W dzisiejszych czasach panele dotykowe znajdziemy dosłownie wszędzie. Dochodzi nawet do sytuacji, w których użytkownicy zaczynają narzekać na brak fizycznych przycisków, problem ten dotyczy chociażby nowoczesnych samochodów. Sam pomysł sterowania za pomocą przeźroczystego panelu dotykowego nie jest jednak nowy, pierwsze próby pojawiły się już w latach 70 ubiegłego wieku. Tamte rozwiązania opierały się jednak na nieco innej koncepcji.
Trochę historii
W 1971 został opracowane urządzenie o nazwie „sensor dotykowy”. Dokonał tego Sam Hurst, wykładowca z Uniwersytetu Kentucky. Kwestią sporną jest to, czy możemy uważać te wydarzenie za początek paneli dotykowych, ponieważ wynalazek Hursta był nieprzeźroczysty. Można by porównać go do modułu touchpada w laptopie.
Hurst nie poddał się, założył firmę Elographics i 2 lata później zaprezentował udoskonalony, tym razem już przeźroczysty panel dotykowy. Przełom pojawił się jednak w 1977 roku, kiedy to Elographics opatentowało technologię rezystancyjnego panelu dotykowego.
Zaczęło się od podczerwieni
Pierwszym w historii przypadkiem wykorzystania ekranu dotykowego na większą skalę była platforma edukacyjna PLATO opracowana przez Uniwersytet Ilinois. Technicznie były to komputery podłączone do specjalnie przygotowanej sieci. Powstało kilka tysięcy terminali graficznych, podczas trwania projektu opracowane zostały takie rozwiązania, jak chociażby fora internetowe, tablice ogłoszeń i poczta elektroniczna.
Implementacja panelu dotykowego w PLATO była dość prymitywna – na krawędziach ekranu umieszczone były diody podczerwone, zamontowane sensory rejestrowały punkt, w którym wiązka była przecinana przez palec. Powstały w ten sposób panel dotykowy oferował rozdzielczość 16×16 punktów.
Pierwszym konsumenckim komputerem wykorzystującym panel dotykowy był zaprezentowany w 1983 roku HP-150. Tam również wykorzystano rozwiązanie oparte o podczerwień. Finalnie element ten okazał się nieco problematyczny, ponieważ czujniki szybko zbierały kurz i wymagały czyszczenia.
Znienawidzone panele rezystancyjne
Wróćmy do opracowanego w 1977 panelu rezystancyjnego, zwanego też czasem opornościowym. Zasada jego działania była bardzo prosta, choć wymagała dużej precyzji. Wszystko opierało się na dwóch siatkach, jedna była naklejona na wyświetlacz, druga na przeźroczystą folię będącą wierzchnią warstwą ekranu. W momencie nacisku obie siatki stykały się, a kontroler odczytywał współrzędne powstałego zwarcia. Rozwiązanie to miało swoje wady i zalety. Z zalet możemy wymienić możliwość obsługi dowolnym przedmiotem (np. rękawiczką) i zadowalającą jak na tamte czasy precyzję. Więcej było jednak wad, z których można wymienić nieco toporną pracę (wymagany był znaczny nacisk), brak możliwości wdrożenia multi-dotyku oraz pogorszenie jakości obrazu. Elementy dotyku rezystancyjnego nie były w pełni przeźroczyste, pochłaniały około 15% światła.
Panele rezystancyjne mimo swoich wad zrobiły wielką karierę. W 1992 roku zaprezentowany został IBM Simon, urządzenie uważane za pierwszego smartfona w historii. Jedną z nowości był monochromatyczny wyświetlacz z rezystancyjnym panelem dotykowym. Telefon pojawił się w sprzedaży w 1994 roku, przez niecały rok sprzedano aż 50 tysięcy egzemplarzy. Można więc uznać lata 90 za datę wprowadzenia tego typu paneli dotykowych „pod strzechy”.
Innym ciekawym sprzętem jest np. Fujitsu&Siemens Lifebook B2154. Był to dotykowy laptop sprzedawany z… Windowsem 98. Niestety, znalezienie dziś informacji o ówczesnej cenie czy ilości sprzedanych egzemplarzy jest już chyba nie możliwe. W każdym razie jeśli ktoś zastanawiał się jak stara jest idea Windowsa obsługiwanego dotykiem, to jest to odpowiedź. Od siebie mogę tylko dodać, że był to solidny sprzęt i jak na swoje czasy aż zbyt nowoczesny – w małej obudowie zabrakło np. miejsca na napęd CD.
Ekrany rezystancyjne były wykorzystywane jeszcze do 2010 roku, obecnie są już prawie niespotykane.
Ekrany pojemnościowe
Mam problem z określeniem konkretnej daty popularyzacji ekranów pojemnościowych. Zdecydowanie najbardziej przyczyniła się do tego premiera pierwszego iPhone’a w 2007 roku. Rynek smartfonów w tamtym czasie okupował Windows Mobile i urządzenia PDA będące ówczesnym odpowiednikiem dzisiejszych smartfonów. iPhone 2G bez wątpienia najbardziej upowszechnił nową technologię, która stała się standardem w przyszłych urządzeniach tego typu.
Wróćmy do tematu – jak działa pojemnościowy panel dotykowy? Budowę tego podzespołu możemy rozdzielić na 3 części. Na samym dole mamy szklaną podstawę, na niej znajduje się siatka drobnych elektrod. Wierzchnia warstwa pełni funkcję ochronną i może być wykonana zarówno z plastiku, jak i ze szkła. Panele dotykowe z plastikową warstwą wierzchnią były dawniej często spotykane w tanich tabletach, z uwagi na obecność szklanej podstawy element ten i tak można było zbić. W przypadku szklanej warstwy wierzchniej możemy spotkać się z dodatkowo utwardzonymi szybkami, takimi jak Gorilla Glass czy Asahi Dragontrail.
Jak to się dzieje, że pojemnościowy panel dotykowy odczytuje pozycje palca? Tak jak już wspominałem, środkową warstwę stanowi siatka drobnych elektrod. Przyłożenie palca do panelu dotykowego powoduje miejscowe zmiany pojemności elektrycznej, co za pomocą wspomnianych elektrod rejestruje kontroler. Po odpowiednim zinterpretowaniu danych otrzymujemy informację o położeniu palca.
Panele pojemnościowe w wielu kwestiach biją na głowę technologię rezystancyjną. Wykrywają nawet bardzo lekkie naciśnięcie, są trwałe, niemal całkowicie przeźroczyste i umożliwiają obsługę kilkoma palcami jednocześnie. Z drugiej strony są droższe w produkcji, jednak przewaga zalet jest tak duża, że dziś żaden producent nawet nie myśli o powrocie do starej technologii. Obecnie panele pojemnościowe mają niemal monopol, spotykamy je wszędzie, we wszystkich rodzajach urządzeń.
Co w przyszłości?
Czy panel dotykowy można jeszcze jakoś udoskonalić? Teoretycznie nie, ale niektórzy mimo wszystko próbują. W ostatnim czasie wiele mówi się o smartfonach z elastycznymi wyświetlaczami. Zastosowano w nich technologię bazującą na panelach pojemnościowych, jednak inżynierowie musieli w tym celu przełamać wiele ograniczeń tego rozwiązania.
W 2011 roku firma Tactus zaprezentowała prototyp wyświetlacza, którego panel dotykowy mógłby odkształcać się wedle potrzeby. Na powyższym nagraniu wykorzystano to rozwiązanie do wyświetlenia trójwymiarowej klawiatury. Niestety, przez ostatnie 10 lat w zasadzie nic więcej nie mówiło się na temat tej technologii, także bardzo prawdopodobne jest, że jej twórcy już się poddali. Na chwilę obecną nie ma raczej szans na większą rewolucję w budowie paneli dotykowych.
Zobacz też: