Сенсорные экраны и другие сенсорные элементы управления, от смартфонов и планшетов до умных устройств и носимой электроники, стали частью повседневной жизни. Однако многие сенсорные интерфейсы зависят от батарей, внешнего источника питания, электродов и проводки, что может увеличить стоимость и затруднить их установку в местах, где использование традиционной электроники нецелесообразно. Поэтому поиск более простого способа создания сенсорных элементов управления может открыть новые возможности для носимых устройств и развивающегося Интернета вещей (IoT).
Ученые из Технологического института Сибаура в Токио предложили простое и дешевое решение: сенсорный интерфейс, который можно сделать с помощью обычного лазерного принтера. Исследователи напечатали узоры на листе из ПВХ — обычного пластика. Когда человек проводит пальцем по этому листу, между пальцем и поверхностью возникает слабый электрический сигнал за счет природного явления — трибоэлектрического эффекта. Это то же самое, что вызывает искры, когда вы снимаете свитер. Важно, что сам лист не нуждается в батарейках, проводах или электродах. Все, что нужно, — это напечатанный узор и прикосновение пальца.
Ученые выяснили, что разные узоры по-разному реагируют на движение пальца. Например, можно определить, в каком направлении и с какой скоростью скользит палец, и это позволяет создавать простые кнопки, слайдеры и даже двоичные системы ввода, например, последовательность 1010 превращается в число 10. Интерфейс работал стабильно даже после тысячи касаний.
Секрет в том, что напечатанный тонер действует как своего рода маска: он контролирует, где палец касается пластика, а где — нет. Это влияет на форму и полярность сигнала. Меняя узор, можно менять поведение интерфейса, не создавая новое устройство.
Исследователи проверили, насколько точно система может распознавать сложные действия: с помощью машинного обучения она определила 26 букв алфавита с точностью почти 90% и различила семерых пользователей с точностью более 97%. Это происходит потому, что каждый человек по-своему двигает пальцем — по скорости, нажиму, углу.
Такая технология может использоваться в носимой электронике, например, на одежде или коже, в устройствах «Интернета вещей», в игровых контроллерах или для безопасного входа в системы, распознавая пользователя по манере касания. Главное преимущество — дешевизна и гибкость: чтобы изменить функцию, достаточно напечатать новый узор.
Ученые считают, что их подход, описанный в журнале Nano Energy, открывает путь к новому типу интерактивных поверхностей, созданных из самых простых материалов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что бесконтактные экраны от резидента Сколково тестируют в больницах.