Članek

Futurologija pametnih telefonov: znanost za steklom pametnih telefonov

Razbit zaslon

Dobrodošli v Smartphone Futurology. V tej novi seriji znanstveno napolnjenih člankov Mobile Nations gostujoča sodelavka Shen Ye se sprehodi po trenutnih tehnologijah, ki se uporabljajo v naših telefonih, pa tudi po vrhunskih stvareh, ki se še vedno razvijajo v laboratoriju. Pred nami je kar nekaj znanosti, saj bo veliko prihodnjih razprav temeljilo na znanstvenih papirji z veliko tehničnega žargona, vendar smo se trudili, da so stvari čim bolj preproste in preproste mogoče. Če se torej želite poglobiti v to, kako delujejo drobovi vašega telefona, je to serija za vas.

To je zadnji obrok - za zdaj - v naši seriji o prihodnosti tehnologije pametnih telefonov. Ta teden bomo pokrivali znanost, ki se skriva za enim zares pomembnim področjem kakovosti izdelave pametnih telefonov - steklom na dotik. Ko zaključujemo serijo, bomo videli tudi, kako se trenutno stanje mobilne tehnologije primerja z napovedmi izpred skoraj desetletja. Preberite, če želite izvedeti več.

Verizon ponuja Pixel 4a za samo 10 USD mesečno na novih linijah Unlimited

O avtorju

Shen Ye je razvijalec za Android in diplomiral iz kemije na Univerzi v Bristolu. Ujemite ga na Twitterju @shen in Google+ + ShenYe.

Več v tej seriji

Preverite prve tri obroke naše serije pametnih telefonov Futurology prihodnosti tehnologije baterij, pametni zaslon tech in procesorji in pomnilnik.

Kaljeno steklo

Razbit zaslon

Milijarde dolarjev vsako leto porabijo za popravila zaslona, ​​pri čemer se del uporabnikov odloči, da bo živel s svojim razpokanim zaslonom, namesto da bi denar porabil za popravila. Skoraj vsi vodilni telefoni leta 2014 so uporabljali Corning Glass 3 podjetja Corning, čeprav se nekateri raje odločijo za splošno kaljeno steklo. Sodobno kaljeno steklo je rezultat številnih postopkov termične in kemične obdelave, ki povečujejo trdnost materiala v primerjavi z običajnim steklom.

Če površino steklene plošče pogledate pod mikroskopom, boste ugotovili, da je napolnjena z drobnimi napakami in mikro razpokami. Te napake naredijo steklo res dovzetni za lomljenje. Če se uporabi dovolj napetosti, se lahko te razpoke razširijo, zlomijo in povzročijo zlom steklene plošče. Če si predstavljate 2 lista papirja, je eden popoln, na sredini pa je majhna solza. Če ste potegnili ob strani listov papirja, bo list z majhno solzo potreboval precej manj sile, da se strga. Zdaj pa si predstavljajte, če je bila majhna solza na robu lista papirja, je potrebno še manj sile, da se razširi in papir na koncu prevrne na polovico. Stres se lahko zelo hitro nabere na robovih in še bolj na ostrih vogalih; zato morajo imeti letala okna z zaobljenimi vogali.

Običajno steklo je dejansko prežeto z drobnimi napakami in razpokami - kaljeno steklo jih z različnimi tehnikami zapre.

Gorilla Glass je vrsta kaljenega stekla, znana kot "alkalijsko-alumosilikatno steklo". To je najbolj znana blagovna znamka kaljenega stekla za pametne telefone, ki se uporablja v priljubljenih telefonih Android in Windows, kot je Samsung Galaxy S5, HTC One M8in številni Lumia telefoni. Termični procesi steklo kaljejo, kar povzroči tlačno silo na zunanji površini stekla. To utrdi steklo tako, da zapre nekatere od teh mikro razpok, hkrati pa poskrbi, da je steklo varnejše - če se steklo zlomi, se bo razbilo na majhne koščke namesto na velike nevarne drobce (podobno kot Kapljica princa Ruperta). Poleg kaljenja material kalje tudi kemični postopek, znan kot "ionska izmenjava".

Kozarec vsebuje veliko natrija iz proizvodnega procesa. Ko se potopi v vročo staljeno kalijevo kopel, se kalijevi ioni premaknejo v kozarec in izpodrinejo natrijeve ione. Kalij je večji od natrija, to pa povzroči tudi stiskalno silo na površini stekla - podobno kaljenju -, ki steklo strdi.

Kaljeno steklo je izredno trdo. Sprejeta metoda razvrščanja trdote je uporaba "Vickerjevega testa trdote". Gorilla Glass 3 je trši od večine kovin in verjetno najtrši material na površini telefona. Medtem ko telefon položite v isti žep kot kovanci in ključi, se na zaslonu morda ne bodo prasketale, bi šasija verjetno pobrala nekaj znakov škode. Ogled objavljene specifikacije Gorilla Glass-a obstajajo številne ocene, ki opisujejo različne vrste žilavosti.

  • Youngov modul - opisuje elastičnost materiala. Večje število pomeni, da je material bolj tog, vendar je stranski učinek to povečanje krhkosti.
  • Poissonovo razmerje - aksialna napetost materiala pri vlečenju ali potiskanju. Predstavljajte si, da raztegnete kos žvečilnega gumija - središče se bo postalo tanjše.
  • Shear Modulus - opisuje odziv materiala na striženje, zelo pomemben dejavnik pri preprečevanju nastanka razpok.
  • Žilavost na lom - merjenje odpornosti materiala na širjenje razpok.

Pri primerjavi zgornjih vrednosti med Gorilla Glass 3 in nedavno napovedana Gorilla Glass 4, velika razlika je v tem, da dobimo nižji Youngov modul, zato bi moral biti manj krhek. Vendar oddelek za kemično krepitev razkrije več kot dvakrat globinsko plast, od 40 µm do 90 µm. To močno poveča odpornost GG4 na razpoke in širjenje razpok z debelejšim stisnjenim površinskim slojem. Spodnja slika prikazuje preseke, ki primerjajo odpornost na poškodbe med steklom Gorilla Glass 3 in 4:

Corningov diagram Zasluga za sliko: Corning

Če pa uporabite zaščito zaslona, ​​postanejo razlike manj pomembne. Ščitniki za zaslon pomagajo razširiti morebitne udarne obremenitve, ki so dovolj, da na enem mestu preprečijo nastanek večjega stresa, ki povzroči zlom. Ne glede na to, kako stekljate, vseh teh naravnih napak ne morete popolnoma odpraviti, zato nekateri proizvajalci začenjajo razmišljati o bolj eksotičnih materialih, kot je safir.

Huawei Ascend P7 Sapphire Edition

Sintetični safir

Lani je bilo veliko hrupa okoli poročil, da iPhone 6 bi imel namesto kaljenega stekla zaslon iz sintetičnega safirja. Očitno celoten list ne bi bil narejen iz kristalnega safirja (bil bi preveč krhek), temveč iz safirnega kompozita, ki materialu daje določeno elastičnost. Običajne proizvodne metode vključujejo uporabo tanke plasti stekla kot podlage, na katero se nanese aluminijev oksid in tvori tanko plast kristalnega safirja na površini. Safir ima bistveno večjo trdoto po Vickerju kot običajno kaljeno steklo, zaradi česar je bolj odporen na praske.

Safirni zasloni so bistveno trši kot kaljeno steklo ...

Vendar pa so stroški izdelave safirnih zaslonov izredno višji od stroškov kaljenega stekla, zato so le redko uporablja se za prikazovalnike naprav in se občasno uporablja kot pokrov objektiva za kamere pametnih telefonov, na primer v najnovejših modelih iPhone. Vendar obstaja razlog za upanje na cenejše safirne zaslone v prihodnosti, saj se cena proizvodnje safirja postopoma zmanjšuje, ko se procesi bolj optimizirajo.

iPhone 6 Pred lansiranjem se je govorilo, da iPhone 6 uporablja safirni zaslon - v resnici uporablja ionsko ojačano steklo.

... vendar so proizvodni stroški višji in rešiti je treba še druge tehnične izzive.

Po mnenju Corningovih izvršiteljev izboljšana trdota safirja ne odtehta njegovih pomanjkljivosti. Ima manjšo prepustnost svetlobe, kar bi vplivalo na življenjsko dobo baterije (zaradi višjih ravni osvetlitve ozadja), je 10x dražji od stekla, izdelava traja veliko dlje, je 1,6x težja in je manj odporna na pokanje. Corning je seveda močno vložen v svojo tehnologijo Gorilla Glass in ima razlog, da ta konkurenčni material poliva s hladno vodo.

S proizvajalci, vključno Kyocera in Huawei z uporabo safirnih zaslonov bomo videli, kako dobro naprava prenaša splošno uporabo. Huawei execs je povedal Android Central na sejmu IFA 2014, da je podjetje pričakovalo, da bodo telefoni s safirnimi zasloni v naslednjem letu postajali nova niša. Medtem so Kyocerinega brigadirja, robustno slušalko, ki je na svojem zaslonu uporabljala safir, po obsežnih preizkusih imenovali "skoraj neuničljiv". Android Central.

Ko bodo postopki izdelave safirja bolj izpopolnjeni in cenejši, bomo morda opazili, da bo več proizvajalcev prevzelo kristal v svojih napravah.

Om nom nom

Antibakterijski zasloni

Čeprav o tem nikoli zares ne razmišljamo, lahko naši zasloni na dotik pametnega telefona vsebujejo neverjetno veliko bakterij iz številnih okolij. In ker trg pametnih telefonov v zadnjih nekaj letih hitro raste, v resnici ni bilo veliko raziskav, kako se temu boriti.

Zaslon pametnega telefona je povsem umazan - vendar znanost lahko pomaga.

Nemška univerza je vzorčila 60 zaslonov na dotik1 in odkril, da je neočiščen zaslon na dotik v povprečju vseboval 1,37 enote bakterijskih kolonij na kvadratni centimeter. To pravzaprav ni tako visoko, za velikost nižje kot pri kuhinjski gobici, ampak nekajkrat višje od sedeža v bolnišnici2. Po čiščenju s krpo iz mikrovlaken se je to število zmanjšalo na 0,22, po čiščenju z detergentom pa 0,06 po čiščenju z alkoholnim robčkom - čistilom kot straniščni sedež. Raziskovalci so ugotovili, da večina bakterij prihaja iz človeške kože, ust in pljuč - kar ni presenetljivo, saj imamo naprave tako blizu obraza. Večina ljudi zaslonov pametnih telefonov ne čisti redno, zato zasloni na dotik zagotovo lahko širijo mikrobe na druge.

V začetku leta 2014 je Corning na CES predstavil svoje protimikrobno steklo Corning Gorilla Glass. To je bilo prvo protimikrobno steklo, registrirano v EPA. Zaslon je v bistvu prevlečen s tankim filmom srebrnih ionov, ki imajo neverjetne protimikrobne lastnosti in po poročanju uničijo 90% bakterij, alg, plesni in gliv na površini. Srebro se v bolnišnicah pogosto uporablja zaradi protimikrobnega učinka, saj pomaga preprečevati širjenje MRSA, v prvi svetovni vojni pa se je uporabljalo za prekrivanje ran za preprečevanje okužb.

Količina srebra, potrebna za tanek film na zaslonih pametnih telefonov, je zelo majhna, vendar bo na koncu tudi biti odvisno od proizvajalcev, ali želijo dodane dolarje na računu materiala njihove naprave oz ne. Kljub temu, da so funkcije zdravja in telesne pripravljenosti osrednji del mnogih pametnih telefonov, lahko antibakterijski zasloni za proizvajalce telefonov predstavljajo še eno točko razlikovanja.

Slika taktusa Zasluga za sliko: Tactus

Morphing zasloni

Tactus Technologies, zagon v Kaliforniji, je pokazal svojo inovativno tehnologijo zaslona na dotik. Ko je v stanju mirovanja, je videti kot običajni zaslon na dotik, ko pa je aktiviran, lahko ustvari vrsto štrlečih oblik, ki ustrezajo temu, kar se izvaja na napravi. Primer, ki ga prikažejo, je naprava, pri kateri tipke štrlijo, ko se na zaslonu prikaže mehka tipkovnica, ki uporabniku zagotavlja taktilne povratne informacije.

Uporabnikom ni treba pritiskati posameznih tipk, samo pritisk nanje bo pritisnil tipko. Gre za impresivno tehnologijo, ki so jo razvijali že nekaj let, a jo še niso uvedli v potrošniški napravi. Ker proizvajalci opustijo strojne tipkovnice, ker si prizadevajo za tanjše zasnove naprav, je Tactus morda tisto, kar iščejo ljubitelji strojne tipkovnice.

Interaktivni hologrami

Letos je na simpoziju ACM o programski opremi in tehnologiji uporabniškega vmesnika Univerza v Tokiu predstavila svoj prototipni zaslon, imenovan HaptoMime3. To je sistem za interakcijo v zraku, ki deluje kot plavajoči zaslon na dotik, ki lahko z ultrazvokom stimulira konice prstov za taktilne povratne informacije. S pomočjo slikovne plošče se slika na zaslonu spremeni v plavajoči hologram. Ko sistem zazna, da se uporabnik "dotakne" holograma, ultrazvočni fazni pretvornik polja ustvari občutek na konici prsta uporabnika.

Tehnologija ne deluje samo s hologrami, temveč tudi s 3D zasloni. Približal nas je korak bližje interakcijam Tonyja Starka z našimi digitalnimi napravami. Tega verjetno nikoli ne bodo vgradili v pametni telefon, vendar je mogoče, da bi ga lahko v prihodnosti vtaknili v tablični računalnik.

Prihodnost tehnologije pametnih telefonov - smo že tam?

Februarja 2008, sedem mesecev pred prvo izdajo Androida, je Nokia predstavila konceptni telefon - Nokia Morph. Nokia Research Center in Center za nanoznanost Univerze v Cambridgeu sta pri tem projektu sodelovala pri izdelavi a konceptni telefon, za katerega menijo, da je prihodnost pametnih telefonov, s poudarkom na nanotehnoloških aplikacijah v prenosnikih naprav.

Kako se Nokia-ova vizija prihodnje mobilne tehnologije primerja s tisto, kar imamo danes?

Naprava je imela:

  • Upogljiva, prosojna naprava
  • Samočistilna površina
  • 3D štrleča površina (kot zaslon Tactus)
  • Sončno polnjenje prek tehnologije "nanograss"
  • Številni integrirani senzorji za zaznavanje dejavnikov, kot sta onesnaženost zraka in higiena

Nokia je napovedala, da bodo takšne tehnologije na voljo do leta 2015, kako daleč je torej napredovala znanost, da omogoča takšne funkcije v napravi? V prvih dveh člankih v tej seriji smo videli, kako je LG ustvaril prosojni upogljiv OLED zaslon in za upogljive litijeve baterije obstajata dva kandidata - litijeva keramika in litijev polimer s prilagodljivim sestavnih delov. Zaenkrat še nimamo samočistilnih površin, vendar smo si zelo prizadevali za razvoj boljše oleofobne prevleke za steklo, ki bi pomagala zadržati mastne madeže na naših napravah. Trenutni prototipi "nanofurja" so dovzetni za to, da se obloge odstranijo s splošnim trenjem v naših žepih.

Diagram Zasluga za podobo: Univerza v Massachusettsu, Univerza Stanford

Preboj v raziskavah nanograse je bil nedavno objavljen v sodelovanju dveh univerz v ZDA4. S pomočjo grafena so lahko gosto postavili stebre iz visoko učinkovitega fotovoltaičnega materiala - materiala, ki pretvarja svetlobo v električno energijo. Struktura nanograse močno poveča površino, ki je v stiku s sončno svetlobo, in izboljša učinkovitost za 33% v primerjavi s tankoplastnimi sončnimi ploščami.

Diagram Zasluga za podobo: Tzoa

Na koncu še Nokijine napovedane senzorje onesnaženosti in higiene. V začetku decembra se je za napravo, imenovano Tzoa, pojavila stran Kickstarter, ki pravi, da je to prva nosljiva naprava, ki meri onesnaženost zraka v neposrednem okolju. Poveže se neposredno s pametnim telefonom in pošlje podatke o onesnaženosti zraka in podatke o izpostavljenosti UV-žarkom. Sonda ne zazna kemičnega onesnaženja v zraku, v resnici pa zazna delce v zraku, ki prav tako ogrožajo naše zdravje.

In prav tako bi morali omeniti Samsungov Galaxy Note 4, ki je konec leta 2014 postal prvi običajni pametni telefon, ki je bil dobavljen s senzorjem UV svetlobe.

ePetri Zasluga za sliko: Caltech

Presenetljiva količina futurističnih stvari je že pri nas - bodisi v laboratoriju bodisi v napravah, ki jih uporabljamo.

Leta 2011 je bil objavljen članek o platformi za analizo mikroorganizmov brez majhnih leč. Imenovali so jo posoda ePetri in je bila zasnovana za delo na silicijevem čipu5. (Poimenovana je po Petrijevi posodi, običajni metodi gojenja mikrobov, da jih je mogoče analizirati.) Posoda ePetri ne zahteva velike opreme in delovno intenzivnih procesih kulturo preprosto položimo na slikovni čip, osvetljen z zaslonom pametnega telefona, in sklop postavimo v inkubator. Do podatkov je mogoče dostopati na daljavo prek prenosnika ali drugega pametnega telefona, kar uporabniku omogoča povečanje in analizo posameznih mikrobnih celic. Tehnologija je sicer zelo specializirana in je še daleč od konceptov Nokia Morph, vsekakor pa je korak bližje.

Trenutno smo razvili veliko tehnologije, za katero sta Nokia in Univerza v Cambridgeu predvideli, da bo na voljo do leta 2015. Koncept je še vedno zelo futurističen, vendar je dober vir navdiha za tiste, ki razvijajo tehnologije pametnih telefonov za prihodnost.

Kdo ve, v naslednjih sedmih letih bomo morda videli napravo, podobno Nokia Morph, morda s tehnologijami, ki si jih še nismo predstavljali.

Hvala Ericu iz Evolutive Labs, ker me je poučil o kaljenem steklu!

  1. M. Egert, K. Späth, K. Weik, H. Kunzelmann, C. Horn, M. Kohl in F. Blagoslov, bakterije na zaslonih na dotik pametnega telefona v nemški univerzitetni nastavitvi in ​​ocena dveh priljubljeni načini čiščenja s komercialno dostopnimi čistili, Folia Microbiologica, 2014: str. 1-6.

  2. A. Hambraeus in A.S. Malmborg, Dezinfekcija ali čiščenje bolnišničnih stranišč - ocena različnih rutin, Journal of Hospital Infection, 1980. 1 (2): str. 159-163.

  3. Y. Monnai, K. Hasegawa, M. Fujiwara, K. Yoshino, S. Inoue in H. Shinoda. 2014, ACM: Honolulu, Havaji, ZDA. str. 663-667.

  4. Y. Zhang, Y. Diao, H. Lee, T.J. Mirabito, R. W. Johnson, E. Puodziukynaite, J. Janez, K.R. Carter, T. Emrick, S.C.B. Mannsfeld in A. L. Briseno, notranji in zunanji parametri za nadzor rasti organskih monokristalnih nano stebrov v fotovoltaiki, Nano Letters, 2014. 14 (10): str. 5547-5554.

  5. G. Zheng, S. A. Lee, Y. Antebi, M.B. Elowitz in C. Yang, krožnik ePetri, platforma za slikanje celic na čipu, ki temelji na mikroskopiji perspektivne podpiksele (SPSM), Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 2011. 108 (41): str. 16889-16894.

To so najboljše brezžične slušalke, ki jih lahko kupite za vsako ceno!
Čas je, da prerežemo vrvico!

To so najboljše brezžične slušalke, ki jih lahko kupite za vsako ceno!

Najboljše brezžične ušesne slušalke so udobne, odlično se slišijo, ne stanejo preveč in jih enostavno spravite v žep.

Vse, kar morate vedeti o PS5: datum izdaje, cena in še več
Naslednja generacija

Vse, kar morate vedeti o PS5: datum izdaje, cena in še več.

Sony je uradno potrdil, da dela na PlayStation 5. Tukaj je vse, kar vemo o tem doslej.

Nokia je predstavila dva nova proračunska telefona Android One, mlajša od 200 USD
Nove Nokije

Nokia je predstavila dva nova proračunska telefona Android One, mlajša od 200 USD.

Nokia 2.4 in Nokia 3.4 sta zadnji dodatek k proračunski liniji pametnih telefonov HMD Global. Ker sta obe napravi Android One, bodo do treh let zagotovo prejemali dve glavni posodobitvi OS in redne varnostne posodobitve.

Zaščitite svoj dom s temi zvonci in ključavnicami SmartThings
Ding Dong - vrata zaklenjena

Zaščitite svoj dom s temi zvonci in ključavnicami SmartThings.

Ena najboljših stvari pri SmartThings je ta, da lahko v svojem sistemu uporabite številne druge naprave drugih proizvajalcev, vključno z zvonovi in ​​ključavnicami. Ker imajo vsi v bistvu enako podporo za SmartThings, smo se osredotočili na to, katere naprave imajo najboljše specifikacije in trike, ki upravičujejo njihovo dodajanje v vaš arzenal SmartThings.

instagram story viewer