы использовала геометрическое ядро Parasolid и недавно заявила о его замене в своей САПР-системе. В связи с этим вопрос: что из себя представляет это ядро, и какие последствия это решение будет иметь для всех?
- Геометрическое ядро – это основа любого CAD, CAM, CAE или AEC программного продукта. Многие вендоры приобретают лицензии на ядро Parasolid, поскольку его использование даёт стабильную и надёжную основу для разработки собственных решений. При замене ядра CAD-системы возникает необходимость переноса всех данных (в частности, данных по 3D-моделям models) в новую систему. Это непростая задача, потому что далеко не все данные переносятся автоматически, и частично конвертацию приходится производить вручную. Чем больше данных накоплено на момент замены ядра, тем сложнее переход.
- Каковы будут последствия замены ядра для клиентов SolidWorks и для Siemens PLM Software?
- Как я уже сказал, при любом переходе на новое ядро требуется перенос данных, при этом необходимо тщательно следить за сохранением качества данных, полученных в результате переноса. Для большинства производственных компаний конструкторские данные – это ключевой компонент идентификации продукции, поэтому перед ними стоит задача их сохранения и защиты любой ценой. Пользователи всех CAD-cистем имеют право знать о стратегиях своего поставщика ПО по вопросам геометрического ядра, чтобы учитывать возможные риски. В их интересах связываться с поставщиком и узнавать факты.
- Как переход SW на новое ядро повлияет на распределение сил на рынке?
- Интересна реакция пользователей на замену ядра. Они будут принимать решения в зависимости от того, изменятся ли показатели производительности программного обеспечения и на основании оценки собственных рисков. Наша CAD-система Solid Edge основана на ядре Parasolid – ведущем ядре геометрического моделирования, признанном отраслевым стандартом для автоматизированного проектирования, производства и инженерного анализа (CAD/CAM/CAE), а также архитектурно-строительного проектирования (АЕС). Мы постоянно инвестируем в развитие Parasolid и не планируем переходить на другое ядро.
- Сотрудничаете ли вы с российскими ВУЗами?
- Академическая программа GO PLM активно действует в России уже несколько лет. В рамках этой программы регулярно проводятся конференции для преподавателей учебных заведений с целью обмена опытом и общения со специалистами. Например, в декабре в Москве прошла большая конференция для преподавателей, куда были приглашены представители ведущих российских вузов. В конференции приняли участие более двухсот преподавателей из 75 вузов. Мы активно сотрудничаем с этими учебными заведениями и предоставляем им наше программное обеспечение. Для углубления инженерного образования и мотивирования студентов к реализации их научного и творческого потенциала был объявлен локальный конкурс среди студентов на разработку изделий с использованием нашего программного обеспечения.
Мы также уделяем большое внимание разработке обучающей литературы. Так, например, два года назад была выпущена книга на русском языке, написанная российским техническим специалистом по Solid Edge. В планах выпуск и других книг по новым версиям программных продуктов. В настоящий момент мы занимаемся подготовкой материалов по Solid Edge для средних учебных заведений (колледжей).
- Есть ли у вас какие-либо специализированные программы для распространения продуктов Siemens PLM Software в ВУЗах?
- Насколько мне известно, мы являемся единственной PLM-компанией, которая предлагает студентам бесплатно скачать студенческую лицензию со своего веб-сайта (СAD-cистему Solid Edge). Эта программа позволяет студентам скачать продукт с годовой возобновляемой лицензией. Причём данная версия является полнофункциональной: учащиеся получают те же возможности, что и наши коммерческие заказчики.
- Какие преимущества есть у последней версии Solid Edge ST4 по сравнению с предыдущей?
- Прежде всего, ST4 предлагает ряд новшеств в плане использования синхронной технологии, в том числе применительно к процессу проектирования станков и оборудования. С помощью новой версии ST4 эта работа может выполняться гораздо быстрее и проще. Есть и ряд других нововведений. Улучшенные возможности совместной работы в среде различных САПР теперь позволяют конструкторам более эффективно взаимодействовать с клиентами и поставщиками. Появились новые возможности моделирования деталей из листового металла для лёгкого анализа и оптимизации конструкции изделий. Чертёжная среда мирового уровня, обеспечивающая поддержку российских стандартов ЕСКД, позволяет сократить время создания чертежей и снизить затраты на проектирование.
Колумнисты
Василий Щепетнёв: Электрозависимость
Есть люди, понимающие природу электричества. Есть люди, воображающие, будто понимают природу электричества. И есть все остальные, для которых электричество – данность, не требующая глубинного осмысления, доступная и относительно недорогая. Магия для народа. Без этой магии сегодня никуда.
На днях магия от меня отвернулась. Вернулся с прогулки, а в подъезде тьма. И в квартире тоже. Отсутствие электричества для нашего дома – штука если не повседневная, то достаточно регулярная. То на час отключат, то на два. Не каждый день, порой даже месяц не отключают. А порой – три раза в неделю. Причина отключений, по слухам, не сколько техническая, сколько экономическая: управляющая компания позабывает перечислять плату энергетикам. Те и напоминают: мол, электричество не тараканы, не само в розетках заводится.
Но намедни и час прошёл, и другой, и пятый. Дом погружался во мрак, более того – в холод. Отапливают дом газом, но котельная в отсутствие электричества не работает.
Позвонил энергетикам. Оказывается, авария. Чинят. Скоро всё наладится.
И я стал ждать.
Счёт за электричество, что пришёл давеча, украшен стихами (особенности оригинала сохранены):
Говорит хозяйка мужу
Много платим мы за свет.
Сберегательные лампы –
Вот что сохранит бюджет!
Так, давайте же, друзья,
Возьмёмся очень дружно!
Электричество беречь
И экономить нужно!
Когда посторонние люди, будь то хоть энергосбытовая компания, хоть сам президент, беспокоятся о моём бюджете, хочется спрятаться в шкаф или под стол. Боюсь, не поздоровится мне от подобной заботы. Кстати, за год большая часть чудесных ламп, которые я, не удержавшись, купил, испустили дух. Некоторые буквально, заполнив комнаты противным химическим запахом. Убыток превзошёл экономию втрое, и я вернулся к лампам накаливания, перемаркированным со ста ватт на девяносто пять. Оттого и экономят иначе, путём отключения.
Зачем экономят? В чём причина? А ведь неладно с электроэнергией в отдельно взятой стране. Днепрогэс, Братская ГЭС и прочие Источники Силы становятся легендами, как Сфинкс или пирамиды Гизы. Если сравнить прирост мощностей электроэнергетики за последнее десятилетие с любым десятилетием правления большевиков, получим удивительную картину, пусть и состоящую всего из пары кривых. Нас явно готовят к освобождению от электрозависимости, как в восьмидесятые годы освобождали от водки и вина путём вырубки крымских виноградников.
Жить в доме, из которого исчезла магия, трудно и скучно. Всё, что составляет предмет работы ли, жизнеобеспечения, общения или же досуга, без электричества замирает. Холодильник не морозит, телевизор не внушает, компьютер не жужжит. Штопор, и тот бастует. Как я, оказывается, зависим от электричества! Разогреть борщ не могу, разве что содержимое холодильника согреется просто вследствие законов термодинамики. Но согреется ли, если отопления нет? До июля, когда комнаты раскаляются запредельно, ещё дожить нужно.
А получится? Получится дожить до июля, если электричество будет отсутствовать? Не в одном доме, а в масштабах города или отдельно взятой страны? Пока не поздно, не вернуться ли в деревню, где есть колодец, печка, огород и выгребная яма?
Век назад электрификация не во все губернские города добралась, о городах уездных и не говорю. В быту, да и на производстве, электричество использовали преимущественно для освещения. Станки двигал пар — именно он превращал Россию из аграрной страны в страну индустриальную. Исчезни электричество, и в богатых домах начала двадцатого века стало бы немного темнее, только и всего. Кое-где прекратили бы свой бег немногочисленные электрические трамваи. То есть сто лет назад никаких страданий девяноста пяти процентам населения аграрно-индустриальной страны отсутствие электричества не причинило бы.
Сегодня другое. Сегодня общество наше совсем не аграрное: мясо из Бразилии получаем, солёные огурцы из Вьетнама, цветы из Голландии, какое уж тут аграрное общество. Индустриальным назвать тоже трудно: промтовары, от пуговиц до авиалайнеров, опять импортные. Наше общество информационное, а информационное общество питается именно электричеством. Исчезнет электричество – исчезнет и информационное общество. Вероятно, отступит назад, в общество индустриальное. Или аграрно-индустриальное.
Но с чего это, собственно, исчезнет электричество?
В повести «Чёрный Столб» Евгения Войскунского и Исая Лукодьянова (от тысяча девятьсот шестьдесят третьего года) случилось Великое Замыкание. Недра планеты соединил с ионосферой Чёрный Столб — объект, появившийся в результате работы конторы глубинного бурения. Исчезло магнитное поле, размагнитились постоянные магниты, и турбины электростанций, равно как и магнето, перестали вырабатывать электрический ток. Автомобили уснули, провода обесточились. Впрочем, мир не пропал, но ведь Войскунский и Лукодьянов описывали индустриальное общество, которое просто вернулось к пару (в финале повести Чёрный Столб подорвали ядерным зарядом).
Паровая машина будет двигать станки, колёса и пропеллеры дирижаблей, согласен.
Но представить себе паровой компьютер? Сложный механизм, приводимый в движение энергией кипящей воды? И это, конечно, можно, «Зет-один» на пару, но в информационное общество с таким реликтом не пойдёшь. Ладно, «Чёрный Столб» – фантастика. Однако министерство обороны для личного состава рекомендует не электронные, а механические часы. Электронные в условиях войны ненадёжны: электромагнитный импульс или другие способы электронного подавления могут вывести из строя и часы, и многое другое. Выдвигаться к рубежу атаки назначено на девять ноль-ноль, а у кого узнать, который час, если электронные часы вышли из строя?
"Командирские" надёжнее! Если, конечно, они у вас есть, поскольку с производством хороших недорогих механических часов у отечественных часовых заводов трудности. Интересно, как с логарифмическими линейками обстоит дело? Формально их не производят, но вдруг… для нужд вооружённых сил… тайно, на подземном заводе… трудом осуждённых к пожизненному заключению? Сбросят на нас бомбу, а мы в ответ достанем логарифмические линейки и всех врагов посчитаем!
Не буду настаивать, электромагнитный импульс и прочие приметы Новой Мировой войны тоже отложим. Шансы, что её, Новой Мировой, удастся избежать в ближайшие три-четыре года, довольно велики (а вот за десятилетие не поручусь).
Но велика и вероятность электротерроризма. Совсем не обязательно атаковать электростанции. Знающие люди утверждают, что достаточно вывести из строя некие узлы, о которых подробно писать не стоит во избежание разглашения государственной тайны, и вся электросеть, от Москвы до самых до окраин, повалится, как валятся замысловатые фигуры из костяшек домино. Потом её, сеть, восстановят, но времени уйдёт немало: менеджеров восстанавливать не пошлёшь, получится хуже террористов, а квалифицированных инженеров не так и много. Если какая-нибудь «Полярная Аль-Каида» будет наносить за ударом удар, жизнь в стране станет невыносимой. Однако и тут не безнадёжно: соответствующие службы способны предотвратить диверсии. Ничего у диверсантов не выйдет. Ну, разок-другой только.
Скорее случится иное: для ликвидации антиконституционных выступлений, переходящих в революцию, отключать электроэнергию в массовом порядке станет власть. Хлоп – и массы отсечены от радио, интернета и прочих орудий враждебных сил. Без электричества современный человек глух, слеп и нем. Естественные слух, зрение и речь вернутся, но далеко не сразу. И не ко всем. Котёл остынет сам собой, обывателю не до свержения правительства, если в холодильнике тухнут продукты. Он их, продукты, постарается утилизовать, а брать Зимний повременит. Особо буйные пойдут грабить и поджигать то, что беззащитно, но для правительства любой страны, расположенной между северным и южным полюсом, такой исход бунта приемлем.
Приглядываюсь к рекламным плакатам, призывающим установить автономные генераторы. Надёжно и удобно – не зависеть от электросети. Они поворачивают рубильник, в ответ нажимаешь кнопку пуска. Останавливает то, что в городской многоэтажке шумный чадящий агрегат как-то не очень удобен. Да и на одной заправке в пятнадцать литров проработает двухкиловаттный генератор едва ли сутки.
Главное же – бензин и дизтопливо исчезнут вместе с электроэнергией. Даже раньше.
Хорошо бы снизить зависимость от электричества. Купить обыкновенный штопор. Завести чайник со свистком. Вместо пылесоса взять веник, оно и дешевле. Возле дома посадить деревья, чтобы они тенью прикрывали жилище от июльского жара. Есть борщ не из холодильника, а обедать в ресторанчике. Играть не на «PlayChess», а в шахматном клубе. Вместо того чтобы смотреть телевизор, слетать на Камчатку.
Я сидел и ручкой писал в тетрадь, писал неразборчиво, пальцы протестовали, но я терпел.
Не знаю, до каких пределов дошло бы опрощение, но тут загорелся свет, заурчал холодильник, и потому я решил, что новую, независимую от электричества жизнь начну завтра, а сегодня включу компьютер в последний раз.
Кафедра Ваннаха: Забыть Макнамару?
Поделиться книгой: