Dotykové displeje – z mobilů na velké plochy

20. 3. 2013 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Jakub Pavlis

V poslední době se rychlostí blesku rozšiřuje technologie ještě nedávno vyhrazená pro mobilní telefony a bankomaty do oblasti PC a notebooků obzvláště. Ovšem někdy zbytečně stručný popis (více)dotykový displej nám toho o této technologii mnoho neřekne. A Microsoft na této technologii postavil celý nový operační systém a marketing kolem něj. S čím se tedy můžeme setkávat v přístrojích nové generace?

Technologie dotykových displejů není už dnes i pro nejběžnějšího uživatele ničím neznámým, minimálně u středoškolské generace tvoří „dotykáče“ kolem poloviny všech mobilů a vyzkoušet si tuhle technologii u kamaráda, dcery nebo vnučky může prakticky každý. Samozřejmě existují i dnes příznivci a odpůrci trendu, který tak geniálně zavedl do obecného povědomí Apple se svým iPhonem. A snad i u něj se inspiroval Microsoft, když se na dotykovém ovládání rozhodl založit novou generaci svého operačního systému a hlavně pak marketing kolem něj.

I když se i nástup iPhonu jeví jako poměrně vzdálená minulost (polovina roku 2007), historie dotykového ovládání v IT je podstatně starší. Teoretické práce o kapacitním ovládání uveřejnil E. A. Johnson už v roce 1965 a asi první opravdovou dotykovou obrazovku užívali v CERNu v Ženevě v roce 1973. V osmdesátých letech přišly další substituty této technologie jako světelné pero nebo infračervené rozpoznávání. V devadesátých letech se objevují dotykové obrazovky v PDA a v roce 1993 se díky spolupráci IBM a amerického telekomunikačního giganta BellSouth objevuje i první dotykový telefon založený na softwarové platformě PDA od Sharpu.

Více než historie nás ale zajímá současnost a mnohá řešení, mezi kterými mohou vybírat uživatelé dnes. Představíme si dvě hlavní řešení, která bojují o nejlepší pozici na trhu, zmíníme nově se vyvíjející technologie a nakoukneme i do řešení, která jsou dotykovo-nedotyková.

Hlavní pozici na trhu s dotykovými displeji zastávají dvě technologie – kapacitní a rezistivní neboli odporová.

Kapacitní technologie je, jak je výše uvedeno, nejstarší, nejpropracovanější a v dnešní době především díky iPhonům a Androidu, ale také fyzikálním vlastnostem, nejpoužívanější. Funguje na celkem jednoduchém principu vodivosti lidského těla. Skládá se z pevného průhledného izolantu (obvykle skla), který je potažen průhlednou vodivou vrstvou (například ITO – oxidem india). Při dotyku prstem (nebo libovolným vodivým předmětem) vzniká uzavřený obvod s určitou kapacitou. Kontroler analýzou existujících kapacit pak určuje polohu dotyku. Zajímavá je i budoucnost tohoto řešení, protože kapacita nemusí vznikat jen přes vodiče, ale i přes pole. Tzv. projekční kapacitní displej tedy vyzařuje elektrické pole do nějaké vzdálenosti od povrchu, což jednak umožňuje izolovat vodivou vrstvu od okolí a zamezit tak jejímu poškrábání, překrýt ji třeba dalším sklem a zvýšit tak její odolnost nebo dokonce pracovat s nedotykovým ovládáním (to spíše do budoucna).

Hlavní výhodou kapacitních displejů je jejich mechanická odolnost, odolnost před chybovostí způsobenou špínou nebo mastnotou, velmi jemné zaznamenávání tlaku (není třeba tlačit na displej) a vysoká světelná propustnost (nad 90%), což je důležité především pro zobrazování barev. Nevýhodou je především fakt, žel zle používat pouze vodivé předměty, takže zapomeňte na rukavice nebo na oblíbené vyťukávání písmenek nehty (tedy pokud nepoužíváte metalický lak :-D ).

Rezistivní neboli odporová technologie je o něco jednodušší na výrobu a setkáváme se s ní spíše u starších nebo levnějších řešení. Základem je opět průhledná vrstva s vodivým povrchem, na rozdíl od kapacitní technologie je zde ale druhá, pružnější vrstva, která je také pokryta vodivým materiálem, ovšem z vnitřní strany. Mezi oběma vrstvami je tedy tenká mezera, ve které se nacházejí ještě pravidelně rozmístěné izolační podpěry. Obě vrstvy jsou připojeny k vyhodnocovacímu modulu. Při dotyku se horní vrstva prohne a spojí s dolní, čímž se uzavře obvod a na základě procházejících proudů dojde k výpočtu místa dotyku.

Výhodou je zde opět odolnost, nejen vůči špíně a prachu či mastnotě, ale i vodě. Ovládat lze displej čímkoli, zejména klasický stylus může být velice přesný. U odpovídajících ovládacích prvků (zde spíše u tabletů) není problémem ruka v rukavici, což dělá z rezistivních displejů číslo jedna pro nasazení do obtížných podmínek (průmysl, extrémně odolná zařízení). Nevýhodou je především nízká průhlednost ( propustí jen kolem 80% světla) a nižší životnost pružné vrstvy (kolem 35 mil. dotyků oproti cca 300 mil. dotyků u kapacitních displejů).

Vedle těchto hlavních, vyzkoušených a díky rozsáhlé výrobě i levných technologií vznikají i nové zajímavé nápady:

Povrchová akustická vlna (SAW) je založena na snímání ultrazvukových vln, které jdou přes displej, a jejich narušení a změna amplitudy při dotyku. Výhodné je to v případě, kdy by ylo nevhodné i minimální elektrické napětí/kapacita na povrchu displeje, nevýhodou především nízká odolnost vůči mechanickým nečistotám (ultrazvuk má extrémně krátké vlny, které jsou snadno pohlcovány i miniaturními předměty – to je i důvod, proč je nejtěžší zvukově izolovat basové spektrum – má velmi dlouhé vlny, které snadno prochází i pevným materiálem).

Disperzní signál používá senzory reagující na mechanickou energii, výhodou je že jsou přímo ve skle, nedochází tedy ke snižování průhlednosti. Zvláštní vlastností je fakt, že po počátečním dotyku již nejde tento rozpoznat, pokud nedojde k dalšímu pohybu – to může být jak negativní vlastností, tak výhodou.

Rozpoznání akustického pulsu pomocí piezosnímačů snímajících tlak a vibrace (piezosnímače se používají i k elektrifikaci akustického signálu strunných hudebních nástrojů jako housle, violoncella apod.) a převádějí je na elektrický proud, který je dále vyhodnocován.

Infračervené záření naopak patří mezi velice staré technologie, vyráběly se i kity přimontovatelné na běžný CRT monitor. Princip je umístění LED s infračerveným spektrem (neviditelné pro náš zrak) kolem displeje a detektorů záření, které snímají narušení stabilního svitu. Poté projekcí na kolmé osy vypočítají místo doteku.

Oblíbená je i relativně jednoduchá metoda optického zobrazování, kdy jsou za obrazovkou zdroje infračerveného světla a v rozích obrazovky snímače, které dotyk registrují jako stín. Výpočet polohy je pak založen na triangulaci údajů z jednotlivých párů snímačů. Technologie je levná a přesná, hodí se spíše pro větší přístroje, umožnila například zlevnit interaktivní tabule.

A vedle dotykového ovládání nám vzniká ještě kategorie bezdotykového ovládání, která zatím vládne především u ovládání her (Kinect, Wii apod.), ale do budoucna může znamenat další změny v ovládání (téměř libovolné) elektroniky.