無孔不入的新型智能觸控板

羅森伯格的智能觸控面板是將兩張準(zhǔn)備好的薄片疊放在一起，讓涂有聚合物油墨的側(cè)面朝內(nèi)面對面，調(diào)整位置，使導(dǎo)線形成一個網(wǎng)格。在塑料片邊緣，每隔五條金屬線伸出一根，其余截斷，將這些伸出的導(dǎo)線通過接線端連接到一個硬質(zhì)電路板上，從而幫助軟件推斷接觸來自于什么位置。

　　越來越多的智能手機和MP3播放器開始使用觸控屏界面，人們已經(jīng)逐漸習(xí)慣于用他們手指頭的敲敲碰碰來擺弄這些小玩意兒。再隨著蘋果iPhone的出現(xiàn)，多點觸摸開始讓人們對觸控的未來抱有更濃厚的興趣。在曼哈頓下城一棟建筑的11層里，紐約大學(xué)的研究員伊利亞·羅森伯格和肯·培林正在開發(fā)更加先進的界面。這是一種能夠精確感應(yīng)壓力的薄墊，無論這壓力是來自于手指還是其它的一些東西，比如腳、觸控筆、鼓槌。并且它可以同時識別多重輸入。

　　更為關(guān)鍵的是，只要市場有需求，其成本優(yōu)勢將加速商業(yè)化進程。

　　壓敏墊板技術(shù)新突破

　　首先冒出這個想法的是羅森伯格，一位紐約大學(xué)的研究生，幾年前他在工作中用到一種叫做力感電阻(force-sensingresistor)油墨的導(dǎo)電聚合物(conductivepolymer)，它常常被用于電子音樂鍵盤的制作。其原理是，當(dāng)壓力施加于該油墨上時，它的分子會出現(xiàn)一定程度上的重定向，從而影響易于測量的電阻值。

　　羅森伯格起初使用這種油墨，是為了創(chuàng)造一種可以植入在網(wǎng)球場邊界下面的感應(yīng)器，它能自動判斷出界球，但是他想知道這種油墨是否可以成為一款優(yōu)秀的計算機多重觸控界面的基底。于是他開始與紐約大學(xué)媒體研究實驗室的培林教授合作，旨在造出取代電腦鼠標(biāo)的壓敏觸控板。

　　壓敏墊板技術(shù)已經(jīng)存在很長時間了，但是大部分局限于簡單的應(yīng)用范圍，像感應(yīng)被占用的車輛座椅。諸如使用觸控筆輸入數(shù)據(jù)的Palm Pilot掌上電腦之類的設(shè)備，一般通過測量物體敲打屏幕時產(chǎn)生的電阻變化，來探測接觸。但是這些屏幕一次只能記錄一個接觸。

　　同時，智能手機觸控屏使用的是監(jiān)測電容變化的傳感器，就是材料儲存電荷的能力;電容隨著含水物體(包括手指)在屏幕上移動而發(fā)生改變。此類屏幕可以感應(yīng)多重的接觸，但是不能檢測壓力。

　　相比之下，羅森伯格和培林的觸控墊板集中了所有這些技術(shù)的優(yōu)點。它可以同時記錄幾個接觸的壓力值和位置，尺寸也隨意變化，小如吊墜，大似書桌，而且即簡單又便宜。

　　觸控面積不會帶來成本激增

　　為了制造出壓敏觸控墊板，羅森伯格以幾張僅比紙厚一點點的塑料片為起點。他使用特別的程序，設(shè)計將要印在每一張塑料片上的線路圖樣，并根據(jù)設(shè)備的預(yù)期用途對樣式進行裁剪。

　　這些鋪設(shè)在塑料上的線條都是金屬制的，用于導(dǎo)電;然后在塑料片上涂上一層平坦的黑色壓敏油墨。量產(chǎn)后，印制好的塑料每平米的成本約100美元，但是由于現(xiàn)在這些信紙大小的樣品是一次性的，所以每一張也是100美元。

　羅森伯格將兩張準(zhǔn)備好的薄片疊放在一起，讓涂有聚合物油墨的側(cè)面朝內(nèi)面對面，調(diào)整位置，使導(dǎo)線形成一個網(wǎng)格。然后他用雙面膠將這兩片粘在一起。在塑料片邊緣，每隔五條金屬線伸出一根，其余截斷，將這些伸出的導(dǎo)線通過接線端連接到一個硬質(zhì)電路板上。盡管其余的金屬線沒有與電導(dǎo)通，但是它們依然影響活動線路的電性特征，從而幫助軟件推斷接觸來自于什么位置。

　　電路板本身就包含著一塊被編程用于掃描感應(yīng)墊板的微晶片，快速以次向每個活動線路提供電力。晶片也把壓力數(shù)據(jù)從連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的數(shù)字格式。最后，它把這些數(shù)據(jù)壓縮，通過USB接口或(用于音樂用途的)MIDI接口向電腦傳輸。

　　計算機軟件計算出物體與墊板接觸的位置和它們施加的壓力數(shù)值。如果一個物體觸碰在兩個導(dǎo)線之間的區(qū)域內(nèi)，那里就會出現(xiàn)一股強電流;但是距離接觸的交叉點越遠，由于油墨的電阻率，電流就會越弱。樣品墊板的分辨率足以精確地感應(yīng)手指和掌上電腦的觸控筆輸入。對于一次接觸，它可以記錄從5克到5000克的壓力，誤差幅度為2.5%——— 這個壓力的范圍足夠辨識觸控筆的一次輕微點擊或電子鼓的一次敲打。培林說，由于只有很少的線路需要供電，所以更大版本的墊板不用太復(fù)雜或過多花費，也可以達到相同的靈敏度。

　　市場出路在哪里

　　從實際商用化的角度來看，現(xiàn)在這種產(chǎn)品的樣品是不透明的黑色，這意味著并不適合做手機和其他電子產(chǎn)品的觸控式屏幕。但是培林說，如此精確而便宜的壓敏界面仍然具有很多潛在的用途。

　　例如，羅森伯格和培林已經(jīng)與其他人合作進行一些醫(yī)學(xué)和科學(xué)應(yīng)用的研究。“墊板可以加到鞋底，監(jiān)測步態(tài);或者加到病床上，提醒護士某個病人已經(jīng)躺了很長時間，可能會引起褥瘡。”培林還表示，該墊板甚至靈敏到能夠測量水和空氣壓力波的地步;這可以引發(fā)更好的流體動力學(xué)模型出現(xiàn)，幫助設(shè)計飛機和艦船。

　　現(xiàn)在，研究人員們大都采用獨立傳感器陣列(array of individual sensors)來收集上述數(shù)據(jù)，但是檢測區(qū)域太大時，成本十分昂貴。

　　事實上在集思廣益下，這項科技也可用于電子設(shè)備的多重觸控界面。

　　德國HassoPlattner學(xué)院的研究員帕特里克·博迪斯科(PatrickBaudisch)將該墊板集成到一個小型游戲機的背面，有效地增加了一項人體工程學(xué)的觸控輸入方式：用戶玩游戲時就不會被自己的手指阻擋住屏幕。并且羅森伯格相信，使用一種不同的壓敏油墨和更細(xì)的金屬絲，他和他的同事就可以造出透明的傳感器，適合手機和掌上電腦的觸控屏。

　　“羅森伯格和培林的觸控墊板比其它的電阻感應(yīng)設(shè)備要更加敏銳。”微軟研發(fā)Surface(一款市面上有售的多重觸控平面電腦)的安迪·威爾遜(AndyWilson)認(rèn)為，許多應(yīng)用注重有趣地使用壓力傳感器。但他又補充道，這項科技依然處于早期階段，并且很難說它要比現(xiàn)在的觸控界面便宜多少。

　　此后不久，羅森伯格和培林已經(jīng)開辦了一家名為Touchco的新創(chuàng)公司，負(fù)責(zé)這項科技的授權(quán)，并向有意將它應(yīng)用到諸如手機和電子閱讀器之類設(shè)備的公司提供設(shè)計支持。該公司的工程師們正在開發(fā)其他的用途———比如第一個電子手鼓，如果沒有這么高分辨能力的傳感器是做不出來的。

　　最終，這些輕薄而不顯眼的觸控板可能將在無形中嵌入到任意一個物體表面上，開啟一個多重觸控交互的新領(lǐng)域。

　　壓敏墊板的制造過程

　　1 羅森伯格的手中是一張已經(jīng)印上細(xì)金屬線的塑料片。這幫研究員設(shè)計出上面的版式，并依照該樣式使用電子設(shè)備進行印制。

　　2 一層黑色的壓敏性油墨被涂在導(dǎo)線的上面。羅森伯格將兩張塑料排在一起，油墨朝內(nèi)，然后用雙面膠將它們粘在一起就制成了墊板。

　　3 導(dǎo)線一直延伸到墊板的邊緣，然后連接至一塊特別設(shè)計的電路板。它負(fù)責(zé)收集壓力數(shù)據(jù)并通過USB接口傳送給計算機。

　　4 塑料片可以制成各種形狀和大小：信用卡大小的可以被用于小型手持電子設(shè)備，而圓形的墊板被設(shè)計用來制作電子鼓。

　　5 羅森伯格將手指按在一張制作完成的墊板上;計算機軟件解譯出受力的范圍，并在屏幕上顯示出來。指尖中心處的強大壓力顯示為紅色，周圍較小的壓力為藍色。

　　6 該團隊已經(jīng)研發(fā)出壓敏墊板的數(shù)種應(yīng)用，包括這個演示程序，用戶可以操縱一個球體，并根據(jù)手按下的壓力改變球體的表面形狀。