Welkom bij Smartphone Futurology. In deze nieuwe reeks wetenschappelijke artikelen, Mobile Nations gastbijdrager Shen Ye doorloopt de huidige technologieën die in onze telefoons worden gebruikt, evenals de meest geavanceerde dingen die nog in het laboratorium worden ontwikkeld. Er ligt nogal wat wetenschap in het verschiet, aangezien veel van de toekomstige discussies op wetenschappelijk zijn gebaseerd kranten met een enorme hoeveelheid technisch jargon, maar we hebben geprobeerd de dingen zo duidelijk en eenvoudig te houden als mogelijk. Dus als je dieper in wilt gaan op hoe het lef van je telefoon werkt, dan is dit de serie voor jou.
Dit is - voorlopig - de laatste aflevering van onze serie over de toekomst van smartphonetechnologie. Deze week bespreken we de wetenschap achter een heel belangrijk gebied van de bouwkwaliteit van smartphones: het glas van het touchscreen. En terwijl we de serie afronden, zullen we ook zien hoe de huidige staat van mobiele technologie zich verhoudt tot voorspellingen die bijna tien jaar geleden zijn gedaan. Lees verder voor meer informatie.
Verizon biedt de Pixel 4a aan voor slechts $ 10 / maand op nieuwe Unlimited-lijnen
Over de auteur
Shen Ye is een Android-ontwikkelaar en MSci afgestudeerd in scheikunde aan de Universiteit van Bristol. Vang hem op Twitter @shen en Google+ + ShenYe.
Meer in deze serie
Bekijk zeker de eerste drie delen van onze Smartphone Futurology-serie, die betrekking hebben op de toekomst van batterijtechnologie, smartphone schermtechnologie en processors en geheugen.
Versterkt glas
Miljarden dollars worden elk jaar besteed aan schermreparaties, waarbij een deel van de gebruikers besluit om met hun gebarsten scherm te leven in plaats van geld uit te geven aan reparaties. Bijna alle vlaggenschiptelefoons van 2014 gebruikten Gorilla Glass 3 van Corning, hoewel sommige in plaats daarvan kiezen voor generiek gehard glas. Modern gehard glas is het resultaat van meerdere thermische en chemische behandelingsprocessen, waardoor de sterkte van het materiaal toeneemt in vergelijking met gewoon glas.
Als je onder een microscoop naar het oppervlak van een glasplaat kijkt, zul je zien dat het gevuld is met kleine foutjes en microscheurtjes. Deze gebreken maken glas werkelijk vatbaar voor breuk. Als er voldoende spanning wordt uitgeoefend, kunnen deze scheuren zich voortplanten, breken en resulteren in een gebroken glasplaat. Stel je twee vellen papier voor, één is perfect en één heeft een klein scheurtje in het midden. Als u aan de zijkanten van de vellen papier trekt, zal het vel met het kleine scheurtje aanzienlijk minder kracht nodig hebben om te scheuren. Stel je nu voor dat als de kleine scheur zich aan de rand van het vel papier bevond, er nog minder kracht nodig is om zich voort te planten en uiteindelijk het papier doormidden te kantelen. Spanning kan zich heel gemakkelijk opbouwen aan randen en zelfs nog meer in scherpe hoeken; daarom moeten vliegtuigen ramen met afgeronde hoeken hebben.
Gewoon glas is eigenlijk bezaaid met kleine gebreken en scheurtjes - gehard glas sluit deze met behulp van een verscheidenheid aan verschillende technieken.
Gorilla Glass is een soort gehard glas dat bekend staat als "alkali-aluminiumsilicaatglas". Het is het bekendste merk in gehard glas voor smartphones, gebruikt in populaire Android- en Windows-telefoons zoals de Samsung Galaxy S5, HTC One M8, en veel Lumia-handsets. Door de thermische processen wordt het glas gehard, wat een compressiekracht op het buitenoppervlak van het glas veroorzaakt. Dit maakt het glas harder door enkele van die microscheurtjes te dichten, maar maakt het glas ook veiliger - als het glas breekt, zal het in kleine stukjes breken in plaats van grote gevaarlijke scherven (vergelijkbaar met een De daling van Prince Rupert). Behalve temperen, maakt een chemisch proces dat bekend staat als "ionenwisseling" het materiaal ook taaier.
Het glas bevat veel natrium uit het fabricageproces. Terwijl het in een heet gesmolten kaliumbad wordt gedompeld, bewegen de kaliumionen in het glas en verdringen ze de natriumionen. Kalium is groter dan natrium en dit veroorzaakt ook een compressiekracht op het oppervlak van het glas - zoals temperen - waardoor het glas harder wordt.
Gehard glas is extreem hard. De geaccepteerde methode om hardheid te classificeren is het gebruik van "Vicker's hardheidstest". Gorilla Glass 3 is harder dan de meeste metalen en waarschijnlijk het hardste materiaal aan de oppervlakte van je telefoon. Als u uw telefoon in dezelfde zak stopt als uw munten en sleutels, veroorzaakt dit misschien geen krassen op uw scherm, maar het chassis zal waarschijnlijk enkele tekenen van schade oplopen. Kijkend naar het gepubliceerde specificaties van Gorilla Glass is er een aantal beoordelingen die verschillende soorten taaiheid beschrijven.
- Young's Modulus - beschrijft de elasticiteit van een materiaal. Een hoger aantal betekent dat het materiaal stijver is, maar het neveneffect hiervan is een grotere brosheid.
- Poisson-ratio - de axiale spanning van het materiaal wanneer eraan wordt getrokken of geduwd. Stel je voor dat je een stuk kauwgom uitrekt - het midden ervan wordt dunner.
- Afschuifmodulus - beschrijft de reactie van het materiaal op afschuiving, een zeer belangrijke factor als het gaat om het voorkomen van scheuren.
- Breuktaaiheid - meting van de weerstand van het materiaal tegen scheurvorming.
Bij het vergelijken van de bovenstaande waarden tussen Gorilla Glass 3 en de onlangs aangekondigde Gorilla Glass 4, het grote verschil is dat we een lagere Young-modulus krijgen, dus het zou minder broos moeten zijn. De sectie Chemische versterking onthult echter een meer dan dubbele dieptelaag, van 40 µm tot 90 µm. Dit verhoogt de weerstand van GG4 tegen scheurvorming en scheurvorming aanzienlijk, met een dikkere gecomprimeerde oppervlaktelaag. De onderstaande afbeelding toont doorsneden die de schadebestendigheid tussen Gorilla Glass 3 en 4 vergelijken:
Afbeelding tegoed: Corning
Gebruik je echter een screenprotector, dan worden de verschillen minder groot. Schermbeschermers helpen bij het spreiden van eventuele stootbelasting, voldoende om te voorkomen dat er op één plek aanzienlijke spanning ontstaat om een breuk te veroorzaken. Hoe hard je glas ook harden, je kunt al deze natuurlijke gebreken niet volledig elimineren. Daarom beginnen sommige fabrikanten meer exotische materialen zoals saffier te overwegen.
Synthetische saffier
Vorig jaar was er veel hype rond berichten dat de Iphone 6 zou een display hebben gemaakt van synthetisch saffier in plaats van gehard glas. Het is duidelijk dat de hele plaat niet gemaakt zou zijn van kristallijn saffier (het zou te bros zijn), maar eerder een saffiercomposiet dat het materiaal enige elasticiteit geeft. Bij conventionele fabricagemethoden wordt een dunne laag glas gebruikt als substraat waarop aluminiumoxide wordt afgezet, waardoor een dunne laag kristallijn saffier op het oppervlak wordt gevormd. De saffier heeft een aanzienlijk hogere Vicker-hardheid dan conventioneel gehard glas, waardoor het beter bestand is tegen krassen.
Saffierbeeldschermen zijn aanzienlijk harder dan gehard glas ...
De fabricagekosten van saffierbeeldschermen zijn echter enorm hoger dan die van gehard glas, dus dat zijn ze zelden gebruikt voor apparaatdisplays en af en toe gebruikt als lensafdekking voor smartphonecamera's, bijvoorbeeld in recente iPhone-modellen. Er is echter reden om hoopvol te zijn voor goedkopere saffierdisplays in de toekomst, aangezien de prijs van saffierproductie geleidelijk daalt naarmate de processen beter worden geoptimaliseerd.
Vóór de lancering ging het gerucht dat de iPhone 6 een saffierbeeldscherm gebruikte - in werkelijkheid gebruikt het met ionen versterkt glas.
... maar de fabricagekosten zijn hoger en er zijn andere technische uitdagingen die moeten worden opgelost.
Volgens Corning's leidinggevenden weegt de verbeterde hardheid van saffier echter niet op tegen de nadelen. Het heeft een lagere lichtdoorlatendheid die de levensduur van de batterij zou beïnvloeden (omdat hogere achtergrondverlichtingsniveaus vereist zijn), het is 10x duurder dan glas, duurt veel langer om te vervaardigen, is 1,6x zwaarder en is minder goed bestand tegen kraken. Corning heeft natuurlijk zwaar geïnvesteerd in zijn Gorilla Glass-technologie en heeft reden om koud water over dit concurrerende materiaal te gieten.
Met fabrikanten waaronder Kyocera en Huawei die saffieren beeldschermen gebruikt, zullen we zien hoe goed het apparaat bestand is tegen algemeen gebruik. Huawei-executives vertelden het Android Central op IFA 2014 verwachtte het bedrijf dat telefoons met saffieren beeldschermen het volgende jaar een opkomende niche zouden worden. Ondertussen werd Kyocera's Brigadier, een robuuste handset met saffier op het display, 'bijna onverwoestbaar' genoemd na uitgebreide tests door Android Central.
Zodra de productieprocessen van saffier verfijnder en goedkoper worden, zullen we wellicht zien dat meer fabrikanten het kristal in hun apparaatconstructies gaan gebruiken.
Antibacteriële displays
Hoewel we er nooit echt over nadenken, kunnen de touchscreens van onze smartphone een ongelooflijke hoeveelheid bacteriën uit talloze omgevingen bevatten. En aangezien de smartphonemarkt de laatste jaren alleen maar snel groeit, is er niet echt veel onderzoek gedaan naar hoe dit te bestrijden.
Het scherm van je smartphone is absoluut smerig, maar de wetenschap kan helpen.
Een Duitse universiteit proefde 60 touchscreens1 en ontdekte dat een ongereinigd touchscreen gemiddeld 1,37 bacteriekolonievormende eenheden per vierkante centimeter bevatte. Dit is eigenlijk niet zo hoog, ordes van grootte lager dan die van een keukenspons, maar een paar keer hoger dan een ziekenhuis toiletbril2. Dit aantal werd teruggebracht tot 0,22 na reiniging met een microvezeldoek en 0,06 na reiniging met een alcoholdoekje - schoner dan een wc-bril na te zijn gereinigd met wasmiddel. De onderzoekers ontdekten dat de meerderheid van de bacteriën afkomstig was van de menselijke huid, mond en longen - niet verwonderlijk aangezien we onze apparaten zo dicht bij ons gezicht houden. De meeste mensen maken hun smartphoneschermen niet regelmatig schoon, dus touchscreens hebben zeker het potentieel om ziektekiemen naar anderen te verspreiden.
Begin 2014 onthulde Corning hun antimicrobiële Corning Gorilla Glass op CES. Het was het eerste EPA-geregistreerde antimicrobiële displayglas. Het scherm is in wezen bedekt met een dunne laag zilverionen, die ongelooflijke antimicrobiële eigenschappen hebben en waarvan wordt gemeld dat ze 90% van de bacteriën, algen, schimmels en schimmels op het oppervlak doden. Zilver wordt veel gebruikt in ziekenhuizen vanwege het antimicrobiële effect, dat de verspreiding van MRSA helpt voorkomen, en het werd in de Eerste Wereldoorlog gebruikt om wonden te verbouwen om infectie te voorkomen.
De hoeveelheid zilver die nodig is voor de dunne film op smartphoneschermen is erg laag, maar zal dat uiteindelijk wel doen het is aan de fabrikanten of ze de extra dollars op de stuklijst van hun apparaat willen of niet. Aangezien gezondheids- en fitnessfuncties centrale onderdelen van veel smartphones worden, kunnen antibacteriële displays een ander punt van differentiatie vormen voor telefoonfabrikanten.
Afbeelding tegoed: Tactus
Morphing-weergaven
Tactus Technologies, een startup in Californië, pronkt met zijn innovatieve morphing touchscreen-technologie. In rusttoestand ziet het eruit als een gewoon touchscreen, maar als het wordt geactiveerd, kan het een reeks uitstekende vormen genereren die overeenkomen met wat er op het apparaat wordt uitgevoerd. Het voorbeeld dat ze laten zien, is een apparaat waarvan de toetsen uitsteken wanneer het zachte toetsenbord op het scherm wordt weergegeven, waardoor de gebruiker enige voelbare feedback krijgt.
Gebruikers hoeven de afzonderlijke toetsen niet in te drukken, door ze gewoon aan te raken, wordt de toetsaanslag geregistreerd. Het is een indrukwekkende technologie die al meerdere jaren is ontwikkeld, maar nog moet worden geïmplementeerd in een consumentenapparaat. Nu hardwaretoetsenborden door fabrikanten worden verlaten omdat ze dunnere apparaatontwerpen nastreven, is Tactus misschien wat fans van hardwaretoetsenborden zoeken.
Interactieve hologrammen
Op het ACM-symposium over gebruikersinterfacesoftware en -technologie dit jaar heeft de Universiteit van Tokio hun prototype-display onthuld genaamd HaptoMime3. Het is een interactiesysteem in de lucht dat werkt als een zwevend touchscreen dat uw vingertoppen kan stimuleren met behulp van echografie om tactiele feedback te geven. Met behulp van een beeldvormingsplaat wordt een afbeelding op een scherm omgezet in een zwevend hologram. Wanneer het systeem detecteert dat de gebruiker het hologram "aanraakt", zal de ultrasone phased array transducer een gevoel op de vingertop van de gebruiker creëren.
De technologie werkt niet alleen met hologrammen, maar ook met 3D-displays. Het brengt ons een stap dichter bij interacties in Tony Stark-stijl met onze digitale apparaten. Dit zal waarschijnlijk nooit in een smartphone worden gepast, maar het is mogelijk dat het op een bepaald moment in de toekomst in een tabletachtig apparaat kan worden gepropt.
De toekomst van smartphonetechnologie - Zijn we er al?
In februari 2008, 7 maanden voor de eerste release van Android, onthulde Nokia een concepttelefoon: de Nokia Morph. Nokia Research Center en het Nanoscience Center van de Universiteit van Cambridge werkten samen aan dit project om een concepttelefoon waarvan zij geloven dat het de toekomst is van smartphones, gericht op nanotechnologische toepassingen in draagbare apparaten apparaten.
Hoe verhoudt Nokia's visie op toekomstige mobiele technologie zich tot wat we vandaag hebben?
Het apparaat bevatte:
- Buigzaam, doorschijnend apparaat
- Zelfreinigend oppervlak
- 3D uitstekend oppervlak (zoals het Tactus-display)
- Opladen op zonne-energie via "nanograss" -technologie
- Talrijke geïntegreerde sensoren voor het detecteren van factoren zoals luchtvervuiling en hygiëne
Nokia voorspelde dat dergelijke technologieën zouden zijn beschikbaar in 2015, hoe ver is de wetenschap gevorderd om dergelijke functies in een apparaat toe te staan? In de eerste twee artikelen in deze serie zagen we hoe LG een doorschijnend buigbaar OLED-display heeft gemaakt en er zijn twee kandidaten voor buigbare lithiumbatterijen - lithiumkeramiek en lithiumpolymeer met flexibel componenten. We hebben nog geen zelfreinigende oppervlakken, maar er is veel moeite gedaan om een betere oleofobe coating voor glas te ontwikkelen om vettige vlekken van onze apparaten te houden. De huidige prototypes van "nanofur" zijn vatbaar voor het wegwrijven van de coatings door algemene wrijving in onze zakken.
Beeldkrediet: University of Massachusetts, Stanford University
Een doorbraak in nanograss-onderzoek werd pas onlangs gepubliceerd door een samenwerking tussen twee universiteiten in de VS.4. Met behulp van een laag grafeen waren ze in staat om pilaren van zeer efficiënt fotovoltaïsch materiaal dicht te rangschikken - materiaal dat licht omzet in elektrische energie. De structuur van de nanograss vergroot enorm het oppervlak dat in contact komt met zonlicht, waardoor de efficiëntie met 33% verbetert ten opzichte van dunne film zonnepanelen.
Afbeelding tegoed: Tzoa
Tot slot, op naar Nokia's voorspelde sensoren voor vervuiling en hygiëne. Begin december verscheen er een Kickstarter-pagina voor een apparaat genaamd een Tzoa, volgens de pagina is het de eerste wearable die de luchtvervuiling in de directe omgeving meet. Het maakt rechtstreeks verbinding met uw smartphone en verzendt zowel gegevens over luchtverontreiniging als gegevens over UV-blootstelling. De sonde detecteert niet de chemische vervuiling in de lucht, maar wel fijnstof in de lucht, die ook een bedreiging vormt voor onze gezondheid.
En we moeten ook vermelden Samsung Galaxy Note 4, die eind 2014 de eerste reguliere smartphone werd die werd geleverd met een UV-lichtsensor.
Afbeelding tegoed: Caltech
Een verrassende hoeveelheid futuristische dingen is al bij ons - of het nu in het laboratorium is of in de apparaten die we gebruiken.
In 2011 werd een paper gepubliceerd over een klein lensloos platform voor het analyseren van micro-organismen. Het heette de ePetri-schotel en was ontworpen om op een siliciumchip te werken5. (Het is genoemd naar de petrischaal, de conventionele methode om microben te kweken, zodat ze kunnen worden geanalyseerd.) De ePetri-schaal heeft geen grote apparatuur nodig en arbeidsintensieve processen, wordt de cultuur eenvoudig op een beeldchip geplaatst die wordt verlicht door het smartphonescherm en wordt het samenstel in een broedmachine. De gegevens zijn op afstand toegankelijk via een laptop of een andere smartphone, waardoor de gebruiker kan inzoomen en individuele microbiële cellen kan analyseren. De technologie is erg gespecialiseerd en nog ver verwijderd van de Nokia Morph-concepten, maar het is zeker een stap dichterbij.
Op dit moment hebben we veel van de technologie ontwikkeld waarvan Nokia en de Universiteit van Cambridge voorspelden dat deze in 2015 beschikbaar zou moeten zijn. Het concept is nog steeds erg futuristisch, maar het fungeert als een goede inspiratiebron voor degenen die de smartphonetechnologieën voor de toekomst ontwikkelen.
Wie weet, over zeven jaar zullen we misschien een apparaat zien dat lijkt op de Nokia Morph, misschien met technologieën die we ons nog moeten voorstellen.
Bedankt Eric van Evolutive Labs voor het leren van gehard glas!
M. Egert, K. Späth, K. Weik, H. Kunzelmann, C. Hoorn, M. Kohl en F. Zegen, bacteriën op touchscreens van smartphones in een Duitse universitaire setting en evaluatie van twee populaire reinigingsmethoden met in de handel verkrijgbare reinigingsproducten, Folia Microbiologica, 2014: p. 1-6. ↩
EEN. Hambraeus en A.S. Malmborg, Desinfectie of reiniging van ziekenhuistoiletten - een evaluatie van verschillende routines, Journal of Hospital Infection, 1980. 1 (2): p. 159-163. ↩
Y. Monnai, K. Hasegawa, M. Fujiwara, K. Yoshino, S. Inoue en H. Shinoda. 2014, ACM: Honolulu, Hawaii, VS. 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 en A.L. Briseno, intrinsieke en extrinsieke parameters voor het beheersen van de groei van organische enkelkristallijne nanopilaren in fotovoltaïek, Nano Letters, 2014. 14 (10): p. 5547-5554. ↩
G. Zheng, S.A. Lee, Y. Antebi, M.B. Elowitz en C. Yang, The ePetri dish, een on-chip celbeeldvormingsplatform gebaseerd op subpixel perspectief vegende microscopie (SPSM), Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011. 108 (41): p. 16889-16894. ↩
Dit zijn de beste draadloze oordopjes die je voor elke prijs kunt kopen!
De beste draadloze oordopjes zijn comfortabel, klinken geweldig, kosten niet te veel en passen gemakkelijk in een zak.
Alles wat je moet weten over de PS5: releasedatum, prijs en meer.
Sony heeft officieel bevestigd dat het werkt aan de PlayStation 5. Hier is alles wat we er tot nu toe over weten.
Nokia lanceert twee nieuwe budget-Android One-telefoons onder de $ 200.
Nokia 2.4 en Nokia 3.4 zijn de nieuwste toevoegingen aan het budget-smartphone-assortiment van HMD Global. Omdat het beide Android One-apparaten zijn, ontvangen ze gegarandeerd twee belangrijke OS-updates en regelmatige beveiligingsupdates gedurende maximaal drie jaar.
Beveilig uw huis met deze SmartThings deurbellen en sloten.
Een van de beste dingen van SmartThings is dat u een hele reeks andere apparaten van derden op uw systeem kunt gebruiken, inclusief deurbellen en sloten. Omdat ze in wezen allemaal dezelfde SmartThings-ondersteuning delen, hebben we ons gefocust op welke apparaten de beste specificaties en trucs hebben om ze toe te voegen aan je SmartThings-arsenaal.