Dotykové displeje celkom ovládajú svet smartfónov a tabletov a v súčasnosti sa čoraz viac derú aj do sveta notebookov či palubných dosiek automobilov. Vývoj však rozhodne nie je na konci a prirodzené ovládanie dotykom môže ponúknuť v budúcnosti ešte omnoho viac, než na čo sme zvyknutí dnes.
Vedeli by ste si predstaviť niečo, čo by sa na dotykovom displeji dalo vylepšiť, alebo máte pocit, že už sa v tomto smere nič vymyslieť nedá? Aj keď sú dotykové displeje prioritným vstupným rozhraním mobilných zariadení, z princípu ich konštrukcie vyplýva množstvo obmedzení. Zariadenia v podobe smartfónu či tabletu nie je možné ovládať hmatom a ak chcete niečo robiť, na displej sa musíte prakticky vždy pozerať. Okrem toho, naše prsty na rozdiel od kurzora nemajú pár milimetrov, takže bez stylusu je presná práca na dotykovom displeji veľmi nepraktická. Koľkokrát ste sa na smartfóne či tablete nemohli trafiť na konkrétny prvok, či koľkokrát ste si pri snahe presne vyznačiť text pripadali, ako keby ste sa snažili robiť jemnú prácu v hrubých rukaviciach? Ako vstupný prvok je dotyk prstov problematický, najmä ak je displej menší, čo je prípad smarthodiniek či inej na tele nositeľnej elektroniky. Priložením nepriehľadného prsta si totiž prakticky celý displej zakryjete. Tieto a mnohé ďalšie problémy sa vývojári pokúšajú prekonať a na svetlo sveta sa dostáva zástup vynaliezavých riešení, ktoré sa snažia upútať pozornosť výrobcov. Cesta od prototypu k masovému použitiu je však často dlhá a neľahká.
V základe je funkcia dotykového ovládania sprostredkovaná špeciálnou dotykovou vrstvou, ktorá je buď samostatná a umiestnená nad LCD, OLED alebo e-papier displejov, alebo je integrovaná priamo do vrchnej časti zobrazovacej vrstvy (čo je dôležité len pre výrobcov, používatelia vnímajú obe riešenia rovnako). Dotykové vrstvy displejov si netreba zamieňať s ich zobrazovacou technológiou. Drvivá väčšina smartfónov a tabletov dnes používa LCD displej, zložený z podsvietenia (typu LED), vrstvy tekutých kryštálov (typu IPS) a tenkej vrstvy tranzistorov, skrátene TFT (typu LTPS). Výrobcom displejov a popisu typov jednotlivých vrstiev sme sa podrobne venovali v článku Kam kráča trh s displejmi? (TOUCHIT, September/2015). Dotyková vrstva je nad touto konštrukciou displeja, pričom je nad alebo pod doplnkovým polarizérom a následne prikrytá ochranným sklom, ktorého sa prsty dotýkajú. Aby sme vlastne mohli pochopiť, ako rôzni výrobcovia dotykové vrstvy a rozhrania vylepšujú, musíme si vysvetliť, ako dotyková vrstva vôbec funguje.
Ako vlastne dotykový displej funguje?
Existuje niekoľko rôznych druhov dotykových technológií. V rámci moderných smartfónov, tabletov a príbuzných zariadení sa však používa takmer výhradne len jedna. Ide o tzv. kapacitné dotykové riešenie, pri ktorom sa presné miesto dotyku odvodzuje na základe zmien v elektrostatickom poli. V klasickom separátnom prevedení, ktoré je možné osadiť na akýkoľvek displej, dotyková vrstva pozostáva z izolačného prvku (napríklad skla), ktorý má pod sebou aj nad sebou vodivý povlak z dvoch materiálov (obvykle ide o oxid india a cín). V nich sa nachádzajú mikroskopické vlákna signálových liniek zo zmesi molybdénu a hliníka, pričom v jednej vodivej vrstve sú umiestnené vodorovne a v druhej zvislo. Vytvoria tak mriežku. Nad ňou je obvykle chemicky tvrdené ochranné sklo, ktorého sa používateľ dotýka. Pretože sklo je veľmi tenké (obvykle 0,7 až 1,1 mm), elektrostatické pole dotykovej vrstvy ho jemne presahuje a vodivá pokožka prstu ho narúša. Výsledkom je kolísanie kapacitného odporu (odtiaľ aj názov technológie) v rôznych miestach povrchu, čo zaznamenáva radič a na základe toho určuje, kde k dotyku došlo (pozri obrázok). Ak výrobca chce displej vyrobiť tenší, tak namiesto povrchového prilepenia je možné dotykovú vrstvu do neho priamo integrovať. Ušetrí sa tým nosná sklenená vrstva a použije sa len tenký separátor vodivých vrstiev (toto riešenie sa nazýva on-cell). Ešte ďalej ide riešenie in-cell, pri ktorom sa spodné vodiče dotykovej vrstvy umiestnia priamo do vrchnej TFT vrstvy displeja (vodiče teda zdieľajú priestor s tranzistormi, ktoré ovládajú pixely s tekutými kryštálmi). Výsledkom je ďalšie stenčenie.
Princíp fungovania projekčného kapacitného dotykového displeja
Vo všetkých prípadoch ide stále o kapacitné dotykové displeje, presnejšie kapacitné projekčné displeje, pretože zmeny poľa je možné vnímať ako projekciu, na ktorej sa bod dotyku alebo viacnásobného dotyku prejaví, čo je dobre vidieť na obrázku. Ak teraz už chápete princíp technológie, zrejme už sa nebudete čudovať, že dotyk musí byť vodivý a displej sa nedá ovládať drevenou ceruzkou alebo prstami v bežných rukaviciach (špeciálne rukavice na ovládanie smartfónu majú práve vodivé brušká prstov). Aj keď táto technológia sa používa prakticky výhradne na mobilných zariadeniach, na mnohých starších prístrojoch, kioskoch a iných obdobných strojoch sa môžete stretnúť aj s rezistívnymi dotykovými displejmi. Tie sú zložené z dvoch vodivých plátov oddelených zrnkami, pričom pri stlačení dôjde k prehnutiu vrchného plátu a dotyku so spodným, čo vyvolá zmenu v elektrickom napätí, ktorá sa následne meria. Výhodou tohto staršieho riešenia je, že dotyk je možné vykonať nevodivým predmetom. Nevýhodou je malá citlivosť a väčšia náchylnosť na poškodenie a takisto skresľovanie obrazu displeja, nad ktorým je takáto vrstva umiestnená.
Tlačíme, klopeme a škriabeme
Ak by dotykový displej umožňoval len jeden dotyk, len ťažko by sme v ňom hľadali užitočnosť, aká je dosahovaná na moderných mobilných zariadeniach. V roku 2007, keď Apple predstavil svoj prvý iPhone, ktorý sa stal vzorom pre smartfóny moderného typu, bola jednou z hlavných predností práve funkcia viacnásobného dotyku. Ovládanie viacerými prstami prinieslo intuitívne gestá, ako napríklad zopnutie a rozostúpenie dvojice prstov na priblíženie a oddialenie a takisto rotáciu pootočením dvoch prstov okolo rovnakej osi. Nešlo v žiadnom prípade o triviálne riešenie a multidotykom sa zaoberali vývojári mnohé desaťročia. Prvý technický princíp fungovania popísal v roku 1991 Pierre Wellner zo spoločnosti Xerox a komerčným priekopníkom bola najmä firma Fingerworks, ktorá v rokoch 1999 až 2005 vyrábala multidotykové touchpady. Firmu v roku 2005 odkúpil práve Apple a jej riešenia použil vo svojom iPhone.
Označovanie textu hánkou prostredníctvom FingerSense
Aj keď multidotyk otvoril dvere k prstovým gestám, vývojári by sa radi vydali ešte ďalej. V základe gest príliš veľa nie je, pretože pomerne rýchlo narazíte na to, že nemôžete vymýšľať prehnane komplikované pohyby, ktoré si nikto nezapamätá alebo je ich veľmi nepohodlné používať. Obvykle sa teda používa len bežný posun, ťuknutie, dvojťuknutie, dlhšie podržanie na mieste a takisto už spomenuté roztvorenie, zopnutie a rotácia dvojice prstov. Zaujímavé technické riešenie, ktoré si od minulého roku pomaly nachádza cestu k masovému použitiu, je FingerSense. Ten vznikol pôvodne na univerzite Carnegie Mellon (Pittsburgh, USA) a jeho vývojári následne založili spoločnosť Qeexo. FingerSense pridáva dotykovému ovládaniu nový rozmer formou zmeny vstupného nástroja. Namiesto toho aby ste sa učili nové, krkolomné či skrátka nepraktické gestá, ponecháte si tie čo používate, ale vykonáte ich rozličnými časťami prsta. Dotyková vrstva je totiž schopná rozpoznať medzi bruškom prsta, nechtom a hánkou. Výsledkom je, že rozličným častiam môžete priradiť iné úlohy, podobne ako má odlišné užitie pravé a ľavé tlačidlo myši. Ak máte napríklad otvorený web, alebo stránku textu v PDF, bruškom prsta sa môžete posúvať obsahom klasicky hore a dole, avšak akonáhle urobíte tento pohyb hánkou prsta, text sa neposunie, ale označí. Nechtom zas môžete konkrétny text napríklad rovno vymazávať. Dobre to môžete vidieť na videu.
Samotná „mágia“ sa v skutočnosti neodohráva v dotykovej vrstve. Tá stále rozpoznáva len zmeny v elektrostatickom poli, a teda určuje to, kde sa displeja dotýkate. To, čo rozlíšenie medzi jednotlivými časťami prsta robí, je mikrofón. Skúste poklepať na stôl alebo na displej telefónu bruškom prsta, nechtom a hánkou. Okamžite aj vlastnými ušami spoznáte, že rozlíšenie hlbokého „ťapnutia“ bruška, klopania hánky a kliknutia nechtu je triviálne. Ak priložíte ucho na drevenú či sklenenú dosku stola a urobíte to znova, bude to ešte jednoduchšie, pretože takýmto materiálom sa zvuk šíri lepšie ako vzduchom. Mikrofón si takto pomáha skleneným povrchom displeja a dokáže tak počúvať aj v hlučnom prostredí. Po niekoľkoročnom vývoji (prvá demonštrácia v roku 2011 pod menom TapSense) sa podarilo technológiu začať presadzovať na trhu, pričom prvými zariadeniami, ktoré ju čiastočne použili, boli smartfóny Huawei P8 a Honor 7. Ide o čiastočné aplikovanie, ktoré rozpoznáva klepnutia hánok prstov (označuje sa teda aj ako Knuckle Sens). Majitelia Huawei smartfónov ju môžu využiť napríklad tak, že dvojitým zaklopkaním na displej (ako na dvere) vyvolajú snímku obrazovky. Technológia má však ešte omnoho väčší potenciál a uvidíme, či sa bude jej použitie rozvíjať a vylepšovať aj naďalej.
Ďalším doplnkovým rozšírením dotykových displejov, ktoré sa dostalo na trh relatívne nedávno, je rozpoznávanie sily stlačenia. Ide predovšetkým o funkciu 3D Touch na iPhone 6s a 6s Plus, ktorá je pokračovaním princípu ForceTouch, uplatňovanom napríklad na smarthodinkách Apple Watch. V prípade 3D Touch je vnímané nielen rozpoznanie stlačenia ako takého, ale aj sily a dĺžky stlačenia. To je využité na gestá „Peek and Pop“, čo umožňuje slabším stlačením zobraziť náhľad nejakého obsahu, napríklad e-mailu či steny príspevkov (po pustení sa vrátite späť) a silnejším alebo dlhším stlačením sa do neho presunúť. Meranie tohto prvku sa vykonáva ďalšou kapacitnou vrstvou senzorov, integrovanou tentoraz na úplne spodnú vrstvu displeja, ktorú okupuje LED podsvietenie. Senzory merajú miniatúrne zmeny, spôsobené prehnutím vrchnej vrstvy displeja, ktorá sa po stlačení viac priblíži k tej spodnej. Spolu s kapacitnou dotykovou vrstvou, ktorá rozpoznáva jednotlivé dotyky, je možné odvodiť to, kedy je dotyk normálny a kedy aplikovaný s väčšou silou. Týmto spôsobom je možné riešiť používateľsky trochu zdržujúcu „emuláciu pravého tlačidla myši“, pri ktorej musíte držať prst priložený dlhšiu dobu. Ak displej vníma tlak, odozvu možné vyvolať okamžite silnejším stlačením.
Rozpoznávame orientáciu prsta a plejádu gest
Nové metódy ovládania však nemusí prinášať len sila stlačenia alebo výmena bruška prsta za kĺb či necht. Ďalšou alternatívou, ktorú dnes skúša Qeexo, je odvodzovanie uhla dotyku prsta. Na obrázku a ešte lepšie na videu môžete vidieť, ako takáto schopnosť dotykovej vrstvy, respektíve jej radiča a ovládacieho softvéru, môže rozšíriť možnosti ovládania. Všetko je odvodzované na základe projekcie toho, akú veľkú plochu dotyk zaberá. Ak položíte prst na displej a podrobne sa zameriate na plochu, ktorú zaberá, rýchlo si uvedomíte, že ak máte prst kolmo, dotýkate sa displeja len malou špičkou, zatiaľ čo pri postupnom pokladaní prstu na bruško sa kontakt zväčšuje.
Rozpoznávanie uhla dotyku
Tieto odlišnosti je možné na zmenách elektrostatického poľa odpozorovať a softvér na základe dát z radiča dotykovej vrstvy určí, ako sa poloha vášho prstu mení. To sa dá využiť na nové typy ovládania, pričom v rámci herného obsahu je napríklad možné simulovať mierenie, zatiaľ čo v iných programoch zas otáčanie objektu. To je dôležité najmä pri veľmi malých displejoch, ktoré používajú napríklad smarthodinky, pretože na nich je už značne náročné vykonávať dvojprstové gestá na priblíženie alebo otočenie mapy, fotky či iného objektu. Ak displej dokáže rozlišovať uhol dotyku, stačí priložiť prst a otočiť ho. Keďže bruško je podlhovasté, jeho obraz sa pri rotácii mení, aj keď z bežného pohľadu tlačí stále na to isté miesto.
Vývojári sa takisto snažia hľadať ďalšie ľahko zapamätateľné gestá viacerých prstov. Nájsť také, ktoré sú intuitívne a nekrkolomné je však neľahká úloha. Veľmi zaujímavým smerom vývoja z tohto hľadiska je technologický demonštrátor TouchTools, ktorý problém rieši tým, že gestá sa podobajú manipulácii s fyzickými objektmi, pričom samotný objekt sa zobrazuje na displeji. Demonštráciu technológie môžete vidieť na sérii obrázkov aj vo videu. Gestá ako napríklad držanie gumy, lupy, metra či fotoaparátu sú rozpoznané a rozhranie ponúkne zodpovedajúcu funkciu, ktorú môže ale takisto nemusí vykresliť zodpovedajúcim obrázkom. Mali ste niekedy potrebu použiť na dotykovom displeji niečo menšie a presnejšie, ako váš prst? TouchTools to rieši perfektne.
Gestá používania fyzických predmetov ako softvérové gestá TouchTools
Položte na displej ruku tak, ako by ste v nej držali myš. Myš sa objaví na displeji, pričom nad ňou pribudne kurzor, ktorý sa bude hýbať tak ako virtuálna myš káže a zároveň bude reagovať na stlačenie pravého i ľavého tlačidla, aj otočenie kolieska. Možno sa vám zdá, že dať myš na dotykový displej je hlúpe riešenie, ale treba si uvedomiť, že ide o automaticky rozpoznané gesto, ktoré vám umožní behom sekundy presne zacieliť s milimetrovou presnosťou a ako náhle vaše prsty gesto opustia, je preč. Ak sa vám zdá, že na takéto riešenie je miesto len tablete a nie na smartfóne, nie je problém použiť alternatívu, kde sa presný kurzor zobrazí pri dotyku troch zovretých prstov, ako by ste držali v ruke pero. Presnosť vám umožní nielen to, že displej môže reagovať zrazu menším a presnejším pohybom, ale aj tým, že ovládate maličký kurzor, na ktorý vidíte, pretože je nad vašimi prstami a objekt si teda pohybom nezakrývate.
Dotyky viacerých ľudí a dotyk mimo displeja
Predstavte si, že máte pred sebou veľký tablet či dotykovú palubnú dosku auta. Ak zariadenie ovládajú súčasne dvaja ľudia, dotykový displej dnes nemá ako rozpoznať, ktorý dotyk patrí komu. Nemusí to tak byť ale navždy. Týmto smerom vývoja sa vydala technológia pomenovaná ako Capacitive Fingerprinting, teda v preklade, kapacitné odtlačkovanie prstov. Pri nej je možné identifikovať malú skupinu používateľov na základe toho, aké zmeny ich pokožka v dotykovej vrstve spôsobuje. Ako svoje prsty pokladáte na dotykový displej, spôsobujete zmeny v elektrostatickom poli (pod vnemovými schopnosťami človeka). Pokožka, respektíve telo rôznych používateľov má ale rôzny elektrický odpor, či správnejšie impedanciu (pretože nejde o jednosmerný ale o striedavý prúd) a dotykový displej môže byť schopný rozdiely rozpoznať. V rámci technológie Capacitive Fingerprinting dotyková vrstva prejde niekoľkými rôznymi frekvenciami a zaznamenáva, aké zmeny prst spôsobuje. Keďže iný človek bude kvôli svojej váhe a iným špecifikám spôsobovať svojím prstom mierne odlišné zmeny, softvér to rozpozná a pri kalibrácii, ktorá pozostáva z dotyku na niekoľko sekúnd, sa vytvorí profil, ktorý je možné používateľovi priradiť. Následne sa displeja môžu dotýkať dvaja či viac ľudí, či už pri hre alebo spoločnom kreslení a softvér na základe dát z radiča dotykového displeja priradzuje jednotlivé pohyby konkrétnym používateľom.
Rozšírenie dotykového displeja na ruku technológiou SkinTrack
Ako sme už spomenuli, jedným z prirodzených problémov malých dotykových displejov, akými sú vybavené napr. smarthodinky, je to, že prst zakrýva prakticky celý displej. Ako z toho von? Čo napríklad tak, že by ste nedotýkali displeja, ale svojej ruky? Týmto smerom sa vydala technológia SkinTrack. Dotykový mechanizmus funguje tak, že na prste máte prstienok, emitujúci neciteľný elektrický signál (80 MHz, 1,2 Vpp AC). Na ruke, ktorej sa dotýkate sú smarthodinky alebo smartnáramok, ktorý dotyky zaznamenáva a vyhodnocuje. Akonáhle sa dotknete prstom pokožky, elektrický signál v ruke sa zachytí senzormi v hodinkách. Keďže senzory sú na rôznych stranách, rozdiely sily signálu určia polohu dotyku na zvislej a vodorovnej osi. Prototyp SkinTrack zariadenia, ktorý bol predstavený v máji tohto roku, dosahuje presnosť 7,6 mm. Súčasťou systému nie sú kamery či špeciálne dotykové plochy. Potrebujete len prstienok a hodinky s podporou danej technológie. Následne sa vaša ruka premení na dotykovú plochu a môžete ju využívať na klasické gestá a takisto na vyťukávanie čísiel na číselníku. Na displej pritom stále vidíte, pretože váš prst ho neprekrýva. Pekne to vidieť na demonštračnom videu.
Senzory tohto typu je možné použiť aj na iný, zaujímavý a pomerne nečakaný účel a síce detegovanie rôznych predmetov, ktoré držíte v ruke. K tomu nepotrebujete dokonca ani žiadny prstienok. Ak sa dotýkate rôznych predmetov, vašou kožou sa šíri elektromagnetický ruch, ktorý smarthodinky na zápästí môžu zaznamenávať. Tento ruch je pritom v mnohých ohľadoch špecifický a smarthodinky sa môžu naučiť rozpoznávať, že zapínate šporák, otvárate chladničku, držíte elektrickú vŕtačku, či ste práve chytili rukoväť motorky alebo bicykla. Na všetko vplývajú rozdielne materiály premetov a ich mechanické fungovanie (zapnutá vs. vypnutá práčka). Na obrázku môžete vidieť, ako sa elektromagnetický prejav vašej pokožky zmení, keď sa dotýkate rôznych predmetov.
Rozpoznávanie dotyku rôznych predmetov podľa elektromagnetických ruchov technológiou EM-Sense
To využíva technológia, nazvaná ako EM-Sense, ktorá by potenciálne mohla byť zabudovávaná do smarthodiniek. Na rozdiel od doterajších postupov, pri ktorých sa rôzne predmety označujú RFID čipmi, alebo Bluetooth majáčikmi, EM-Sense si vystačí len so senzormi v samotných hodinách, pričom podľa detegovaného ruchu objekty klasifikuje. Ak sa správne naučí, ako sa jednotlivé objekty prejavujú, je pre ne možné nastaviť nejaké špecifické správanie hodiniek. Na bicykli či motorke sa môže spustiť napríklad navigácia, zatiaľ čo pri chytení zubnej kefky sa automaticky spustí odpočet jednej minúty, čo môže slúžiť ako pomôcka pre deti. Pri používaní rôznych nástrojov, ako napríklad elektrická vŕtačka, brúska a podobne, sa môžu zobrazovať špecifické návody či iné informácie. Ďalej je možné detegovať kľučku kancelárie, dverí auta či dotknutie sa notebooku, čo môže byť použité na plánovanie a spustenie rôznych iných doplnkových činností. Ak napríklad hodinky rozpoznajú, že chytáte kľučku vchodových dverí, môžu vás automaticky upozorniť napríklad na to, že v ruke nedržíte tašku s notebookom, ktorý potrebujete do práce.
Rozšírenie dotykových vrstiev mimo displeja sa nemusí týkať len pokožky. Horlivo vyvíjaným smerom je takisto detekcia pohybu prstov v priestore. Nemáme teraz na mysli jednoduchú optickú detekciu pohybu, ktorá sa objavila napríklad už na Samsung Galaxy S4, ako zaujímavá alternatíva k dotyku, ak máte špinavé ruky alebo rukavice. Vyvíjaná je aj skutočne podrobná manipuláciu s obsahom. Takýmto projektom je Soli, za ktorým stojí vývojové laboratórium Googlu. Soli vykonáva detekciu prostredníctvom miniatúrneho radaru, použiteľného v smarthodinkách alebo smartfóne. Ideou je, aby používateľ mohol pri ovládaní malých displejov smarthodiniek používať vlastné prsty, bez dotyku displeja. Klasický posun do strán môžete vykonávať napríklad trením palca o ukazovák a kliknutie skrátka zovretím dvoch prstov. Presnosť radaru umožňuje rozpoznávať aj milimetrové zmeny. Soli funguje tak, ako každý iný radar. Vysielač vysiela elektromagnetické vlnenie, pričom signál sa odráža od predmetov a vracia nazad do antény. Na základe tohto odrazu je možné určiť, kde aký objekt je, akú má veľkosť, z akého je materiálu a ak je frekvencia signálu vysoká, je možné presne zaznamenať pohyb telesa. Na rozdiel od tradičných radarov však Soli nepotrebuje veľký dosah a je ho možné integrovať do miniatúrneho čipu. Prioritu pri tom nehrá tvar objektu, ale spôsob, ako sa odrazený signál mení s jeho pohybom. Na základe variácie signálu softvér odvodzuje jednotlivé gestá.
Technológia Pre-touch sensing od Microsoftu
V apríli tohto roku vývojové laboratórium Microsoft research zverejnilo vlastnú alternatívu k podobným technológiám, ktorá je vhodná skôr pre smartfóny. Projekt označuje ako prekognitívny dotykový displej, ktorý dokáže rozpoznať, odkiaľ pohyb prichádza a kam smeruje ešte pred samotným dotykom. To je možné využiť na bleskovú odozvu (dotyková vrstva rozpozná, kde sa prst dotkne obrazovky o niečo skôr, ako k tomu naozaj dôjde) a takisto na úpravu ovládania, ktorá je pripravená presne tam, kam prst smeruje. Microsoft projekt predstavil zatiaľ len vo videu, bez technických detailov, avšak prezentácia pôsobí, že nejde o nejaké predpovedanie, ktoré by bolo takmer určite veľmi omylné, ale o rozšírenie elektrostatického poľa za hranicu displeja, takže zmeny v ňom sa prejavujú už pri priblížení prstov, čo umožní displeju včas reagovať.
Haptické dotykové displeje
Dotykové displeje majú zo svojej podstaty fungovania jednu kľúčovú slabinu, ktorá sa neľahko odstraňuje. Ide o to, že ovládanie prebieha obrazovou formou. Pri stláčaní fyzického tlačidla, otáčaní kolieska alebo všeobecne ovládaní starého tlačidlového telefónu cítite, že s niečím pracujete. Na plochom displeji ale žiadnu odozvu nemáte a bez pohľadu naň nedokážete určiť, či sa ťuknutím na nejaký prvok trafíte, alebo nie. Ak ste v minulosti používali MP3 prehrávač alebo tlačidlový mobilný telefón na prehrávanie hudby, nebol problém fyzicky nahmatať tlačidlá hoc aj vo vrecku, preskakovať pesničky či robiť iné úpravy. Mnoho ľudí z prvej „SMS generácie“ dokonca zvládlo napísať SMS-ku poslepiačky potajme na vyučovaní s rukou strčenou do vrecka. Tento „problém“ je síce možno úsmevný, avšak v jeho útrobách sa skrýva pomerne závažné jadro, ktoré sa prejaví v súvislosti so zariadeniami, používanými v automobiloch. Do áut sa dnes montujú čoraz väčšie dotykové displeje, používané na ovládanie prehrávača hudby, klimatizácie, navigácie a iných prvkov. Problémom je, že ak ich chce vodič ovládať, musí spustiť oči z vozovky a pozrieť sa na displej. Nie je možné len natiahnuť ruku, nahmatať „po slepiačky“ tlačidlo alebo koliesko a voľbu vykonať. Ovládanie dotykových displejov auta sa tak často podobá tomu, ako by sme za jazdy používali smartfón, čo je mimoriadne nebezpečné.
Bublinky haptického displeja Tactus, napustené kvapalinou na požiadanie
Ak chcete dotykový displej ovládať po slepiačky, potrebujete nejakým spôsobom rozlíšiť, čoho sa kedy dotýkate. Displej, respektíve celé zariadenie, teda musí poskytovať nejaký druh haptickej, či po slovensky hmatovej, odozvy. Základnou haptickou odozvou, ktorú výrobcovia už mnoho rokov používajú, je vibrácia. Pri písaní alebo ovládaní niektorých grafických prvkov môže smartfón vibrovať a tým vás na interakciu lepšie upozorňovať. V tomto smere sa výrobcovia stále viac zlepšujú. Od jednoduchých vibračných teliesok sa výrobcovia posunuli k veľmi presným mechanizmom, schopným rozvibrovať zariadenie len na pár milisekúnd. Ide o haptickú odozvu v tej najprimitívnejšej forme, ktorá je na zariadeniach už desiatky rokov (vibračné joysticky, volanty). Takáto odozva má svoj zmysel, pretože používateľa môže upozorniť, že k niečomu naozaj dochádza, ale z hľadiska ovládania displeja naslepo to problematiku nijak nerieši. Používateľ totiž nevie, kde sa jeho prst nachádza.
Jedným z riešení haptickej odozvy je fyzická modifikácia. Ideou je, že plochý dotykový displej by sa mohol v prípade potreby na potrebných miestach zdvihnúť a vytvoriť hmatom registrovaný prvok. Nemuselo by ísť pri tom priamo len o atrapu tlačidla, v štýle bublinovej fólie, ktorá by sa pod vaším prstom prehlo. Častokrát by stačil malý hrbolček alebo hrana, ktorá by sa dala rozpoznať. Ako by ale mohli na plochom displeji takéto hrany z ničoho nič pribúdať, miznúť a objavovať sa podľa toho, ako by sa menil obraz na displeji? Dobrú predstavu o takejto technológii dáva systém Tactus. Ide o transparentnú a v základnom stave kompletne hladkú vrstvu, ktorá leží nad obrazovou a dotykovou vrstvou displeja. Pri aktivovaní vrstva lokálne zmení svoj tvar a môže vytvoriť buď citeľný hrbolček, alebo „nafúknuť“ daný priestor do podoby tlačidla. Haptická vrstva Tactus je v základe hrubá 0,75 až 1 mm, takže smartfón či tablet nijak zvlášť nezväčšuje. Sama sa skladá z niekoľkých prvkov, čo môžete vidieť na obrázku. Milimetrová vrstvička je pretkaná drobnými kanálikmi, ústiacimi do malých otvorov. Kanáliky sú naplnené priehľadnou tekutinou, ktorou je možné manipulovať a nahnať ju do otvorov v rôznej časti displeja. Keď sa dierka zaplní, krycia vrstva tvorená 200 mikrometrov hrubým polymérom sa vyduje. Zväčšením tlaku tekutiny je možné povrch ešte viac nadvihovať. Všetko je pri tom plne transparentné a používateľ to vníma ako malú bublinku, ktorú cíti prstom. Ak sa teda na displeji zobrazí klávesnica, displej môže odpovedať a naozaj ju fyzicky vytvoriť. Objavenie alebo zmiznutie takéhoto fyzického tlačidla trvá menej ako sekundu. Napájanie je potrebné len pri zmene tlaku, teda pri tom, ako sa tlačidlo objaví, alebo naopak zmizne. Trvalá prítomnosť alebo neprítomnosť energiu nespotrebováva. Tlačidlá pri tom môžete stláčať a budú sa nazad vydúvať bez napájania, pretože správny tlak v drenáži je stále prítomný. Tactus nie je novinkou a kontinuálne sa vyvíja už niekoľko rokov. Zatiaľ však žiadneho z výrobcov smartfónov neupútal natoľko, aby ho na svojom zariadení nasadil. Výrobca však vytvoril vlastný demonštrátor nazvaný PHORM, ktorý by sa mal začať predávať toto leto za 99 dolárov ako príslušenstvo k tabletu Apple iPad. Ide v základe o ochrannú fóliu displeja, ktorá má však integrovanú technológiu Tactus a na požiadanie môže malými hrbolčekmi vytvoriť pocit fyzickej klávesnice (na pozadí je obraz dotykovej klávesnice displeja iPadu).
Demonštrátor neoSense pre pocit rôznej štruktúry tlačidiel
Počet možných kombinácií (v danom prípade len jedna – klávesy) je veľkým limitom technológie. Ideálne by bolo, ak by displej mohol upozorniť na pozíciu prvku kdekoľvek. Týmto smerom sa takisto vydalo mnoho vývojárov, pričom veľkú pozornosť púta najmä riešenie firmy Bosch, v podobe displeja neoSense, vyvíjaného najmä pre palubné dosky automobilov. Demonštráciu najnovšieho prototypu sme videli aj na tohtoročnej výstave CES v Las Vegas. Vodič sa displeja môže dotýkať aj bez pozerania, pričom dostáva spätnú odozvu pomocou veľmi presných a variabilných vibrácií. Ide skôr o špecifické „mravenčenie“, ktoré sa objaví pri kontakte s tlačidlom. Vďaka variabilite vibrácií je možné rozlišovať rôzne tlačidlá, ktoré budú na dotyk pôsobiť, ako by mali odlišnú štruktúru. Všetko je navyše doplnené o zvukovú odozvu. Na rozdiel od bežného dotykového displeja sa prst môže ľubovoľne pohybovať, bez toho, aby vykonal nejakú zmenu. Používateľ len po slepiačky vníma štruktúru tlačidiel a iných prvkov a až keď narazí na tie správne, vykoná aktiváciu zatlačením. Sprievodné vibrácie a zvuk sa postarajú o to, že používateľ má pocit, že stlačil fyzické tlačidlo. Na rozdiel od fyzických tlačidiel sa pravdaže displej môže akokoľvek meniť a zobrazovať rôzne informácie a konfigurácie tlačidiel. Displej takisto rozpoznáva rôznu silu stlačenia a príslušne reaguje. Možné je nielen stláčať tlačidlá, ale aj posúvať virtuálne jazdce, ktoré dávajú spätnú odozvu o pohybe. Napríklad pri prepínaní rádií alebo zvyšovaní hlasitosti používateľ cíti pri posune prsta špecifické kliknutia, pripomínajúce pohyb fyzického predmetu po drážkach. V súčasnosti je o tieto technológie značný záujem a je dosť dobre možné, že od roku 2017 sa začnú objavovať v mnohých automobiloch.
Vibrácie však nemusia byť sprostredkované len precíznymi motorčekmi a veľké nádeje sa vkladajú aj do nepohyblivého princípu. Elektrostatické vibrácie, ktoré sú známe aj pod pôvodným vývojovým názvom TeslaTouch, sú technológiou vyvolávajúcou haptickú odozvu bez mechanického pohybu. Odozva sa vyvoláva generovaním elektrického poľa do dotykového displeja, pričom jeho sila je na rozdiel od súčasných dotykových riešení dostatočne veľká na to, aby ste ju cítili prstom. Na sklenenom nosnom podklade je umiestnená transparentná elektróda a priehľadná izolačná ochranná vrstva. Periodický elektrický signál spôsobuje zmenu náboja v izolačnej vrstve, vytvárajúc tak oscilujúce elektrické pole. Pri dotyku dôjde k jeho rozšíreniu na konček prsta, čo ovplyvňuje ľahkosť jeho trenia po povrchu. Prstom tak cítite, akoby bol displej o niečo menej kĺzavý. Rýchlou zmenou poľa je možné simulovať pocit textúry alebo odporu. Používateľ tak nielenže môže nahmatať tlačidlo, ale môže aj cítiť iný odpor napríklad pri presúvaní menšieho a kapacitne väčšieho súboru, alebo cítiť čoraz väčší odpor pri naťahovaní gumičky praku pri hre Angry Birds. Používa sa relatívne vysoké napätie, avšak používateľovým prstom preteká len zanedbateľné množstvo prúdu (max. 0,5 miliampéra). Používateľ tak nie je nijako ohrozený. S takouto formou odozvy pravdaže neprichádzame bežne do styku, takže mnohých používateľov môže prekvapiť. Pri testoch s napätím 80 Vpp používatelia popisovali pocit ako „cementový poter“, či „drsný papier“, zatiaľ čo pri vyšších (115 Vpp) skôr „papier“ alebo „namaľovaná stena“. Menej ako 80 Vpp mnoho používateľov popísalo ako „lepkavý materiál“. Problémom je , že používatelia cítia rôzne napätia odlišne, pričom pocit sa mení pri spotení či navlhčení rúk. Ide však o zaujímavý a stále neprebádaný smer vývoja, ktorý bude zaujímavé ďalej sledovať.
Vytvorenie hmatovej odozvy je možné aj elektrostatickými vibráciami
Každopádne je isté, že dotykové displeje nie sú nejakou zamrznutou technológiou a v najbližších rokoch sa táto metóda vstupu dočká mnohých premien a vylepšení. Vývoj skrátka nestojí ani v tomto smere.
Tento článok vyšiel aj v tlačenom júnovom vydaní TOUCHIT č. 5/2016, preto sa niektoré skutočnosti uvedené v článku, môžu odlišovať oproti aktuálnemu dátumu publikovania.
