Tässä blogikirjoituksessa opimme kapasitiivisten kosketusnäyttöjen periaatteista, sähkön kulusta ja siitä, miten kehomme toimivat johtimina.
Vuonna 2024 kymmenen parhaan maailmanlaajuisen brändin joukkoon kuuluvat Apple, Microsoft, Amazon, Google ja eteläkorealainen Samsung Electronics. Mitä yhteistä näillä yrityksillä on? Ne kaikki ovat erikoistuneita sähkö- tai elektroniikkatuotteisiin. Palataanpa nyt aamuun, jolloin heräsit, ja katsotaanpa päivääsi taaksepäin. Nouset sängystä, otat lämpimän suihkun ja tarkistat älypuhelimesi, jonka laitoit laturiin edellisenä iltana. Syöt aamiaisen ja matkustat julkisilla liikennevälineillä töihin tai kouluun. Työskentelet tietokoneellasi loisteputkivalojen alla, osallistut kokouksiin ja kuuntelet luentoja. Jokainen tämän prosessin vaihe sisältää sähköä käyttävää teknologiaa. Sähkö on välttämätöntä elämällemme, ja se on myös erittäin tärkeä resurssi, joka luo lisäarvoa ja mahdollistaa jatkuvan kehityksen ja kasvun yli puolelle kymmenen parhaan maailmanlaajuisen brändiarvon listauksessa olevista yrityksistä.
Tarkastellaanpa sähkön taustalla olevia periaatteita, jotka rikastuttavat elämäämme monin tavoin. Kaikki maailman aine koostuu atomeista. Atomit koostuvat keskellä olevasta ytimestä ja elektroneista. Elektronit voidaan jakaa kahteen tyyppiin: ytimeen sitoutuneisiin ja vapaasti liikkuviin elektroneihin, joita kutsutaan vapaiksi elektroneiksi. Vapaat elektronit ovat hiukkasia, jotka mahdollistavat sähkön virtauksen. Kun näihin atomeihin kohdistetaan potentiaaliero, atomien ympärillä olevat vapaat elektronit virtaavat yhteen suuntaan, jolloin sähkö virtaa. Katsotaanpa helpompaa esimerkkiä. Kuvittele, että laatikossa pyörii marmorikuulia. Ajattele näitä marmorikuulia vapaina elektroneina. Tasaisella alustalla nämä marmorikuulit pyörivät vapaasti. Nosta nyt laatikon toista kulmaa. Kaikki marmorikuulat kerääntyvät vastakkaiseen kulmaan. Jos kuvittelet laatikon olevan hyvin pitkä putki, marmorit vierivät kaikki alaspäin kerralla, mitä näemme sähkön virtauksena.
Sähkön virtausasteen mukaan maailman materiaalit voidaan jakaa johtimiin, eristeisiin ja puolijohteisiin. "Sähkön virtausastetta" voidaan pitää aiemmin mainittuna "vapaiden elektronien lukumääränä". Johteet ovat materiaaleja, joissa on paljon vapaita elektroneja, joten pienikin potentiaaliero saa sähkön virtaamaan helposti. Metallit, joita yleisesti käytämme sähköjohdoissa, ovat hyviä esimerkkejä johtimista. Eristeissä ei ole juurikaan vapaita elektroneja, joten sähkövirta ei virtaa helposti, vaikka niihin sovellettaisiin potentiaalieroa. Kumi ja muovi ovat esimerkkejä eristeistä. Puolijohteet ovat materiaaleja, jotka ovat normaalisti eristeitä, mutta sallivat sähkövirran virtaamisen tietyissä olosuhteissa. Ne valmistetaan pääasiassa yhdistämällä erilaisia materiaaleja, ja niitä käytetään tietokonesiruissa ja erilaisissa elektronisissa laitteissa.
Onko kehomme siis johde vai ei? Olet ehkä kuullut tapauksista, joissa ihmiset ovat saaneet sähköiskun tai salaman iskun. Myös ihmiskeho on johde, joten kun ulkopuolelta kohdistetaan potentiaaliero, sähkö virtaa kehon läpi ja aiheuttaa onnettomuuksia. Tähän asti ihmiset ovat ajatelleet vain sähkön joutumisen vaaroja ihmiskehoon. Siksi on pyritty vähentämään sähköiskujen ja sähkövuotojen aiheuttamia onnettomuuksia. Päinvastoin, "kapasitiivinen kosketusnäyttöteknologia" on uusi teknologia, joka hyödyntää sitä tosiasiaa, että ihmiskeho on johde.
Kosketusnäyttöteknologioihin kuuluvat paineherkät, kapasitiiviset, infrapuna- ja ultraäänitekniikat. Kosketusnäyttöjen alkuaikoina paineherkkää tekniikkaa käytettiin laajalti. Paineherkkä tekniikka vastaanottaa syötteen henkilön näyttöä painamalla laitetta, joten sen haittapuolena on sen heikompi kestävyys ja monikosketuksen toteuttamattomuus. Siksi "kapasitiivista" kosketustekniikkaa käytetään laajalti uusissa älypuhelimissa ja tablet-tietokoneissa. Kapasitiivista kosketustekniikkaa käyttävissä elektronisissa tuotteissa on anturit elektrodien muodossa, jotka on kiinnitetty neljään kulmaan. Kun henkilö koskettaa näyttöä, sähkö virtaa henkilön kehosta, joka on johdin, ja saavuttaa anturin. Anturin vastaanottaman virran voimakkuus vaihtelee kosketuskohdan ja etäisyyden mukaan kuhunkin anturiin. Tämän avulla anturit voivat lukea tarkat koordinaatit. Tällä tavoin laite voi vastaanottaa erilaisia syötteitä luettujen koordinaattien perusteella.
Älypuhelin- ja tablettimarkkinoiden nopean kasvun myötä myös kapasitiivinen kosketusnäyttöteknologia kehittyy, ja ohuemmat johtavat kalvot vähentävät painoa ja virrankulutusta pidentäen akun käyttöikää. Tällä hetkellä kosketusnäyttöjä käytetään pääasiassa muuttamaan olemassa olevien elektronisten laitteiden syöttötapaa. Kosketusnäyttöteknologian kehittyessä on kuitenkin odotettavissa, että tulevaisuudessa ilmestyy paljon kosketusnäyttötoimintoja sisältäviä tuotteita, kuten ikkunoita, suihkutiloja ja kannettavia IT-laitteita, jotka on valmistettu yhdestä lasilevystä.
