Okei, mutta miten kosketusnäytöt oikeastaan toimivat?

Kuulin hiljattain metrossa erään naisen kertovan ystävälleen, että hänen pikkulapsensa ”pyyhkäisee” kaiken heidän talossaan – sohvapöydän, kirjat, lautaset ja jopa oman äitinsä – yrittäen saada hänet katoamaan kuin kuva kosketusnäytöltä. Tarina sai minut miettimään, että monien meistä tietämys siitä, mitä kiiltävän näytön takana tapahtuu, ei ole paljonkaan enemmän kuin pikkulapsen.

Ennen kuin aloin tutkia, miten kosketusnäytöt toimivat, ajattelin, että ”pyyhkäisevän” ilmiön takana on yksi yleismaailmallinen teknologia. Sen sijaan kävi ilmi, että niitä on puoli tusinaa, ja lisää tutkitaan joka päivä. Kaksi yleisimmin käytettyä järjestelmää ovat resistiiviset ja kapasitiiviset kosketusnäytöt. Yksinkertaisuuden vuoksi keskityn tässä näihin kahteen järjestelmään ja lopetan siihen, mihin asiantuntijat uskovat kosketusnäyttöteknologian olevan menossa.

1. Resistiivinen

Nämä ovat kaikkein yksinkertaisimpia ja yleisimpiä kosketusnäyttöjä, niitä, joita käytetään pankkiautomaateissa ja supermarketeissa ja jotka vaativat sähköistä allekirjoitusta tuolla pienellä harmaalla kynällä. Nämä näytöt kirjaimellisesti ”vastustavat” kosketustasi; jos painat tarpeeksi voimakkaasti, voit tuntea näytön taipuvan hieman. Juuri tämä saa resistiiviset näytöt toimimaan – kaksi sähköä johtavaa kerrosta taipuu koskettamaan toisiaan, kuten tässä kuvassa:

Resistiivinen kosketusnäyttötekniikka

Yksi noista ohuista keltaisista kerroksista on resistiivinen ja toinen johtava, ja ne on erotettu toisistaan välilyönnillä, joka muodostuu pienistä pisteistä, joita sanotaan välikappaleiksi ja joiden tarkoituksena on, että ne pysyvät erillään toisistaan, ennen kuin kosketat niitä. (Ohut, naarmuuntumaton sininen kerros päällä täydentää paketin.) Sähkövirta kulkee noiden keltaisten kerrosten läpi koko ajan, mutta kun sormesi koskettaa näyttöä, nämä kaksi painautuvat yhteen ja sähkövirta muuttuu kosketuskohdassa. Ohjelmisto tunnistaa virran muutoksen näissä koordinaateissa ja suorittaa kyseistä kohtaa vastaavan toiminnon.

Resistiiviset kosketusnäytöt ovat kestäviä ja johdonmukaisia, mutta niitä on vaikeampi lukea, koska useat kerrokset heijastavat enemmän ympäristön valoa. Ne pystyvät myös käsittelemään vain yhtä kosketusta kerrallaan, mikä sulkee pois esimerkiksi iPhonen kahden sormen zoomauksen. Siksi huippulaitteissa käytetään paljon todennäköisemmin kapasitiivisia kosketusnäyttöjä, jotka havaitsevat kaiken, mikä johtaa sähköä.

2. Kapasitiivinen

Toisin kuin resistiiviset kosketusnäytöt, kapasitiiviset näytöt eivät käytä sormen painallusta aiheuttamaan muutosta sähkövirtaan. Sen sijaan ne toimivat kaikella, mikä sisältää sähkövarauksen – myös ihmisen iholla. (Kyllä, me koostumme atomeista, joilla on positiivisia ja negatiivisia varauksia!) Kapasitiiviset kosketusnäytöt on valmistettu materiaaleista, kuten kuparista tai indiumtinaoksidista, jotka varastoivat sähkövaraukset sähköstaattiseen verkostoon, joka koostuu pienistä johdoista, joista kukin on hiuskarvaa pienempi.

Kapasitiivinen kosketusnäyttötekniikka

Kapasitiivisia kosketusnäyttöjä on kahta pääasiallista tyyppiä: pintakosketusnäyttöä ja projektiivista näyttöä. Pintakapasitiivisessa käytetään antureita kulmissa ja ohutta, tasaisesti koko pinnalle levitettyä kalvoa (kuten yllä olevassa kuvassa), kun taas projektiivisessa kapasitiivisessa käytetään riveistä ja sarakkeista koostuvaa ruudukkoa, jossa on erillinen siru anturia varten, selitti Touch Revolutionin sulautettujen projektien projektipäällikkö Matt Rosenthal. Molemmissa tapauksissa, kun sormi osuu näyttöön, sormeen siirtyy pieni sähkövaraus, joka täydentää virtapiirin ja aiheuttaa jännitehäviön näytön kyseiseen kohtaan. (Tämän vuoksi kapasitiiviset näytöt eivät toimi, kun käytät käsineitä; kangas ei johda sähköä, ellei siinä ole johtavaa lankaa). Ohjelmisto käsittelee tämän jännitepudotuksen sijainnin ja määrää siitä seuraavan toimenpiteen. (Jos olet vielä hämmentynyt, katso tämä video.)

3. Mitä seuraavaksi? Sizing Up

Uudemmat kosketusnäyttötekniikat ovat kehitteillä, mutta kapasitiivinen kosketus on toistaiseksi alan standardi. Kosketusnäyttöjen suurin haaste on niiden kehittäminen suuremmille pinnoille – suurempien näyttöjen sähkökentät häiritsevät usein sen tunnistuskykyä.

Monikosketusnäyttöjä suunnittelevan Perceptive Pixelin ohjelmistoinsinöörit käyttävät suuremmissa, jopa 82-tuumaisissa näytöissään tekniikkaa nimeltä turhautunut sisäinen kokonaisheijastus (frustrated total internal reflection, FTRI). Kun kosketat FTRI-näyttöä, hajotat valoa – ja useat näytön takana olevat kamerat havaitsevat tämän valon optisena muutoksena, aivan kuten kapasitiivinen kosketusnäyttö havaitsee sähkövirran muutoksen.

Tyytymätön sisäinen kokonaisheijastus

82 tuumaa? Se on täydellinen koko pyyhkäistävälle kahvipöydälle.