Sıradan bir yazıcı toneri, PVC levhayı dokunmatik yüzeye çeviriyor

Önemi şurada: bugün kullandığımız dokunmatik yüzeyler saydam iletken bir katman, bir denetleyici yonga, kablolama ve güç ister. Bu da onları tek kullanımlık ya da atılabilir bir ürünün içine koymayı zorlaştırır. Shibaura ekibinin yaklaşımı, arayüzün “zekâsını” devreden alıp basılı desenin kendisine taşıyor. Deseni değiştirmek, doğrudan arayüzün işlevini değiştirmek anlamına geliyor.

Toner burada iletken değil, yalıtkan bir maske

Çalışmanın en ters köşe tarafı bu. Toner denince akla siyah, karbon içeren bir toz geliyor ve insan onun elektriği taşıdığını varsayıyor. Oysa buradaki görevi tam tersi. Lazer yazıcı, toneri PVC yüzeye eritip ince bir polimer filmi olarak yapıştırıyor; o film de parmağın plastiğe değmesini engelleyen bir örtü işlevi görüyor.

Çalışmayı yürüten Doçent Hiroki Shigemune, enstitünün duyurusunda yöntemi şöyle özetliyor: “Toner deseni, derinin PVC'ye tam olarak nerede değdiğini denetleyen geometrik bir maske işlevi görüyor.”

Yani basılı siyah şeritlerin üzerinden geçerken kayda değer bir şey olmuyor; parmak iki şeridin arasındaki çıplak PVC'ye geldiğinde sinyal doğuyor. Şeritleri kalınlaştırmak, aralarını açmak ya da sıklaştırmak, ortaya çıkan elektrik dalgasının biçimini doğrudan değiştiriyor. Geniş bir açıklık daha geniş bir gerilim tepesi, sık aralıklar daha sık tepeler üretiyor. Deseni tasarlamak, sinyali programlamak demek.

Neden deri ve PVC? Cevap triboelektrik sıralamada

Buradaki fizik yeni değil; kapı koluna dokununca çarpan o küçük statik elektriğin aynısı. İki malzeme birbirine sürtündüğünde biri elektron verir, diğeri alır. Hangisinin ne yapacağını ise malzemeleri artıdan eksiye doğru dizen triboelektrik sıralama belirler.

İnsan derisi bu sıralamanın en artı ucuna yakın durur; PVC ise en eksi uçtakilerden biridir. Iowa Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü'nün ders malzemelerinde de sıralama bu şekilde verilir. İkisi arasındaki uzak mesafe, sürtünme anında görece büyük bir yük ayrışması demek. Yani parmak ile PVC bu iş için tesadüfen değil, bilerek seçilmiş bir çift.

Levhanın tek bir elektrot bağlantısı var; ikinci bir yüzeye, karşı elektroda ya da pile gerek duymuyor. Devreyi besleyen yükü zaten insan bedeni sağlıyor.

Ölçülen sonuçlar

Ekip, çıkan sinyalleri makine öğrenmesiyle sınıflandırdı. Enstitünün duyurduğu sonuçlar şöyle:

New Atlas'ın aktardığına göre yön ve hız algılamada hata oranı %3,5'in altında kaldı. Ekip ayrıca yüzeyi ikili sayı girişi için de kullandı: art arda yapılan dokunuşlardan oluşan 1010 dizisi ondalık 10 sayısına çevrildi.

Kullanıcıları birbirinden ayırabilmesi ilginç bir yan sonuç. Herkesin parmak derisi, dokunma basıncı ve kayma alışkanlığı farklı olduğu için çıkan dalga da kişiden kişiye değişiyor. Ekip bunu bir kimlik doğrulama olasılığı olarak not ediyor — ama bu, yalnızca yedi kişilik bir grupta ölçülmüş bir sonuç.

Sınırlar: bu bir telefon ekranı değil

Bunu bir akıllı telefon ekranının ucuz muadili gibi düşünmemek gerekiyor. Ortada serbest biçimli dokunuşu her noktada okuyan bir yüzey yok; basılı desenin izin verdiği, sınırlı sayıda hareketi tanıyan programlanabilir bir denetim şeridi var. Yön, hız, birkaç jest ve basit diziler.

Ölçümlerin tamamı denetimli laboratuvar koşullarında yapıldı. Triboelektrik etki neme karşı hassastır; ıslak, terli ya da kirli bir parmağın, sıcaklık ve bağıl nem değişiminin sinyali ne kadar bozacağı çalışmada yanıtlanmış değil. Araştırmacılar da bir sonraki adım olarak gerçek dünya koşullarındaki başarımı ölçmeyi işaret ediyor.

Bir de şu var: yöntem “düşük maliyetli” diye anlatılıyor ve malzeme listesi buna hak veriyor — bir PVC levha, bir tutam toner. Ama ne enstitünün duyurusunda ne de makalenin künyesinde açıklanmış bir birim fiyat var. Ucuzluk şimdilik anlatılan bir üstünlük, ölçülüp yayımlanmış bir rakam değil.

Sırada ne var

Shigemune'nin duyuruda söylediği cümle işin asıl cazip tarafını özetliyor: “Yaklaşımımız, girdi işlevinin yalnızca basılı desen değiştirilerek dönüştürülebildiği, düşük maliyetli ve kablosuz bir platform sunuyor.”

Bunun pratikteki karşılığı şu: arayüzü üretmek için fabrika değil, yazıcı gerekiyor. Bugün bir ambalajın üstüne, bir giysi etiketine ya da tek kullanımlık bir pakete denetim yüzeyi koymak, üretim zincirinde ayrı bir parça sipariş etmeyi gerektiriyor. Basılı elektronik alanının yıllardır peşinde olduğu şey tam olarak bu eşiği düşürmek: devreyi bir bileşen olmaktan çıkarıp mürekkep gibi basılan bir şeye dönüştürmek.

Açık kalan soru, laboratuvardaki %97'lerin ofis nemi, ter ve toz altında ne kadarının ayakta kalacağı. Yanıt olumluysa, dokunmatik yüzeyin ilk kez atılabilir bir malzeme sayıldığı bir eşiğe yaklaşıyoruz demektir.

Fotoğraf: Wangsh05, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons