Vitajte v aplikácii Futurológia pre smartfóny. V tejto novej sérii článkov naplnených vedou Mobilné národy prispievateľ Shen Ye prechádza súčasnými technológiami používanými v našich telefónoch a najnovšími vecami, ktoré sa v laboratóriu stále vyvíjajú. Je pred nami dosť veľa vedy, pretože veľa budúcich diskusií bude založených na vedeckých poznatkoch papierov s obrovským množstvom technického žargónu, ale snažili sme sa, aby veci boli také jednoduché a jednoduché možné. Takže ak sa chcete hlbšie ponoriť do toho, ako fungujú vnútornosti vášho telefónu, toto je séria pre vás.
Toto je posledný diel - zatiaľ - v našej sérii o budúcnosti technológie smartphonov. Tento týždeň sa budeme venovať vede, ktorá stojí za jednou skutočne dôležitou oblasťou kvality zostavovania smartfónov - sklom dotykovej obrazovky. A keď sériu končíme, uvidíme tiež, ako je súčasný stav mobilných technológií v porovnaní s predpoveďami pred takmer desiatimi rokmi. Čítajte ďalej a dozviete sa viac.
Verizon ponúka Pixel 4a na nových linkách Unlimited iba za 10 dolárov za mesiac
O autorovi
Shen Ye je vývojár pre Android a absolvent MSci v odbore chémia na univerzite v Bristole. Chyťte ho na Twitteri @shen a Google+ + ShenYe.
Viac v tejto sérii
Nezabudnite si pozrieť prvé tri splátky našej série Futurológia pre smartphony budúcnosť technológie batérií, smartphone displej tech a procesory a pamäť.
Tvrdené sklo
Miliardy dolárov sa každoročne vynakladajú na opravy obrazoviek, pričom časť používateľov sa namiesto utrácania peňazí za opravy rozhodla žiť so svojou prasknutou obrazovkou. Takmer všetky vlajkové telefóny roku 2014 používali sklo Gorilla Glass 3 od spoločnosti Corning, aj keď niektoré sa rozhodli pre všeobecné tvrdené sklo. Moderné tvrdené sklo je výsledkom viacerých procesov tepelného a chemického spracovania, ktoré zvyšujú pevnosť materiálu v porovnaní s bežným sklom.
Ak sa pozriete na povrch sklenenej tabule pod mikroskopom, zistíte, že je naplnená malými chybami a mikrotrhlinami. Tieto chyby robia sklo naozaj náchylné na rozbitie. Pri dostatočnom namáhaní sa tieto praskliny môžu šíriť, lámať a viesť k rozbitiu sklenenej tabule. Ak si predstavíte 2 listy papiera, jeden je dokonalý a jeden má v strede malú slzu. Ak potiahnete za bočné strany listov papiera, list s malou trhlinou bude vyžadovať podstatne menšiu silu na roztrhnutie. Teraz si predstavte, že ak by sa malá trhlina nachádzala na okraji hárku papiera, je potrebná ešte menšia sila na to, aby sa rozšírila a nakoniec papier naklonila na polovicu. Stres sa môže veľmi ľahko vytvárať na okrajoch a ešte viac v ostrých rohoch; z tohto dôvodu sa vyžaduje, aby lietadlá mali okná so zaoblenými rohmi.
Pravidelné sklo je skutočne posiate drobnými chybami a prasklinami - tvrdené sklo ich uzatvára pomocou rôznych technik.
Sklo Gorilla Glass je typ tvrdeného skla známeho ako „alkalicko-hlinitokremičitanové sklo“. Je to najznámejšia značka z tvrdeného skla pre smartphony, ktorá sa používa v populárnych telefónoch so systémom Android a Windows, ako je Samsung Galaxy S5, HTC One M8a veľa telefónov Lumia. Tepelné procesy temperujú sklo, čo spôsobuje kompresnú silu na jeho vonkajšom povrchu. Toto tvrdne sklo tým, že uzavrie niektoré z týchto mikrotrhlín, ale zároveň zvyšuje bezpečnosť skla - ak sa sklo rozbije, rozbije sa na malé kúsky namiesto veľkých nebezpečných úlomkov (podobne ako Kvapka princa Ruperta). Okrem temperovania materiál tvrdne aj jeho chemický proces známy ako „iónová výmena“.
Sklo obsahuje veľa sodíka z výrobného procesu. Keď sa draselné ióny ponoria do horúceho kúpeľa s roztaveným draslíkom, presunú sa do pohára a vytlačia sodné ióny. Draslík je väčší ako sodík a to tiež spôsobuje kompresnú silu na povrchu skla - ako je to pri temperovaní -, ktorá tvrdne.
Tvrdené sklo je mimoriadne tvrdé. Prijatá metóda klasifikácie tvrdosti je pomocou „Vickerovho testu tvrdosti“. Sklo Gorilla Glass 3 je tvrdšie ako väčšina kovov a pravdepodobne je to najtvrdší materiál na povrchu vášho telefónu. Aj keď by váš telefón bol v rovnakom vrecku ako vaše mince a kľúče, mohlo by dôjsť k poškriabaniu displeja, ale šasi pravdepodobne zaznamená určité známky poškodenia. Pri pohľade na zverejnené špecifikácie skla Gorilla Glass existuje množstvo hodnotení popisujúcich rôzne druhy tvrdosti.
- Youngov modul - popisuje pružnosť materiálu. Vyššie číslo znamená, že materiál je tuhší, ale jeho vedľajším účinkom je zvýšenie krehkosti.
- Poissonov pomer - axiálne napätie materiálu, keď je ťahaný alebo tlačený. Predstavte si, že natiahnete kúsok žuvačky - jej stred sa zúži.
- Modul šmyku - popisuje reakciu materiálu na šmyk, čo je veľmi dôležitý faktor, pokiaľ ide o zabránenie vzniku trhlín.
- Lomová húževnatosť - meranie odolnosti materiálu proti šíreniu trhlín.
Pri porovnaní vyššie uvedených hodnôt medzi Gorilla Glass 3 a nedávno oznámené Gorilla Glass 4, veľký rozdiel je v tom, že dostaneme nižší Youngov modul, takže by mal byť menej krehký. Sekcia Chemické posilňovanie však odhaľuje viac ako dvojnásobok hĺbkovej vrstvy, od 40 µm do 90 µm. To výrazne zvyšuje odolnosť GG4 proti praskaniu a šíreniu trhlín so silnejšou stlačenou povrchovou vrstvou. Obrázok nižšie zobrazuje prierezy porovnávajúce odolnosť proti poškodeniu medzi Gorilla Glass 3 a 4:
Obrazový kredit: Corning
Ak však použijete ochranu obrazovky, rozdiely sa zmenšia. Chrániče obrazovky pomáhajú rozložiť akýkoľvek nárazový stres, a to natoľko, aby zabránil vytváraniu výrazného stresu na jednom mieste a nezlomil ho. Akokoľvek tvrdíte sklo, nemôžete úplne vylúčiť všetky tieto prírodné chyby, a preto niektorí výrobcovia začínajú uvažovať o exotickejších materiáloch, ako je zafír.
Syntetický zafír
Minulý rok sa okolo správ objavili veľké humbuky iPhone 6 by namiesto tvrdeného skla mal displej vyrobený zo syntetického zafíru. Je zrejmé, že celá fólia by nebola vyrobená z kryštalického zafíru (bol by príliš krehký), ale skôr zo zafírového kompozitu, ktorý dodáva materiálu určitú pružnosť. Bežné výrobné metódy zahŕňajú použitie tenkej vrstvy skla ako substrátu, na ktorý sa nanáša oxid hlinitý, pričom sa na povrchu vytvorí tenká vrstva kryštalického zafíru. Zafír má dramaticky vyššiu Vickerovu tvrdosť ako bežné tvrdené sklo, vďaka čomu je odolnejší voči poškriabaniu.
Zafírové displeje sú výrazne tvrdšie ako tvrdené sklo ...
Náklady na výrobu zafírových displejov sú však enormne vyššie ako náklady na tvrdené sklo, takže sú ojedinelé používa sa na displeje zariadení a príležitostne sa používa ako krytka objektívu pre fotoaparáty smartphone, napríklad v posledných modeloch iPhone. Existuje však dôvod dúfať v budúcnosti v prípade lacnejších zafírových displejov, pretože cena výroby zafíru sa postupne znižuje so zvyšovaním optimalizácie procesov.
Pred uvedením na trh sa hovorilo o iPhone 6, ktorý používal zafírový displej - v skutočnosti používa sklo zosilnené iónmi.
... ale výrobné náklady sú vyššie a je potrebné vyriešiť ďalšie technické výzvy.
Podľa správ spoločnosti Corning však zlepšená tvrdosť zafíru neprevažuje nad jeho nevýhodami. Má nižšiu priepustnosť svetla, čo by malo vplyv na životnosť batérie (z dôvodu potreby vyšších úrovní podsvietenia), je to 10x drahšie ako sklo, výroba trvá oveľa dlhšie, je 1,6x ťažšia a je menej odolná voči praskanie. Spoločnosť Corning samozrejme veľmi investuje do svojej technológie Gorilla Glass a má dôvod vylievať tento konkurenčný materiál studenou vodou.
S výrobcami vrátane Kyocera a Huawei používajúci zafírové displeje, uvidíme, ako dobre zariadenie vydrží všeobecné použitie. Povedali vedúci spoločnosti Huawei Android Central na veľtrhu IFA 2014 spoločnosť očakávala, že telefóny so zafírovými displejmi sa v nasledujúcom roku stanú novo vznikajúcim výklenkom. Brigádny spoločník spoločnosti Kyocera, odolný telefón so zafírom na displeji, bol medzičasom po rozsiahlom testovaní nazývaný „takmer nezničiteľný“. Android Central.
Len čo sa zafírové výrobné procesy stanú rafinovanejšími a lacnejšími, možno uvidíme viac výrobcov, ktorí si osvoja kryštál vo svojich zostavách zariadení.
Antibakteriálne displeje
Aj keď nad tým nikdy poriadne nepremýšľame, naše dotykové obrazovky smartphonu dokážu preniesť neuveriteľné množstvo baktérií z mnohých prostredí. A keďže trh so smartphonmi v posledných rokoch iba rýchlo rástol, v skutočnosti ešte nebol veľa výskumov, ako proti tomu bojovať.
Obrazovka vášho smartphonu je úplne špinavá - ale veda vám môže pomôcť.
Nemecká univerzita vzorkovala 60 dotykových obrazoviek1 a zistili, že nevyčistená dotyková obrazovka obsahovala priemerne 1,37 bakteriálnej kolónie tvoriacej jednotky na centimeter štvorcový. To v skutočnosti nie je také vysoké, rádovo nižšie ako v prípade kuchynskej špongie, ale niekoľkokrát vyššie ako v nemocničnom WC sedadle2. Tento počet sa znížil na 0,22 po vyčistení handričkou z mikrovlákna a 0,06 po vyčistení alkoholovým čistiacim prostriedkom než na záchodovú dosku po vyčistení saponátom. Vedci zistili, že väčšina baktérií pochádza z ľudskej kože, úst a pľúc - čo neprekvapuje, pretože svoje prístroje držíme tak blízko pri tvári. Väčšina ľudí nečistí obrazovky svojho smartphonu pravidelne, takže dotykové obrazovky majú určite potenciál na šírenie choroboplodných zárodkov k ostatným.
Na začiatku roka 2014 predstavila spoločnosť Corning na výstave CES svoje antimikrobiálne sklo Corning Gorilla Glass. Bolo to prvé antimikrobiálne zobrazovacie sklo registrované na EPA. Displej je v podstate potiahnutý tenkým filmom iónov striebra, ktoré majú neuveriteľné antimikrobiálne vlastnosti a údajne zabíjajú 90% baktérií, rias, plesní a húb na povrchu. Striebro sa v nemocniciach často používalo kvôli svojmu antimikrobiálnemu účinku, ktorý pomáha predchádzať šíreniu MRSA, a skutočne sa používalo na obväzovanie rán v prvej svetovej vojne na prevenciu infekcie.
Množstvo striebra potrebného pre tenký film na displejoch smartfónov je veľmi nízke, ale nakoniec bude záleží na výrobcoch, či chcú pridať doláre na kusovník materiálu ich zariadenia alebo nie. Aj keď sa zdravotné a fitnes funkcie stávajú ústrednou súčasťou mnohých smartfónov, antibakteriálne displeje môžu pre výrobcov telefónov predstavovať ďalší rozdiel.
Obrázok: Tactus
Morfujúce displeje
Spoločnosť Tactus Technologies, začínajúca v Kalifornii, predvádza svoju inovatívnu technológiu morphing dotykovej obrazovky. V pokojovom stave vyzerá ako obyčajná dotyková obrazovka, ale pri aktivácii dokáže vygenerovať rad vyčnievajúcich tvarov zodpovedajúcich tomu, čo je v zariadení spustené. Príklad, ktorý zobrazujú, je zariadenie, kde klávesy vyčnievajú, keď sa na obrazovke zobrazuje mäkká klávesnica, a poskytujú tak používateľovi určitú hmatovú spätnú väzbu.
Používatelia nemusia stlačiť jednotlivé klávesy, iba ich dotknutie zaregistruje stlačenie klávesu. Je to pôsobivá technológia, ktorá bola vyvinutá už niekoľko rokov, ale musí byť ešte implementovaná v spotrebiteľskom zariadení. Keďže výrobcovia hardvérových klávesníc upúšťajú od tenšieho dizajnu zariadení, Tactus môže byť tým, čo fanúšikovia hardvérových klávesníc hľadajú.
Interaktívne hologramy
Na tohtoročnom sympóziu ACM o softvéri a technológii používateľského rozhrania predstavila Tokijská univerzita svoj prototypový displej s názvom HaptoMime3. Jedná sa o systém interakcie vo vzduchu, ktorý funguje ako plávajúca dotyková obrazovka, ktorá dokáže stimulovať vaše končeky prstov pomocou ultrazvuku a poskytovať hmatovú spätnú väzbu. Pomocou zobrazovacej dosky sa obraz na obrazovke transformuje do plávajúceho hologramu. Keď systém zistí, že sa užívateľ „dotýka“ hologramu, vytvorí ultrazvukový fázový prevodník pocit na dosah ruky.
Táto technológia pracuje nielen s hologramami, ale aj s 3D displejmi. Približuje nás to o krok bližšie k interakciám s našimi digitálnymi zariadeniami v štýle Tonyho Starka. Toto sa pravdepodobne nikdy nezmestí do smartfónu, ale je možné, že by sa to v budúcnosti mohlo niekedy vtesnať do podoby tabletu.
Budúcnosť technológií pre smartphony - už sme tam?
Vo februári 2008, 7 mesiacov pred prvým vydaním systému Android, predstavila Nokia koncepčný telefón - Nokia Morph. Na tomto projekte spolupracovali spoločnosti Nokia Research Center a Nanoscience Center z University of Cambridge, aby vytvorili koncepčný telefón, o ktorom si myslia, že je budúcnosťou inteligentných telefónov, so zameraním na nanotechnologické aplikácie v prenosných zariadeniach zariadenia.
Ako sa porovnáva predstava spoločnosti Nokia o budúcich mobilných technológiách s tým, čo máme dnes?
Zariadenie obsahovalo:
- Ohybné, priesvitné zariadenie
- Samočistiaci povrch
- 3D vyčnievajúci povrch (napríklad displej Tactus)
- Solárne nabíjanie pomocou technológie „nanograss“
- Početné integrované senzory pre snímanie faktorov, ako sú znečistenie ovzdušia a hygiena
Nokia predpovedala, že také technológie budú k dispozícii do roku 2015, tak ako ďaleko pokročila veda, aby umožnila také funkcie v zariadení? V prvých dvoch článkoch tejto série sme videli, ako spoločnosť LG vytvorila priesvitný ohýbateľný OLED displej a existujú dvaja kandidáti na ohýbateľné lítiové batérie - lítium-keramika a lítium-polymér s flexibilnými komponenty. Zatiaľ nemáme samočistiace povrchy, ale bolo vyvinuté veľké úsilie na vývoj lepšej oleofóbnej povrchovej úpravy skla, ktorá by nám pomohla udržať mastné škvrny na našich zariadeniach. Súčasné prototypy „nanofur“ sú náchylné na odieranie povlakov všeobecným trením v našich vreckách.
Obrazový kredit: University of Massachusetts, Stanford University
Prelom vo výskume nanorastrov bol len nedávno zverejnený spoluprácou medzi dvoma univerzitami v USA4. Pomocou listu grafénu boli schopní husto usporiadať stĺpy vysoko účinného fotovoltaického materiálu - materiálu, ktorý premieňa svetlo na elektrickú energiu. Štruktúra nanograsy výrazne zvyšuje povrchovú plochu, ktorá je v kontakte so slnečným žiarením, a zvyšuje tak účinnosť o 33% oproti tenkovrstvovým solárnym panelom.
Obrázok: Tzoa
A nakoniec, k predpovedaným senzorom znečistenia a hygieny od spoločnosti Nokia. Na začiatku decembra sa objavila stránka Kickstarter pre zariadenie s názvom Tzoa, podľa stránky ide o prvé nositeľné zariadenie, ktoré meria znečistenie ovzdušia v bezprostrednom prostredí. Pripája sa priamo k vášmu smartfónu a odosiela údaje o znečistení ovzdušia aj o vystavení UV žiareniu. Sonda nezistí chemické znečistenie vo vzduchu, ale v skutočnosti zistí častice vo vzduchu, ktoré tiež ohrozujú naše zdravie.
A mali by sme tiež spomenúť Samsung Galaxy Note 4, ktorý sa koncom roka 2014 stal prvým bežným smartfónom dodávaným so snímačom UV svetla.
Obrázok: Caltech
Prekvapivé množstvo futuristických vecí je už s nami - či už v laboratóriu, alebo v zariadeniach, ktoré používame.
V roku 2011 bol publikovaný príspevok o malej platforme bez šošoviek na analýzu mikroorganizmov. Volalo sa to jedlo ePetri a bolo navrhnuté na prácu na silikónovom čipe5. (Je pomenovaná podľa Petriho misky, konvenčnej metódy kultivácie mikróbov, aby sa dali analyzovať.) Miska ePetri nevyžaduje veľké vybavenie a procesy náročné na prácu sa kultúra jednoducho umiestni na obrazový čip osvetlený displejom smartphonu a zostava sa umiestni do inkubátor. K údajom je možné získať prístup na diaľku prostredníctvom notebooku alebo iného smartphonu, čo umožňuje používateľovi priblížiť a analyzovať jednotlivé mikrobiálne bunky. Táto technológia je veľmi špecializovaná a ešte stále ďaleko od konceptov Nokia Morph, ale je určite o krok bližšie.
V súčasnosti sme vyvinuli veľa technológií, ktoré spoločnosti Nokia a University of Cambridge predpovedali, že by mali byť dostupné do roku 2015. Koncept je stále veľmi futuristický, slúži však ako dobrý zdroj inšpirácie pre tých, ktorí do budúcnosti vyvíjajú technológie pre smartphony.
Ktovie, o ďalších sedem rokov sa možno dočkáme zariadenia podobného Nokii Morph, možno s technológiami, ktoré si ešte musíme predstaviť.
Ďakujem Ericovi z Evolutive Labs, že ma naučil o tvrdenom skle!
M. Egert, K. Späth, K. Weik, H. Kunzelmann, C. Horn, M. Kohl a F. Požehnanie, baktérie na dotykových obrazovkách smartfónov v prostredí nemeckej univerzity a vyhodnotenie dvoch populárne spôsoby čistenia pomocou komerčne dostupných čistiacich prostriedkov, Folia Microbiologica, 2014: p. 1-6. ↩
A. Hambraeus a A.S. Malmborg, Dezinfekcia alebo čistenie nemocničných toaliet - vyhodnotenie rôznych postupov, Journal of Hospital Infection, 1980. 1 (2): s. 159-163. ↩
Y. Monnai, K. Hasegawa, M. Fujiwara, K. Yoshino, S. Inoue a H. Shinoda. 2014, ACM: Honolulu, Havaj, 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, vnútorné a vonkajšie parametre na riadenie rastu organických jednokryštalických nanopilárov vo fotovoltaike, Nano Letters, 2014. 14 (10): s. 5547-5554. ↩
G. Zheng, S.A. Lee, Y. Antebi, M.B. Elowitz a C. Yang, parabola ePetri, platforma na zobrazovanie buniek na čipe založená na subpixelovej perspektívnej zametacej mikroskopii (SPSM), zborník Národnej akadémie vied, 2011. 108 (41): s. 16889-16894. ↩
Toto sú najlepšie bezdrôtové slúchadlá do uší, ktoré si môžete kúpiť za každú cenu!
Najlepšie bezdrôtové slúchadlá do uší sú pohodlné, skvele znejú, nestoja príliš veľa nákladov a ľahko sa zmestia do vrecka.
Všetko, čo potrebujete vedieť o PS5: Dátum vydania, cena a ďalšie.
Spoločnosť Sony oficiálne potvrdila, že pracuje na PlayStation 5. Tu je všetko, čo o nej zatiaľ vieme.
Spoločnosť Nokia predstavuje dva nové lacné telefóny Android One s cenou do 200 dolárov.
Nokia 2.4 a Nokia 3.4 sú najnovším prírastkom do cenovej ponuky inteligentných telefónov spoločnosti HMD Global. Pretože sú to obe zariadenia Android One, je zaručené, že budú dostávať dve hlavné aktualizácie operačného systému a pravidelné bezpečnostné aktualizácie až na tri roky.
Zabezpečte si svoj domov pomocou týchto zvončekov a zámkov SmartThings.
Jednou z najlepších vecí na SmartThings je, že vo svojom systéme môžete používať množstvo ďalších zariadení tretích strán, vrátane zvončekov a zámkov. Pretože všetky v zásade zdieľajú rovnakú podporu SmartThings, zamerali sme sa na to, ktoré zariadenia majú najlepšie technické parametre a triky, vďaka ktorým ich pridáte do svojho arzenálu SmartThings.