Добре дошли в Smartphone Futurology. В тази нова поредица от научни статии, Мобилни нации гост сътрудник Шен Йе разглежда актуалните технологии, използвани в нашите телефони, както и модерните неща, които все още се разработват в лабораторията. Предстои доста наука, тъй като много от бъдещите дискусии се основават на научни хартии с огромно количество технически жаргон, но ние се опитахме да запазим нещата толкова ясни и прости, колкото възможен. Така че, ако искате да се потопите по-дълбоко в това как функционират червата на вашия телефон, това е серията за вас.
Това е последната вноска - засега - в нашата поредица за бъдещето на технологията за смартфони. Тази седмица ще разгледаме науката зад една наистина важна област на качеството на изработката на смартфона - стъклото на сензорния екран. И докато завършваме поредицата, ще видим и как текущото състояние на мобилните технологии се сравнява с прогнозите, направени преди почти десетилетие. Прочетете, за да научите повече.
Verizon предлага Pixel 4a само за $ 10 / месец на нови неограничени линии
За автора
Шен Йе е разработчик на Android и завършил MSci по химия от университета в Бристол. Хвани го в Twitter @shen и Google+ + ShenYe.
Повече в тази поредица
Не забравяйте да проверите първите три вноски от нашата серия смартфони Futurology, които покриват бъдещето на технологията на батериите, дисплей за смартфони и процесори и памет.
Закалено стъкло
Милиарди долари се харчат за ремонти на екрани всяка година, като част от потребителите решават да живеят с напукания си екран, вместо да харчат пари за ремонти. Почти всички водещи телефони от 2014 г. са използвали Gorilla Glass 3 от Corning, въпреки че някои вместо това избират общо закалено стъкло. Съвременното закалено стъкло е резултат от множество процеси на термична и химическа обработка, увеличаващи здравината на материала в сравнение с обикновеното стъкло.
Ако погледнете повърхността на стъклен лист под микроскоп, ще откриете, че тя е изпълнена с малки недостатъци и микро пукнатини. Тези недостатъци правят стъкло наистина ли податливи на счупване. Ако се приложи достатъчно напрежение, тези пукнатини могат да се разпространят, да се счупят и да доведат до счупен лист стъкло. Ако си представите 2 листа хартия, единият е идеален, а другият има малка сълза в центъра. Ако сте дръпнали отстрани на хартиените листове, листът с малкото разкъсване ще изисква значително по-малко сила за разкъсване. Сега си представете, ако малката сълза е била на ръба на листа хартия, е необходима още по-малка сила, за да се разпространи и в крайна сметка да наклони хартията наполовина. Стресът може да се натрупа много лесно по краищата и дори повече при острите ъгли; Ето защо самолетите трябва да имат прозорци със заоблени ъгли.
Редовното стъкло всъщност е осеяно с малки недостатъци и пукнатини - закаленото стъкло ги затваря с помощта на различни техники.
Gorilla Glass е вид закалено стъкло, известно като "алкално-алумосиликатно стъкло". Това е най-известната марка в закалено стъкло за смартфони, използвана в популярни телефони с Android и Windows като Samsung Galaxy S5, HTC One M8и много телефони Lumia. Термичните процеси закалят стъклото, което причинява сила на компресия върху външната повърхност на стъклото. Това втвърдява стъклото, като затваря някои от тези микропукнатини, но също така прави стъклото по-безопасно - ако стъклото се счупи, то ще се счупи на малки парчета, вместо на големи опасни парчета (подобно на Капката на принц Рупърт). Освен закаляването, химичният процес, известен като "йонообмен", също втвърдява материала.
Стъклото съдържа много натрий от производствения процес. Докато се потапя в гореща разтопена калиева баня, калиевите йони се преместват в стъклото и изместват натриевите йони. Калият е по-голям от натрия и това също води до сила на компресия върху повърхността на стъклото - подобно закаляване - което укрепва стъклото.
Закаленото стъкло е изключително твърдо. Приетият метод за класифициране на твърдост е използването на "тест за твърдост на Викер". Gorilla Glass 3 е по-твърд от повечето метали и вероятно най-твърдият материал на повърхността на телефона ви. Докато поставяте телефона си в същия джоб, в който вашите монети и ключове може да не причинят надраскване на дисплея, шасито вероятно ще покаже някои признаци на повреда. Поглед към публикувани спецификации на Gorilla Glass има редица оценки, описващи различни видове издръжливост.
- Модул на Йънг - описва еластичността на даден материал. По-голямото число означава, че материалът е по-твърд, но страничният ефект от това е увеличаване на чупливостта.
- Поасоново съотношение - аксиалното напрежение на материала при изтеглянето или изтласкването му. Представете си как опъвате парче дъвка - центърът му ще стане по-тънък.
- Модул на срязване - описва реакцията на материала на срязване, много важен фактор, когато става въпрос за предотвратяване на образуването на пукнатини.
- Устойчивост на разрушаване - измерване на устойчивостта на материала към разпространение на пукнатини.
При сравняване на горните стойности между Стъкло от горила 3 и наскоро обявените Стъкло от горила 4, голямата разлика е, че получаваме по-нисък модул на Юнг, така че трябва да е по-малко чуплив. Разделът за химическо укрепване обаче разкрива повече от два пъти дълбочинен слой, от 40 µm до 90 µm. Това значително увеличава устойчивостта на GG4 на пукнатини и разпространение на пукнатини с по-дебел компресиран повърхностен слой. Изображението по-долу показва напречни сечения, сравняващи устойчивостта на щети между Gorilla Glass 3 и 4:
Кредит за изображение: Corning
Ако обаче използвате протектор на екрана, разликите стават по-малко значими. Протекторите на екрана помагат да се разпръсне всякакъв стрес при удар, достатъчен да предотврати натрупването на значително напрежение на едно място, което да причини фрактура. Колкото и да втвърдявате стъклото, не можете да премахнете напълно всички тези естествени дефекти, поради което някои производители започват да обмислят по-екзотични материали като сапфир.
Синтетичен сапфир
Миналата година имаше много шумни съобщения, че айфон 6 ще има дисплей, направен от синтетичен сапфир вместо закалено стъкло. Очевидно целият лист не би бил направен от кристален сапфир (би бил твърде крехък), а по-скоро от сапфирен композит, който осигурява на материала известна еластичност. Конвенционалните производствени методи включват използване на тънък слой стъкло като субстрат, върху който се отлага алуминиев оксид, образувайки тънък слой кристален сапфир на повърхността. Сапфирът има значително по-висока твърдост по Викер от конвенционалното закалено стъкло, което го прави по-устойчив на надраскване.
Дисплеите от сапфир са значително по-твърди от закаленото стъкло ...
Разходите за производство на сапфирени дисплеи обаче са значително по-високи от тези на закаленото стъкло, така че те рядко са използва се за дисплеи на устройства и понякога се използва като капак на обектива за камери на смартфони, например в последните модели на iPhone. Въпреки това има причина да се надяваме на по-евтини сапфирени дисплеи в бъдеще, тъй като цената на производството на сапфир постепенно намалява, тъй като процесите стават по-оптимизирани.
Преди старта iPhone 6 се говореше, че използва сапфирен дисплей - в действителност той използва стъкло, подсилено с йони.
... но производствените разходи са по-високи и има други технически предизвикателства за решаване.
Според изпълнителите на Corning обаче подобрената твърдост на сапфира не надвишава недостатъците му. Той има по-ниска пропускливост на светлината, което би повлияло на живота на батерията (поради необходимостта от по-високи нива на подсветка), той е 10 пъти по-скъп от стъклото, отнема много повече време за производство, 1,6 пъти е по-тежък и е по-малко устойчив на напукване. Corning, разбира се, е инвестирал сериозно в технологията си Gorilla Glass и има причина да излива студена вода върху този конкуриращ се материал.
С производители включително Kyocera и Huawei, използващи сапфирени дисплеи, ще видим колко добре устройството издържа на обща употреба. Huawei execs каза Android Central на IFA 2014, че компанията очаква телефоните със сапфирени дисплеи да се превърнат във нововъзникваща ниша през следващата година. Междувременно Бригадирът на Kyocera, здрава слушалка, използваща сапфир на дисплея си, беше наречен "почти неразрушим" след обширни тестове от Android Central.
След като производствените процеси на сапфир станат по-усъвършенствани и по-евтини, може да видим повече производители да приемат кристала в своите устройства.
Антибактериални дисплеи
Въпреки че всъщност никога не мислим за това, сензорните ни екрани за смартфони могат да носят невероятно количество бактерии от множество среди. И тъй като пазарът на смартфони само бързо се разраства през последните няколко години, всъщност няма много изследвания за това как да се борим с това.
Екранът на вашия смартфон е абсолютно мръсен, но науката може да помогне.
Немски университет взе проби от 60 сензорни екрана1 и открива, че непочистен сензорен екран съдържа средно 1,37 бактериални единици, образуващи колонии на квадратен сантиметър. Това всъщност не е толкова високо, с порядъци по-ниско от това на кухненската гъба, но няколко пъти по-високо от болничната тоалетна седалка2. Този брой беше намален до 0,22 след почистване с кърпа от микрофибър и 0,06 след почистване с алкохолна кърпа - почистващо средство от тоалетната седалка след почистване с препарат. Изследователите установиха, че по-голямата част от бактериите произхождат от човешка кожа, уста и бели дробове - не е изненадващо, тъй като държим нашите устройства толкова близо до лицето си. Повечето хора не почистват редовно екраните на смартфоните си, така че сензорните екрани определено имат потенциал да разпространяват микроби на други.
В началото на 2014 г. Corning представи своето антимикробно стъкло Corning Gorilla Glass на CES. Това беше първото регистрирано от EPA антимикробно дисплейно стъкло. Дисплеят по същество е покрит с тънък филм от сребърни йони, които имат невероятни антимикробни свойства и се съобщава, че унищожават 90% от бактериите, водораслите, плесените и гъбите на повърхността. Среброто се използва широко в болниците заради антимикробния си ефект, като помага за предотвратяване на разпространението на MRSA и всъщност се използва за превръзка на рани през Първата световна война за предотвратяване на инфекция.
Количеството сребро, необходимо за тънкия филм на дисплеите на смартфоните, е много ниско, но в крайна сметка ще стане да зависи от производителите дали искат добавените долари в сметката за материали на тяхното устройство или не. Независимо от това, тъй като функциите за здраве и фитнес стават централни части на много смартфони, антибактериалните дисплеи могат да представляват друга точка на диференциация за производителите на телефони.
Кредит за изображение: Tactus
Морфинг Дисплеи
Tactus Technologies, стартираща компания в Калифорния, демонстрира иновативната си морфинг сензорна технология. Когато е в състояние на покой, изглежда като обикновен сензорен екран, но когато е активиран, той може да генерира масив от изпъкнали форми, съответстващи на това, което се изпълнява на устройството. Примерът, който показват, е устройство, при което клавишите излизат, когато меката клавиатура се показва на екрана, предоставяйки на потребителя някаква тактилна обратна връзка.
Потребителите не трябва да натискат отделните клавиши, просто докосването им ще регистрира натискането на клавиша. Това е впечатляваща технология, която се разработва от няколко години, но все още не е внедрена в потребителско устройство. Тъй като хардуерните клавиатури са изоставени от производителите, тъй като преследват по-тънки дизайни на устройства, Tactus може да е това, което феновете на хардуерната клавиатура търсят.
Интерактивни холограми
На симпозиума на ACM за софтуер и технологии за потребителски интерфейс тази година Университетът в Токио представи своя прототип на дисплея, наречен HaptoMime3. Това е система за взаимодействие в средата на въздуха, която действа като плаващ сензорен екран, който може да стимулира върховете на пръстите ви с помощта на ултразвук, за да осигури тактилна обратна връзка. Използвайки образна плоча, изображението на екрана се трансформира в плаваща холограма. Когато системата открие, че потребителят „докосва“ холограмата, ултразвуковият фазиран преобразувател ще създаде усещане на върха на пръста на потребителя.
Технологията работи не само с холограми, но и с 3D дисплеи. Това ни доближава една крачка по-близо до взаимодействията в стил Тони Старк с нашите цифрови устройства. Това вероятно никога няма да бъде вградено в смартфон, но е възможно в бъдеще да се натъпче в подобно на таблет устройство.
Бъдещето на смартфоните - Още ли сме там?
Още през февруари 2008 г., 7 месеца преди първоначалното пускане на Android, Nokia представи концептуален телефон - Nokia Morph. Изследователският център на Nokia и Центърът за нанонауки на университета в Кеймбридж си сътрудничат по този проект, за да създадат концептуален телефон, който според тях е бъдещето на смартфоните, фокусирайки се върху нанотехнологични приложения в преносими устройства.
Как се сравнява визията на Nokia за бъдещите мобилни технологии с това, което имаме днес?
Устройството включва:
- Сгъваемо, полупрозрачно устройство
- Самопочистваща се повърхност
- 3D стърчаща повърхност (като дисплея на Tactus)
- Слънчево зареждане чрез технологията "nanograss"
- Многобройни интегрирани сензори за сензорни фактори като замърсяване на въздуха и хигиена
Nokia прогнозира, че такива технологии ще бъдат на разположение до 2015 г., така че докъде е напреднала науката, за да позволи такива функции в дадено устройство? В първите две статии от тази поредица видяхме как LG създаде полупрозрачен огъващ се OLED дисплей и има двама кандидати за огъващи се литиеви батерии - литиево-керамична и литиево-полимерна с гъвкава компоненти. Все още нямаме самопочистващи се повърхности, но бяха положени големи усилия за разработване на по-добро олеофобно покритие за стъкло, за да се предпазят от мазни петна от нашите устройства. Съвременните прототипи от "нанофур" са податливи на изтриване на покритията чрез общо триене в джобовете ни.
Кредит за изображение: Университет в Масачузетс, Станфордски университет
Пробив в изследванията на нанотрава бе публикуван съвсем наскоро в сътрудничество между два университета в САЩ4. Използвайки лист графен, те успяха да подредят плътно стълбове от високоефективен фотоволтаичен материал - материал, който преобразува светлината в електрическа енергия. Структурата на нанограсата значително увеличава повърхността, която е в контакт със слънчевата светлина, подобрявайки ефективността с 33% в сравнение с тънкослойните слънчеви панели.
Кредит за изображение: Tzoa
И накрая, за прогнозираните от Nokia сензори за замърсяване и хигиена. В началото на декември се появи страница на Kickstarter за устройство, наречено Tzoa, според страницата тя е първата носима, която измерва замърсяването на въздуха в непосредствената околна среда. Той се свързва директно с вашия смартфон, изпращайки както данни за замърсяване на въздуха, така и данни за излагане на ултравиолетови лъчи. Сондата не открива химичното замърсяване във въздуха, но всъщност открива частици във въздуха, които също представляват заплаха за нашето здраве.
И ние също трябва да споменем Galaxy Note 4 на Samsung, който в края на 2014 г. стана първият широко разпространен смартфон, доставен със сензор за UV светлина.
Кредит за изображение: Caltech
Изненадващо количество футуристични неща вече са с нас - независимо дали в лабораторията, или в устройствата, които използваме.
Още през 2011 г. беше публикуван доклад за платформа за анализ на микроорганизми без малки лещи. Наричаше се чиния ePetri и е проектирана да работи върху силициев чип5. (Наречена е на чашата на Петри, конвенционалният метод за култивиране на микроби, за да могат те да бъдат анализирани.) Ястието на ePetri не изисква голямо оборудване и трудоемки процеси, културата просто се поставя върху чип с изображение, осветено от дисплея на смартфона, а сглобката се поставя в инкубатор. Данните могат да бъдат достъпни дистанционно чрез лаптоп или друг смартфон, което позволява на потребителя да увеличава и анализира отделни микробни клетки. Технологията е много специализирана и все още е далеч от концепциите на Nokia Morph, но определено е стъпка по-близо.
В момента разработихме голяма част от технологията, която Nokia и Университетът в Кеймбридж прогнозираха, че трябва да бъде достъпна до 2015 г. Концепцията все още е много футуристична, но действа като добър източник на вдъхновение за тези, които разработват технологиите за смартфони за в бъдеще.
Кой знае, след още седем години може би ще видим устройство, подобно на Nokia Morph, може би с технологии, които тепърва трябва да си представяме.
Благодаря на Ерик от Evolutive Labs, че ме научи за закаленото стъкло!
М. Егерт, К. Späth, K. Weik, H. Kunzelmann, C. Хорн, М. Kohl и F. Благословия, Бактерии на сензорни екрани на смартфони в немска университетска обстановка и оценка на две популярни методи за почистване с използване на търговски продукти за почистване, Folia Microbiologica, 2014: стр. 1-6. ↩
А. Хамбрей и А.С. Малмборг, Дезинфекция или почистване на болнични тоалетни - оценка на различни съчетания, Journal of Hospital Infection, 1980. 1 (2): стр. 159-163. ↩
Y. Моннай, К. Хасегава, М. Фудживара, К. Йошино, С. Inoue и H. Шинода. 2014, ACM: Хонолулу, Хавай, САЩ. стр. 663-667. ↩
Y. Zhang, Y. Диао, Х. Лий, T.J. Мирабито, Р. У. Джонсън, Е. Пуодзюкинайте, Дж. Джон, К.Р. Картър, Т. Emrick, S.C.B. Mannsfeld и A.L.Briseno, присъщи и външни параметри за контролиране на растежа на органични монокристални нано-стълбове във фотоволтаици, Nano Letters, 2014. 14 (10): стр. 5547-5554. ↩
G. Zheng, S.A. Lee, Y. Антеби, М.Б. Elowitz и C. Янг, чинията ePetri, платформа за изобразяване на клетки с чип, базирана на подпикселна микроскопия в перспектива (SPSM), Известия на Националната академия на науките, 2011. 108 (41): стр. 16889-16894. ↩
Това са най-добрите безжични слушалки, които можете да закупите на всяка цена!
Най-добрите безжични слушалки са удобни, звучат страхотно, не струват прекалено много и лесно се побират в джоба.
Всичко, което трябва да знаете за PS5: Дата на издаване, цена и много други.
Sony официално потвърди, че работи по PlayStation 5. Ето всичко, което знаем за него до момента.
Nokia пуска два нови бюджетни телефона Android One под $ 200.
Nokia 2.4 и Nokia 3.4 са най-новите допълнения към бюджетната гама смартфони на HMD Global. Тъй като и двете са устройства с Android One, гарантирано ще получат две основни актуализации на ОС и редовни актуализации на защитата до три години.
Защитете дома си с тези звънци и брави SmartThings.
Едно от най-добрите неща за SmartThings е, че можете да използвате множество други устройства на трети страни на вашата система, включени звънци и брави. Тъй като всички те по същество споделят една и съща поддръжка на SmartThings, ние се фокусирахме върху това кои устройства имат най-добрите спецификации и трикове, за да оправдаят добавянето им към вашия арсенал SmartThings.