无孔不入的新型智能触控板

无孔不入的新型智能触控板

罗森伯格的智能触控面板是将两张准备好的薄片叠放在一起，让涂有聚合物油墨的侧面朝内面对面，调整位置，使导线形成一个网格。在塑料片边缘，每隔五条金属线伸出一根，其余截断，将这些伸出的导线通过接线端连接到一个硬质电路板上，从而帮助软件推断接触来自于什么位置。

　　越来越多的智能手机和MP3播放器开始使用触控屏界面，人们已经逐渐习惯于用他们手指头的敲敲碰碰来摆弄这些小玩意儿。再随着苹果iPhone的出现，多点触摸开始让人们对触控的未来抱有更浓厚的兴趣。在曼哈顿下城一栋建筑的11层里，纽约大学的研究员伊利亚·罗森伯格和肯·培林正在开发更加先进的界面。这是一种能够精确感应压力的薄垫，无论这压力是来自于手指还是其它的一些东西，比如脚、触控笔、鼓槌。并且它可以同时识别多重输入。

　　更为关键的是，只要市场有需求，其成本优势将加速商业化进程。

　　压敏垫板技术新突破

　　首先冒出这个想法的是罗森伯格，一位纽约大学的研究生，几年前他在工作中用到一种叫做力感电阻(force-sensingresistor)油墨的导电聚合物(conductivepolymer)，它常常被用于电子音乐键盘的制作。其原理是，当压力施加于该油墨上时，它的分子会出现一定程度上的重定向，从而影响易于测量的电阻值。

　　罗森伯格起初使用这种油墨，是为了创造一种可以植入在网球场边界下面的感应器，它能自动判断出界球，但是他想知道这种油墨是否可以成为一款优秀的计算机多重触控界面的基底。于是他开始与纽约大学媒体研究实验室的培林教授合作，旨在造出取代电脑鼠标的压敏触控板。

　　压敏垫板技术已经存在很长时间了，但是大部分局限于简单的应用范围，像感应被占用的车辆座椅。诸如使用触控笔输入数据的Palm Pilot掌上电脑之类的设备，一般通过测量物体敲打屏幕时产生的电阻变化，来探测接触。但是这些屏幕一次只能记录一个接触。

　　同时，智能手机触控屏使用的是监测电容变化的传感器，就是材料储存电荷的能力;电容随着含水物体(包括手指)在屏幕上移动而发生改变。此类屏幕可以感应多重的接触，但是不能检测压力。

　　相比之下，罗森伯格和培林的触控垫板集中了所有这些技术的优点。它可以同时记录几个接触的压力值和位置，尺寸也随意变化，小如吊坠，大似书桌，而且即简单又便宜。

　　触控面积不会带来成本激增

　　为了制造出压敏触控垫板，罗森伯格以几张仅比纸厚一点点的塑料片为起点。他使用特别的程序，设计将要印在每一张塑料片上的线路图样，并根据设备的预期用途对样式进行裁剪。

　　这些铺设在塑料上的线条都是金属制的，用于导电;然后在塑料片上涂上一层平坦的黑色压敏油墨。量产后，印制好的塑料每平米的成本约100美元，但是由于现在这些信纸大小的样品是一次性的，所以每一张也是100美元。

　罗森伯格将两张准备好的薄片叠放在一起，让涂有聚合物油墨的侧面朝内面对面，调整位置，使导线形成一个网格。然后他用双面胶将这两片粘在一起。在塑料片边缘，每隔五条金属线伸出一根，其余截断，将这些伸出的导线通过接线端连接到一个硬质电路板上。尽管其余的金属线没有与电导通，但是它们依然影响活动线路的电性特征，从而帮助软件推断接触来自于什么位置。

　　电路板本身就包含着一块被编程用于扫描感应垫板的微晶片，快速以次向每个活动线路提供电力。晶片也把压力数据从连续的模拟信号转换为计算机可以识别的数字格式。最后，它把这些数据压缩，通过USB接口或(用于音乐用途的)MIDI接口向电脑传输。

　　计算机软件计算出物体与垫板接触的位置和它们施加的压力数值。如果一个物体触碰在两个导线之间的区域内，那里就会出现一股强电流;但是距离接触的交叉点越远，由于油墨的电阻率，电流就会越弱。样品垫板的分辨率足以精确地感应手指和掌上电脑的触控笔输入。对于一次接触，它可以记录从5克到5000克的压力，误差幅度为2.5%——— 这个压力的范围足够辨识触控笔的一次轻微点击或电子鼓的一次敲打。培林说，由于只有很少的线路需要供电，所以更大版本的垫板不用太复杂或过多花费，也可以达到相同的灵敏度。

　　市场出路在哪里

　　从实际商用化的角度来看，现在这种产品的样品是不透明的黑色，这意味着并不适合做手机和其他电子产品的触控式屏幕。但是培林说，如此精确而便宜的压敏界面仍然具有很多潜在的用途。

　　例如，罗森伯格和培林已经与其他人合作进行一些医学和科学应用的研究。“垫板可以加到鞋底，监测步态;或者加到病床上，提醒护士某个病人已经躺了很长时间，可能会引起褥疮。”培林还表示，该垫板甚至灵敏到能够测量水和空气压力波的地步;这可以引发更好的流体动力学模型出现，帮助设计飞机和舰船。

　　现在，研究人员们大都采用独立传感器阵列(array of individual sensors)来收集上述数据，但是检测区域太大时，成本十分昂贵。

　　事实上在集思广益下，这项科技也可用于电子设备的多重触控界面。

　　德国HassoPlattner学院的研究员帕特里克·博迪斯科(PatrickBaudisch)将该垫板集成到一个小型游戏机的背面，有效地增加了一项人体工程学的触控输入方式：用户玩游戏时就不会被自己的手指阻挡住屏幕。并且罗森伯格相信，使用一种不同的压敏油墨和更细的金属丝，他和他的同事就可以造出透明的传感器，适合手机和掌上电脑的触控屏。

　　“罗森伯格和培林的触控垫板比其它的电阻感应设备要更加敏锐。”微软研发Surface(一款市面上有售的多重触控平面电脑)的安迪·威尔逊(AndyWilson)认为，许多应用注重有趣地使用压力传感器。但他又补充道，这项科技依然处于早期阶段，并且很难说它要比现在的触控界面便宜多少。

　　此后不久，罗森伯格和培林已经开办了一家名为Touchco的新创公司，负责这项科技的授权，并向有意将它应用到诸如手机和电子阅读器之类设备的公司提供设计支持。该公司的工程师们正在开发其他的用途———比如第一个电子手鼓，如果没有这么高分辨能力的传感器是做不出来的。

　　最终，这些轻薄而不显眼的触控板可能将在无形中嵌入到任意一个物体表面上，开启一个多重触控交互的新领域。

　　压敏垫板的制造过程

　　1 罗森伯格的手中是一张已经印上细金属线的塑料片。这帮研究员设计出上面的版式，并依照该样式使用电子设备进行印制。

　　2 一层黑色的压敏性油墨被涂在导线的上面。罗森伯格将两张塑料排在一起，油墨朝内，然后用双面胶将它们粘在一起就制成了垫板。

　　3 导线一直延伸到垫板的边缘，然后连接至一块特别设计的电路板。它负责收集压力数据并通过USB接口传送给计算机。

　　4 塑料片可以制成各种形状和大小：信用卡大小的可以被用于小型手持电子设备，而圆形的垫板被设计用来制作电子鼓。

　　5 罗森伯格将手指按在一张制作完成的垫板上;计算机软件解译出受力的范围，并在屏幕上显示出来。指尖中心处的强大压力显示为红色，周围较小的压力为蓝色。

　　6 该团队已经研发出压敏垫板的数种应用，包括这个演示程序，用户可以操纵一个球体，并根据手按下的压力改变球体的表面形状。