В Пермском Политехе разработали сенсорный экран, реагирующий на звук касания

Обычные пульты управления с кнопками плохо работают в агрессивной среде, пыль и влага проникают в щели. При этом кнопки часто ломаются. А ведь сенсорные экраны стали основным интерфейсом ввода информации для мобильных телефонов, планшетов, ПК общего назначения и терминалов. Однако, как правило, они сделаны из хрупких материалов и имеют много ограничений (должны быть плоскими и однородными). Из-за этого устройства становятся менее универсальными и надежными. Было бы удобно иметь сенсорный экран из прочного металла или пластика. Ученые Пермского Политеха разработали новый сенсорный экран, который определяет точку касания по звуку. По поверхности распространяются звуковые волны, и по времени распространения волны можно точно определить место касания. Поверхность при этом может быть любой формы и размера, сделана из любого материала, а кнопки — просто нарисованы. Система, по словам ученых, долговечная, вандалоустойчивая и точная.

ПНИПУ

# акустика

# микрофон

# сенсорика

# сенсорный экран

Ассистент кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского Политеха Алексей Козин / © Пресс-служба ПНИПУ / Автор: Андрей Чернов

Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, система управления». Исследование выполнено при поддержке гранта «Умник-ИИ 2021».

«При касании пользователем экрана образуется ударная волна, которая распространяется по сенсорной панели. Микрофоны, расположенные в ее внутренней части, регистрируют звуковые колебания, на разные микрофоны звук приходит в свое время. Далее их показания передаются в микроконтроллер и там обрабатываются – рассчитываются относительная временная задержка и сила сигнала, по которым можно вычислить расстояние и место касания пользователя», – объясняет ассистент кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского Политеха Алексей Козин.

В ходе исследования ученые смоделировали сенсорное акустическое устройство. Математическая модель определяет распространение звука в твердых телах и его локализацию с учетом временной задержки и громкости.

Политехники создали модель в программном комплексе в виде полой металлической конструкции (20 сантиметров в ширину, 30 — в длину и 10 — в высоту), к внутренней части стенок прикреплены три микрофона. При моделировании ученые использовали безэховую среду и одиночное касание по центру. Были определены силы сигнала и пиковое значение волн.

сенсорный экран — Процесс испытания сенсорной панели на вибростенде / © Пресс-служба ПНИПУ

Чтобы проверить возможность реализации системы на практике ученые провели эксперимент, для которого использовали алюминиевую коробку. Координаты микрофонов и касания полностью соответствуют модели, примерная длительность касания 85 мс, а его пиковое значение происходило в момент времени 900 мкс. В результате первым звуковую волну зарегистрировал микрофон №3 (ближайший к касанию), а микрофон №1 – последним. Временная задержка между третьим и вторым микрофоном 109,4, а между третьим и первым – 201,6.

«Акустический сенсор получается очень дешевым и позволяет делать экран из любого материала – из куска металла и даже из деревянной доски. Испытания на вибростенде показали высокую помехоустойчивость нашего сенсора. Прямо сейчас мы со своим проектом прошли в финал конкурса-акселератора инновационных проектов «Большая разведка», в рамках которого нам предложили сотрудничество с несколькими предприятиями, занимающихся производством пультов управления. Оказалось, что наиболее востребовано использование нашего сенсорного экрана в шахтном оборудовании, где большая запыленность воздуха приводит к очень быстрому износу устройств», – рассказывает аспирант кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ Анна Якубчик.

Полученные результаты эксперимента соответствуют всем расчетным и компьютерным значениям. Разработанная учеными система позволяет точно определять место контакта пользователя с сенсорным экраном через звуковые волны, следующие после касания. Технология долговечная, вандалоустойчивая и не подвержена изменениям погодных условий. Поэтому ее использование на сенсорных устройствах в уличной и неблагоприятной среде эффективно и перспективно.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.