Vítejte ve futurologii chytrých telefonů. V této nové sérii vědeckých článků Mobilní národy přispěvatel Shen Ye prochází současnými technologiemi používanými v našich telefonech a také špičkovými věcmi, které se v laboratoři stále vyvíjejí. Před námi je docela dost vědy, protože mnoho budoucích diskusí je založeno na vědeckých papíry s obrovským množstvím technického žargonu, ale snažili jsme se, aby věci byly jednoduché a jednoduché možný. Takže pokud se chcete ponořit hlouběji do toho, jak fungují vnitřnosti vašeho telefonu, toto je řada pro vás.
Toto je poslední díl - zatím - v naší sérii o budoucnosti technologie smartphonů. Tento týden se budeme zabývat vědou, která stojí za jednou opravdu důležitou oblastí kvality sestavení smartphonu - sklem dotykové obrazovky. A když budeme sérii koncipovat, uvidíme také, jak se současný stav mobilní technologie srovnává s předpovědi před téměř deseti lety. Přečtěte si další informace.
Verizon nabízí Pixel 4a za pouhých 10 $ / měsíc na nových linkách Unlimited
O autorovi
Shen Ye je vývojář pro Android a absolvent MSci v oboru chemie na univerzitě v Bristolu. Chyťte ho na Twitteru @shen a Google+ + ShenYe.
Více v této sérii
Nezapomeňte se podívat na první tři splátky z naší řady Smartphone Futurology, které pokrývají budoucnost technologie baterií, technologie displeje smartphonu a procesory a paměť.
Tvrzené sklo
Miliardy dolarů jsou každoročně utráceny za opravy obrazovek, přičemž část uživatelů se místo utrácení peněz za opravy rozhodla žít se svou popraskanou obrazovkou. Téměř všechny vlajkové telefony roku 2014 používaly Gorilla Glass 3 od Corningu, i když některé se místo toho rozhodly pro obecné tvrzené sklo. Moderní tvrzené sklo je výsledkem mnoha procesů tepelného a chemického zpracování, což zvyšuje pevnost materiálu ve srovnání s běžným sklem.
Když se podíváte na povrch skleněné tabule pod mikroskopem, zjistíte, že je naplněn drobnými vadami a mikrotrhlinami. Tyto chyby dělají sklo opravdu náchylné k rozbití. Při dostatečném namáhání se tyto praskliny mohou šířit, lámat a vést k rozbití skleněné tabule. Pokud si představíte 2 listy papíru, jeden je dokonalý a jeden má uprostřed malou slzu. Pokud jste táhli po stranách listů papíru, bude list s malou trhlinou vyžadovat podstatně menší sílu, aby se roztrhl. Nyní si představte, že pokud byla malá trhlina na okraji listu papíru, je zapotřebí ještě menší síly, aby se mohla šířit a nakonec naklonit papír na polovinu. Stres se může velmi snadno vytvářet na okrajích a ještě více v ostrých rozích; proto musí mít letadla okna se zaoblenými rohy.
Pravidelné sklo je ve skutečnosti plné drobných vad a prasklin - tvrzené sklo je uzavírá pomocí různých technik.
Sklo Gorilla Glass je druh tvrzeného skla známého jako „alkalicko-hlinitokřemičité sklo“. Je to nejznámější značka z tvrzeného skla pro smartphony, používaná v populárních telefonech Android a Windows, jako je Samsung Galaxy S5, HTC One M8a mnoho sluchátek Lumia. Tepelné procesy temperují sklo, což způsobuje kompresní sílu na vnějším povrchu skla. Toto sklo zpevní uzavřením některých z těchto mikrotrhlin, ale také zvýší bezpečnost skla - pokud se sklo rozbije, rozbije se na malé kousky místo velkých nebezpečných střepů (podobně jako Kníže prince Ruperta). Kromě temperování materiál zpevňuje také chemický proces známý jako „iontová výměna“.
Sklo obsahuje hodně sodíku z výrobního procesu. Když se ponoří do horké roztavené draselné lázně, draselné ionty se pohybují ve skle a vytlačují sodné ionty. Draslík je větší než sodík a to také způsobuje kompresní sílu na povrchu skla - jako je temperování - která sklo zpevňuje.
Tvrzené sklo je extrémně tvrdé. Přijatou metodou klasifikace tvrdosti je použití „Vickerova testu tvrdosti“. Sklo Gorilla Glass 3 je tvrdší než většina kovů a je pravděpodobně nejtvrdším materiálem na povrchu vašeho telefonu. Přestože by váš telefon ve stejné kapse jako vaše mince a klíče nemusel způsobit poškrábání displeje, šasi pravděpodobně zachytilo nějaké známky poškození. Při pohledu na zveřejněné specifikace skla Gorilla Glass existuje řada hodnocení popisujících různé druhy houževnatosti.
- Youngův modul - popisuje pružnost materiálu. Vyšší číslo znamená, že materiál je tužší, ale jeho vedlejším účinkem je zvýšení křehkosti.
- Poisson Ratio - axiální napětí materiálu, když je tažen nebo tlačen. Představte si, že natahujete kousek žvýkačky - jeho střed se ztenčí.
- Modul smyku - popisuje reakci materiálu na smyku, což je velmi důležitý faktor, pokud jde o zabránění vzniku trhlin.
- Lomová houževnatost - měření odolnosti materiálu proti šíření trhlin.
Při porovnávání výše uvedených hodnot mezi Gorilla Glass 3 a nedávno oznámené Gorilla Glass 4, velký rozdíl je v tom, že dostaneme nižší Youngův modul, takže by měl být méně křehký. Sekce Chemické posilování však odhaluje více než dvojnásobnou hloubkovou vrstvu, od 40 µm do 90 µm. To výrazně zvyšuje odolnost GG4 proti praskání a šíření trhlin se silnější stlačenou povrchovou vrstvou. Obrázek níže ukazuje průřezy porovnávající odolnost proti poškození mezi Gorilla Glass 3 a 4:
Obrazový kredit: Corning
Pokud však používáte chránič obrazovky, rozdíly se stanou méně významnými. Chrániče obrazovky pomáhají rozptýlit jakékoli nárazy nárazů natolik, aby se zabránilo výraznému nárůstu napětí na jednom místě a nezpůsobilo to zlomeninu. Jakkoli tvrdíte sklo, nemůžete úplně odstranit všechny tyto přirozené vady, a proto někteří výrobci začínají uvažovat o exotičtějších materiálech, jako je safír.
Syntetický safír
V loňském roce se kolem zpráv objevilo mnoho humbuků, že Iphone 6 místo tvrzeného skla by měl displej vyrobený ze syntetického safíru. Je zřejmé, že celý list by nebyl vyroben z krystalického safíru (byl by příliš křehký), ale spíše ze safírového kompozitu, který materiálu dodává určitou pružnost. Konvenční způsoby výroby zahrnují použití tenké vrstvy skla jako substrátu, na který se nanáší oxid hlinitý, čímž se na povrchu vytvoří tenká vrstva krystalického safíru. Safír má dramaticky vyšší tvrdost podle Vickera než běžné tvrzené sklo, díky čemuž je odolnější proti poškrábání.
Safírové displeje jsou výrazně tvrdší než tvrzené sklo ...
Náklady na výrobu safírových displejů jsou však enormně vyšší než náklady na tvrzené sklo, takže jsou zřídka používá se pro displeje zařízení a příležitostně se používá jako krytka objektivu pro fotoaparáty smartphonů, například v posledních modelech iPhone Existuje však důvod, proč v budoucnu doufat v levnější safírové displeje, protože cena výroby safíru se postupně snižuje, jak se procesy optimalizují.
Před spuštěním se o iPhonu 6 říkalo, že používá safírový displej - ve skutečnosti používá sklo zesílené ionty.
... ale výrobní náklady jsou vyšší a je třeba řešit další technické výzvy.
Podle Corningových exekutorů však zlepšená tvrdost safíru nepřeváží jeho nevýhody. Má nižší propustnost světla, která by ovlivnila životnost baterie (kvůli vyšším úrovním podsvícení), je 10x dražší než sklo, výroba trvá mnohem déle, je 1,6x těžší a je méně odolná praskání. Společnost Corning je samozřejmě silně investována do technologie Gorilla Glass a má důvod nalít studenou vodu na tento konkurenční materiál.
S výrobci včetně Kyocera a Huawei používající safírové displeje, uvidíme, jak dobře zařízení vydrží obecné použití. Říkají to Huawei Android Central na veletrhu IFA 2014 společnost očekávala, že se telefony se safírovými displeji stanou v následujícím roce vznikajícím výklenkem. Mezitím byl brigádní generál Kyocery, robustní telefon využívající na displeji safír, po rozsáhlém testování nazýván „téměř nezničitelný“ Android Central.
Jakmile budou výrobní procesy zafíru rafinovanější a levnější, může se stát, že více výrobců přijme krystal ve svých sestavách zařízení.
Antibakteriální displeje
Ačkoli na to nikdy opravdu nemyslíme, naše dotykové obrazovky smartphonu mohou nést neuvěřitelné množství bakterií z mnoha prostředí. A vzhledem k tomu, že trh se smartphony v posledních několika letech jen rychle rostl, ve skutečnosti nebylo mnoho výzkumů, jak tomu čelit.
Obrazovka vašeho smartphonu je naprosto špinavá - ale věda vám může pomoci.
Německá univerzita vzorkovala 60 dotykových obrazovek1 a objevil nevyčištěnou dotykovou obrazovku, která obsahovala průměrně 1,37 bakteriální kolonie tvořící jednotky na centimetr čtvereční. To ve skutečnosti není tak vysoké, řádově nižší než u kuchyňské houby, ale několikrát vyšší než nemocniční toaletní sedátko2. Tento počet byl snížen na 0,22 po vyčištění hadříkem z mikrovlákna a 0,06 po vyčištění alkoholovým čističem než na záchodovou sedačku po vyčištění saponátem. Vědci zjistili, že většina bakterií pochází z lidské kůže, úst a plic - což není překvapující, protože naše zařízení držíme tak blízko našeho obličeje. Většina lidí své smartphony pravidelně nečistí, takže dotykové obrazovky rozhodně mají potenciál šířit bakterie na ostatní.
Na začátku roku 2014 představila společnost Corning na CES své antimikrobiální sklo Corning Gorilla Glass. Bylo to první antimikrobiální zobrazovací sklo registrované v EPA. Displej je v podstatě potažen tenkým filmem iontů stříbra, které mají neuvěřitelné antimikrobiální vlastnosti a údajně ničí 90% bakterií, řas, plísní a hub na povrchu. Stříbro bylo v nemocnicích široce používáno pro svůj antimikrobiální účinek, který pomáhá předcházet šíření MRSA, a ve skutečnosti se používalo k oblékání ran v první světové válce k prevenci infekce.
Množství stříbra potřebné pro tenkou vrstvu na displejích smartphonů je velmi nízké, ale nakonec bude být na výrobcích, zda chtějí přidané dolary na kusovníku zařízení nebo ne. Přestože se funkce zdraví a fitness stávají ústřední součástí mnoha smartphonů, mohou antibakteriální displeje pro výrobce telefonů představovat další rozdíl.
Obrazový kredit: Tactus
Morphing displeje
Tactus Technologies, startup v Kalifornii, předvádí svou inovativní technologii morphing dotykové obrazovky. V klidovém stavu vypadá jako obyčejná dotyková obrazovka, ale při aktivaci může generovat řadu vyčnívajících tvarů odpovídajících tomu, co běží na zařízení. Příklad, který ukazují, je zařízení, kde klávesy vyčnívají, když se na obrazovce zobrazuje softwarová klávesnice, a poskytuje uživateli určitou hmatovou zpětnou vazbu.
Uživatelé nemusí stisknout jednotlivá tlačítka, pouze jejich dotyk zaregistruje stisknutí klávesy. Jedná se o působivou technologii, která byla vyvíjena již několik let, ale musí být dosud implementována do spotřebitelského zařízení. Vzhledem k tomu, že výrobci hardwarových klávesnic upustili od snahy o tenčí design zařízení, může být Tactus tím, co fanoušci hardwarových klávesnic hledají.
Interaktivní hologramy
Na letošním sympoziu ACM o softwaru a technologii uživatelského rozhraní představila Tokijská univerzita svůj prototypový displej s názvem HaptoMime3. Jedná se o systém interakce ve vzduchu, který funguje jako plovoucí dotyková obrazovka, která může stimulovat vaše prsty pomocí ultrazvuku a poskytovat hmatovou zpětnou vazbu. Pomocí zobrazovací desky se obraz na obrazovce transformuje do plovoucího hologramu. Když systém detekuje, že se uživatel „dotýká“ hologramu, vytvoří ultrazvukový sfázovaný měnič pole pocit na prstu uživatele.
Tato technologie pracuje nejen s hologramy, ale také s 3D displeji. Přináší nás to o krok blíže k interakcím Tonyho Starka s našimi digitálními zařízeními. To pravděpodobně nikdy nebude namontováno do smartphonu, ale je možné, že by to mohlo být v budoucnu napěchováno do zařízení podobného tabletu.
Budoucnost technologie smartphonů - jsme tam už?
V únoru 2008, 7 měsíců před počátečním vydáním systému Android, představila Nokia koncepční telefon - Nokia Morph. Na tomto projektu spolupracovaly Nokia Research Center a Nanoscience Center z University of Cambridge, aby vytvořily koncepční telefon, o kterém věří, že je budoucností smartphonů, zaměřený na nanotechnologické aplikace v přenosných zařízeních zařízení.
Jak se vize Nokie budoucích mobilních technologií srovnává s tím, co máme dnes?
Zařízení obsahovalo:
- Ohebné, průsvitné zařízení
- Samočisticí povrch
- 3D vyčnívající povrch (jako displej Tactus)
- Solární nabíjení pomocí technologie „nanograss“
- Četné integrované senzory pro snímání faktorů, jako je znečištění ovzduší a hygiena
Nokia předpovídala, že takové technologie budou k dispozici do roku 2015, jak daleko pokročila věda, aby umožnila takové funkce v zařízení? V prvních dvou článcích této série jsme viděli, jak společnost LG vytvořila průsvitný ohybný OLED displej a existují dva kandidáti na ohýbatelné lithiové baterie - lithiová keramika a lithiový polymer s pružnými komponenty. Dosud nemáme samočisticí povrchy, ale bylo vyvinuto velké úsilí ve vývoji lepších oleofobních povlaků na sklo, které nám pomohou udržet mastné šmouhy na našich zařízeních. Současné prototypy „nanofur“ jsou náchylné k tomu, aby se povlaky stíraly obecným třením v našich kapsách.
Obrazový kredit: University of Massachusetts, Stanford University
Průlom ve výzkumu nanograsu byl publikován teprve nedávno ve spolupráci dvou univerzit v USA4. Pomocí listu grafenu dokázali hustě uspořádat sloupy vysoce účinného fotovoltaického materiálu - materiálu, který přeměňuje světlo na elektrickou energii. Struktura nanograsy výrazně zvyšuje povrchovou plochu, která je v kontaktu se slunečním zářením, a zvyšuje účinnost o 33% oproti tenkovrstvým solárním panelům.
Obrazový kredit: Tzoa
A konečně, na předpovězené senzory znečištění a hygieny od společnosti Nokia. Na začátku prosince se objevila stránka Kickstarter pro zařízení zvané Tzoa, podle stránky se jedná o první nositelné zařízení, které měří znečištění ovzduší v bezprostředním okolí. Připojuje se přímo k vašemu smartphonu a odesílá data o znečištění ovzduší i údaje o vystavení UV záření. Sonda nezjistí chemické znečištění ve vzduchu, ale ve skutečnosti detekuje částice ve vzduchu, které také představují hrozbu pro naše zdraví.
A měli bychom také zmínit Samsung Galaxy Note 4, který se na konci roku 2014 stal prvním běžným smartphonem dodávaným se snímačem UV světla.
Obrazový kredit: Caltech
Překvapivé množství futuristických věcí už máme - ať už v laboratoři, nebo v zařízeních, která používáme.
V roce 2011 byl publikován článek o malé platformě bez čoček pro analýzu mikroorganismů. Nazývalo se to jídlo ePetri a bylo navrženo pro práci na silikonovém čipu5. (Je pojmenována po Petriho misce, konvenční metodě kultivace mikrobů, aby mohly být analyzovány.) Miska ePetri nevyžaduje velké vybavení a procesy náročné na práci, kultura se jednoduše umístí na obrazový čip osvětlený displejem smartphonu a sestava se umístí do inkubátor. K datům lze přistupovat na dálku prostřednictvím notebooku nebo jiného smartphonu, což uživateli umožňuje přiblížit a analyzovat jednotlivé mikrobiální buňky. Tato technologie je velmi specializovaná a stále daleko od konceptů Nokia Morph, ale je určitě o krok blíž.
V tuto chvíli jsme vyvinuli mnoho technologií, které Nokia a University of Cambridge předpovídaly, že by měly být k dispozici do roku 2015. Koncept je stále velmi futuristický, ale slouží jako dobrý zdroj inspirace pro ty, kteří vyvíjejí technologie smartphonů pro budoucnost.
Kdo ví, za dalších sedm let se možná dočkáme zařízení podobného Nokii Morph, možná s technologiemi, které si ještě musíme představit.
Děkuji Ericovi z Evolutive Labs, že mě učil o tvrzeném skle!
M. Egert, K. Späth, K. Weik, H. Kunzelmann, C. Horn, M. Kohl a F. Požehnání, bakterie na dotykových obrazovkách smartphonů v prostředí německé univerzity a hodnocení dvou populární metody čištění pomocí komerčně dostupných čisticích prostředků, Folia Microbiologica, 2014: p. 1-6. ↩
A. Hambraeus a A.S. Malmborg, Dezinfekce nebo čištění nemocničních toalet - vyhodnocení různých postupů, Journal of Hospital Infection, 1980. 1 (2): s. 1 159-163. ↩
Y. Monnai, K. Hasegawa, M. Fujiwara, K. Yoshino, S. Inoue a H. Shinoda. 2014, ACM: Honolulu, Hawaii, USA. p. 663-667. ↩
Y. Zhang, Y. Diao, H. Lee, T.J. Mirabito, R.W. Johnson, E. Puodziukynaite, J. John, K.R. Carter, T. Emrick, S.C.B. Mannsfeld a A.L. Briseno, vnitřní a vnější parametry pro řízení růstu organických jednokrystalických nanopilárů ve fotovoltaice, Nano Letters, 2014. 14 (10): str. 5547-5554. ↩
G. Zheng, S.A.Lee, Y. Antebi, M.B. Elowitz a C. Yang, miska ePetri, platforma pro zobrazování buněk na čipu založená na subpixelové perspektivní zametací mikroskopii (SPSM), Sborník Národní akademie věd, 2011. 108 (41): s. 16889-16894. ↩
Jedná se o nejlepší bezdrátová sluchátka, která si můžete koupit za každou cenu!
Nejlepší bezdrátová sluchátka jsou pohodlná, skvěle znějí, nestojí příliš mnoho a snadno se vejdou do kapsy.
Vše, co potřebujete o PS5 vědět: Datum vydání, cena a další.
Společnost Sony oficiálně potvrdila, že pracuje na PlayStation 5. Tady je vše, co o tom zatím víme.
Nokia uvádí na trh dva nové levné telefony Android One s cenou do 200 $.
Nokia 2.4 a Nokia 3.4 jsou nejnovější přírůstky do řady levných smartphonů HMD Global. Jelikož jsou obě zařízení Android One, je zaručeno, že budou dostávat dvě hlavní aktualizace operačního systému a pravidelné aktualizace zabezpečení až na tři roky.
Zabezpečte si svůj domov pomocí těchto zvonků a zámků SmartThings.
Jednou z nejlepších věcí na SmartThings je, že můžete ve svém systému použít spoustu dalších zařízení třetích stran, včetně zvonků a zámků. Vzhledem k tomu, že všichni v zásadě sdílejí stejnou podporu SmartThings, zaměřili jsme se na to, která zařízení mají nejlepší specifikace a triky, aby bylo možné je přidat do vašeho arzenálu SmartThings.