تقنية تحسس اللمس (Touch Sensing Technology)


التعريف


تقنية اللمس توفر تفاعلاً مباشراً مع الأداة الإلكترونية، بالنظر إلى سهولة استخدامها فقد لاحظت شخصياً ألفة باستخدامها من قبل كبار السن اللذين يحاولون اللحاق بالركب بالمقارنة مع أدوات إدخال أخرى مثل الفأرة أو لوحة اللمس (Touchpad) على سبيل المثال.من التقنيات الرائجة التي تنتشر انتشار النار في الهشيم في معظم الأجهزة التكنولوجية التي بين أيدينا اليوم. التكنولوجيا ليست جديدة، و لكن انخفاض تكلفتها النسبي هو الجديد و رواجها لهذا الحد هو ما يميز هذه المرحلة من عمرها.بالإضافة إلى ذلك فأن هذه التكنولوجيا مفيدة عندما نرى مقدار اختصار المساحة المتوفرة جراء استبدالها بلوحة المفاتيح أو عصا التوجيه في جهاز مدمج للغاية مثل الهاتف الجوال أو الكمبيوترات الكفية (Personal Digital Assistant - PDA).تعمل هذه التكنولوجيا على عدة مبادئ:
التقنيات المستخدمة لتحسس اللمس

تحسس اللمس المبني على المقاومة الكهربائية (Resistive)


شكل طبقات شاشة اللمس التي تعمل بمبدأ المقاومة الكهربائيةتتكون شاشات اللمس هذه من عدة طبقات. و الأكثر أهمية بين هذه الطبقات طبقتين معدنيتين موصلة كهربائياً و طبقتين من مادة مقاومة كهربائياً مفصولة بينها بفراغ رفيع. عندما يلمس جسم ما هذه الشاشات فإن نقاط معينة تتصل مشكلة اثنين من قاسمات الجهد (Voltage Divider) موصلة من مخرجاتها. هذا يؤدي إلى تغير في التيار الكهربائي و الذي يتم تسجيله على حدث لمس و يرسل للمعالجة.صحيح أن هذه الشاشات التي تعمل على مبدأ المقاومة تتميز بأنها ذات سعر في متناول الجميع و هي مقاومة للغبار و الماء، لكنها في المقابل ذات دقة تصل إلى 75% (التشطيب (Finishing) الجيد للأغشية يسمح بالانتقالية الكهربائية لتصل إلى 85%) و يمكن أن تخرب لدى إصابتها بأجسام حادة. هي الشاشات الأكثر رواجاً اليوم. مشغل الألعاب (Nitendo DS) أحد الأجهزة التي تستعمل هذه التقنية.
الموجات الصوتية السطحية (Surface Acoustic Wave)

تكنولوجيا الموجات الصوتية السطحية (Surface Acoustic Wave - SAW) تستخدم الموجات فوق الصوتية (Ultrasound) حيث تمر فوق شاشة اللمس. عندما تلمس الشاشة فإن جزءاً من الموجة الصوتية يمتص. و هذا التغيير في الموجات فوق الصوتية يسجل و يرسل إلى المعالجة. من أهم العيوب التي تصادف هذه التكنولوجيا: هي أن تخرب بسبب عناصر خارجية أو الملوثات التي التشويش على وظيفة شاشة اللمس هذه.
تحسس اللمس المبني على المواسعة الكهربائية (Capacitive)


شكل طبقات شاشة اللمس التي تعمل بمبدأ المواسعة الكهربائيةشاشات اللمس المبنية على المواسعة الكهربائية مغلفة بصفيح من فلز أكيد الإنديوم و الذي يوصل االتيار الكهربائي المستمر عبر الحساس. الحساس هو عبارة عن مجال من الإلكترونات التي يتحكم به بدقة في البعدين العمودي و الأفقي متسبباً من خلال ذلك بمواسعة كهربائية. و بما أن الجسم البشري مستودع للإلكترونات فهو يشكل مواسعة كهربائية أيضاً. حساسات المواسعة تعمل على مبدأ الاقتراب (Proximity) و ليس من الضروري القيام باللمس تماماً لإحداث التأثير. إنها تكنولوجيا متينة و تستعمل على نطاق واسع من التطبيقات متضمنة تطبيقات مثل نقاط البيع (Point-of-sale) و المتحكمات الصناعية و أكشاك المعلومات العامة. على فكرة، معظم الصرافات الألية في الأردن التي تعمل باللمس تعمل على هذا المبدأ. و دقتها تكبُر بكثير عن نظيرتها في التي تستخدم المقاومة الكهربائية. بما أنها تعمل على مبدأ المواسعة فإنه يمكننا أن نفهم لماذا لا تعمل هذه الأجهزة لدى محاولتنا التحكم بها باستخدام القفازات أو أقلام اللمس (Stylus pens) العادية. من أهم خصائص هذه الأجهزة قدرتها لى التعامل مع تعدد اللمس (Multitouch) و هي مبدأ عمل جهاز (iPhone) و (iPod) الخاصين بشركة (Apple).
المواسعة الإسقاطية (Projected Capacitance)


شكل طبقات شاشة اللمس التي تعمل بمبدأ المواسعة الكهربائية الإسقاطيةهي نوع من التكنولوجيات التي تستعمل نوعاً من التكنولوجيات التي تتضمن العلاقة بين (س) و (ص) من أسلاك التحسس المدمجة في طبقتين من مادة غير معدنية، و جسم الثالث. في شاشة اللمس، الجسم الثالث هو يمكن له أن يكون إصبع اليد. تتكون مواسعة بين الإصبع و أسلاك التحسس. و لدى القيام باللمس فإنها تحسب بعناية لترسل إلي المعالجة في برنامج يعمل بالحاسوب. و بهذا تحسب طريقة تعامل الحاسوب مع برنامج الكمبيوتر.صفيحة (Visual Planet - ViP) المتفاعلة تعمل بهذا المبدأ. و هي تسمح بالعمل بها حتى مع ارتداء القفازات مما جعل من تكنولوجيا تحسس اللمس بالمواسعة الإسقاطية رائجة في تطبيقات اللمس "عبر النوافذ" (أي في التطبيقات التي لا تحتاج إلى لمس فيزيائي مباشر).
مقياس التوتر (Strain Gauge)

في توليفة مقياس التوتر، تركب الشاشة على أربع نوابض (Spring) عند كل زاوية من زوايا الشاشة، يتم قياس الانحراف في الشاشة عند اللمس. هذه التكنولوجيا تقيس الانحراف في البعد الثالث أيضاً. وهي مناسبة لتستخدم في الأنظمة المفتوحة للعامة مثل أنظمة قطع التذاكر و التي يحتمل أن تمتد إليها يد العبث و التخريب.
التصوير البصري (Optical Imaging)


أقماع الظلال (Silhouette Cones)

بصمة الظل (Visual Hull)هي نتاج تطوير حديث لشاشات اللمس، يثبت اثنين من حساسات التصوير (كاميرات تقريباً) أو أكثر عند أطراف الشاشة (خصوصاً الزوايا). تستخدم أضواء خلفية تحت حمراء في النطاق البصري للكاميرا في الطرف الأخر من الشاشة. اللمس سيبدو كالظل في هذه الحالة و تتولى مدخلات الحساسات مجتمعة تحديد نقطة اللمس و بصمة و حجم الجسم الذي يقوم به. هذه التكنولوجيا سريعة التقدم و الانتشار تبعاً لقابليتها للتحجيم، تنوع استخدامها و سهولة الحصول عليها خاصة للوحدات الكبيرة.
تكنولوجيا الإشارة المتشتتة (Dispersive Signal Technology)

تم تقديمها في 2002، هذا النظام يتتبع الطاقة الميكانيكية في الزجاج الناتجة من اللمس. إذ تقوم خوارزميات معقدة بحساب هذه المعلومات و تحدد الموقع الدقيق للمسة. يزعم بأن هذه التكنولوجيا حصينة ضد الغبار و المواد الخارجية بالإضافة إلى أنها حصينة ضد الخدش. بما أنه لا يوجد معدات إضافية توضع على مكان العرض، فإن هذه التكنولوجيا يدعّى بأنها قادرة على أن تعطي وضوحاً بصرياً عالياً. و بما أن الذبذبات الميكانيكية هي المستخدمة في هذه التكنولوجيا فإنه يمكن استخدام أي جسم في إنتاج الحدث سواء أكان إصبعاً أو قلم لمس (Stylus). واحدة من النواحي السلبية لهذه التقنية هو أنها لا تستطيع استشعار الأجسام الثابتة.
التعرف بالنبضات الصوتية (Acoustic Pulse Recognition)

هذا النظام يستخدم أكثر من اثنين من متحسسات الكهرباء الضغطية (Piezoelectric) متوضعة في بعض الأماكن على الشاشة و ذلك لتحويل الاهتزازات إلى إشارات كهربائية. ليتم بعد ذلك ترجمة هذه الإشارات باستخدام المعدات المثبتة على الشاشة لتحديد مكان اللمس. هذه العملية مشابهة إلى حد كبير لنظام تحديد التوضع العالمي (Global Positioning System - GPS). شاشة اللمس تصنع من الزجاج العادي، لإعطاء المتانة و الوضوح البصري. و هي بالعادة قادرة على العمل مع الخدوش و الغبار و بدقة جيدة. و هي كذلك مناسبة لاستشعار اللمس على السطوح الكبيرة فيزيائياً. أهم الجوانب السلبية لنظام التعرف بالنبضات الصوتية كونه غير قادر على استشعار الأجسام الثابتة.
إن من العلم لسحرا

حتى مع معرفة مبدأ عمل هذه الأمور يبقى أن تراها و هي تعمل أمراً في غاية الدهشة. أفلام الفيديو التالية موجودة على موقع (YouTube) و لقد اتنقيت منها التالي مناسبة للموضوع.الفيديو التالي يتحدث عن موتمر طرح فيه نظام اللمس المتعدد و عن القدرات الهائلة لهذا النظام و كيف أنه من المتوقع أن يغير مفاهيمنا في التفاعل مع الآلة، أترككم مع الفيديو:




و نختم مع هذا الفيديو الذي يظهر استخدامات هذه التكنولوجيا في هاتف (iPhone) الشهير من شركة (Apple) و الذي عنونه صاحبه بأنه "يشبه فلم الخيال العلمي تقرير الأقلية (Minority Report)":