18 октября 2013

Печатная электроника: датчик прикосновения, который можно вырезать ножницами

Если у вас слишком длинные штаны, вы всегда можете их укоротить. Доску, которая не помещается в стеллаж, можно спилить до нужного размера.

Люди часто изменяют размер и форму предметов из текстиля и дерева, не обращаясь к специалистам. По мнению исследователей из Saarbrücken, в будущем такие изменения можно будет проводить и с электроникой. Вместе с исследователями MIT Media Lab они разработали особую топологию токопроводящих соединений, получаемых нанесением токопроводящих чернил на лист подложки. Эта топология позволяет придавать полученному датчику прикосновения (мульти-тач сенсор) любую форму при помощи обычных ножниц без нарушения его работоспособности, что дает возможность создавать интерактивные поверхности любой формы.

В начале октября исследователи представили свою разработку на конференции «Пользовательский интерфейс и технологии» (User Interface and Technology) в Св. Эндрюсе, Шотландия (St. Andrews, Scotland).

«Представьте, что ребенок берет наше изделие и вырезает из него цветок с листьями. А если вы коснетесь пальцем цветка, то услышите гудение шмеля», – говорит Юрген Штаймле (Jürgen Steimle). Программы согласования касания и соответствующей звуковой реакции просты и доступны». Юрген Штаймле имеет докторскую степень в области информатики, занимается исследованиями в Институте Информатики Макса Планка (Max-Planck Institute for Informatics). Также он возглавляет исследовательскую группу «Превосходства мультимодального исчисления и взаимодействия» (Cluster of Excellence on Multimodal Computing and Interaction).

Саймон Олбердинг (Simon Olberding) – докторант и ведущий разработчик нового датчика. В его представлении в дальнейшем технология может применяться в интерактивных стендах, используемых при обсуждениях и «мозговых штурмах». «На сегодняшний день такие стены и стенды быстро изнашиваются и приходят в негодность, ведь к ним приходится прикалывать различную информацию, развешивать плакаты. Используя нашу разработку, вы можете сделать любую поверхность интерактивной, даже если это браслет от наручных часов, скатерть на столе или обои», – говорит Олбердинг.

В разработке применяется «печатная электроника». Под этим термином скрываются электронные детали и устройства, изготовленные по печатным технологиям. Печать проводится на специальном струйном принтере с помощью токопроводящих чернил на гибкие тонкие пленки (основания). «Стоимость производства невелика, цена печати датчика на листе формата А4 составила порядка одного доллара США», – говорит Стеймл (Steimle).

Но для создания датчика, устойчивого к обрезке, ударам и удалению областей, требуется больше, чем печатная электроника. До сих пор в подобных датчиках электроды располагались ка на миллиметровке – проводники шли горизонтально и вертикально, параллельно друг другу, в одном слое только горизонтально или вертикально ориентированные электроды. На пересечении горизонтального и вертикального проводников расположены электроды, чувствительные к касанию. Все они замкнуты на контроллер. Такое расположение требует минимального числа электродов, но не оптимально для данной задачи. Провод от контроллера проходит через несколько электродов, таким образом, при разрезании одного из них остальные становятся нефункциональными. «Было нелегко найти подходящее решение для такой задачи», – говорит Олбердинг.

Решение было, как это часто бывает, позаимствовано у природы: из строения нервной системы человека и корневых сетей гриба. У так называемой «звездной» топологии есть центральный узел, который связан с каждым электродом. У топологии «дерево» в центе узел, связанный с каждым электродом по отдельности. Но провода все равно повторяют структуру дерева, повторяя осевую линию до определенного момента, а потом расходятся к электродам.

Ученые выяснили, что «звездная» топология лучше всего поддерживает базовые формы – треугольники, прямоугольники и овалы. Также она оптимальна для таких форм как облака, звезды или сердце. Используя топологию «дерева» можно отключать целые области. Исследователи смогли объединить обе топологии для поддержания всех базовых форм.

«Мы надеемся, что датчики будут недорогими и способность к реакции на прикосновения станет встроенной для большинства материалов. Пользователь сможет использовать такой материал, чтобы сделать его интерактивным, или просто писать на нем», – объясняет Стеймл. Такое видение ближайшего будущего совпадает с прогнозами Ассоциации Органической и Печатной Электроники, в соответствии с которыми гибкая бытовая электроника станет широко доступна к 2017-2020 годам.

Посмотреть видео 

 

Настраивая и приклеивая датчик, вы можете сделать каждую поверхность интерактивной.