Dotykové displeje pod lupou

Dotykové displeje v priebehu posledných pár rokov prakticky ovládli trh s mobilnými telefónmi a stali sa bežným rozhraním, s ktorým denne prichádza do styku obrovské množstvo ľudí. Okrem smartfónov, tabletov či čítačiek kníh sa s dotykovými displejmi stretávame napríklad aj na rôznych informačných a peňažných termináloch a s nástupom operačného systému Windows 8 sa čoraz viac objavujú aj na notebookoch, ultrabookoch či monitoroch klasických počítačov.

V článku sa pozrieme na to, ako dotykové vrstvy displejov vôbec fungujú, ako sa ich jednotlivé technológie navzájom líšia a ako ich vývoj za posledné roky pokročil. Okrem opisu ich kladných stránok nevynecháme ani pohľad na ich nevýhody a obmedzenia, pričom poukážeme aj na výzvy vyplývajúce z ich konštrukcie.

Idea dotykového displeja nie je z hľadiska technológie žiadna novinka. Prvé lastovičky sa objavili už v 60. rokoch minulého storočia, keď E. A. Johnson z Britského kráľovského inštitútu pre vývoj radarových technológií publikoval opis dotykovej technológie určenej pre displeje riadiaceho strediska vzdušnej kontroly. Prvé praktické použitie dotykových senzorov objavilo v 70. rokoch, keď Sam Hurst z univerzity v americkom Kentucky vyvinul senzor elograf, ktorý sa v nasledujúcich rokoch stal úplným základom pre rezistívne dotykové displeje.

Nasledujúci vývoj nepriehľadných elografových senzorov na priehľadné „sklené" dotykové senzory bol v značnej miere financovaný spoločnosťou Siemens. V priebehu 80. rokov sa začali objavovať prvé používateľské produkty s dotykovými displejmi, pričom za zmienku stojí hlavne monitor HP-150 od spoločnosti Hewlett-Packard, využívajúci infračervenú dotykovú technológiu. Na obrázku si môžete pozrieť toto zaujímavé riešenie pozostávajúce z malých dierok na okrajoch monitora, z ktorých vychádzali lúče svetla v infračervenom spektre, neviditeľné pre oko. Monitor tak vytváral mriežku z lúčov, ktorých prerušenie prstom na špecifickom mieste bolo vyhodnocované riadiacim obvodom.

Značnou nevýhodou riešenia bola citlivosť na prach a nečistoty a na správnu funkciu bolo potrebné dierky pravidelne čistiť. Dotykové displeje na prenosných zariadeniach sa usadili na trhu v 90. rokoch minulého storočia. Za zmienku stojí napríklad prvý dotykový telefón IBM Simon alebo zariadenie PDA Apple Newton a najmä pokročilé dotykové zariadenie Pilot od spoločnosti Palm. Dotykové displeje sa pomaly, ale isto začali presadzovať na trhu.

Jeden z prvých komerčne dostupných počítačov s dotykovou obrazovkou bol HP-150 od spoločnosti Hewlett-Packard (1983), používajúci infračervenú technológiu

S istotou sa však ešte ani začiatkom 21. storočia nedalo povedať, že dotykové displeje sa už onedlho stanú hitom. Ak ste v rokoch 2002 až 2005 držali v rukách tablety s Windows XP, pravdepodobne ste si uvedomili zaujímavosť a perspektívnosť dotykovej technológie, ale keby vám niekto rozprával o jej masívnom nástupe v nasledujúcich rokoch, asi by ste neveriacky zakrútili hlavou. Povestný boom naštartovala v roku 2007 spoločnosť Apple svojím legendárnym zariadením iPhone. Vďaka dizajnu, výbornému rozhraniu a jednoduchosti sa tento koncept stal na dlhé roky vzorom moderných smartfónov. V priebehu nasledujúcich piatich rokov sa dotykové displeje lavínovo rozšírili do každodenných záležitostí a dnes si bez nich moderný telefón či skôr „vreckový počítač" ani nevieme predstaviť. V súčasnosti je na trhu niekoľko technológií dotykových displejov, pričom každá z nich má svoje špecifiká, výhody a nevýhody.

V minulosti bola najpopulárnejšia tzv. rezistívna technológia, ktorá je z hľadiska svojho zrodu najstaršia. Jej konštrukcia v základe pozostáva z dvoch vodivých vrstiev, oddelených medzerou, ktoré sa pri dotyku (a zatlačení) spoja. Na základe toho riadiaca časť rozpozná akciu na danom mieste a vykoná príslušnú úlohu. Dnes táto technológia tvorí približne 22 % trhu s dotykovými displejmi. Prvé husle hrá kapacitná technológia využívajúca telo, respektíve prst človeka ako vodič. Dotyk narúša elektrostatické pole displeja v špecifických častiach a podľa toho riadiaca časť rozpoznáva zadávanie povelov na jednotlivých miestach. Kapacitné displeje sa používajú na moderných tabletoch a smartfónoch, pričom im patrí takmer 70 % trhu a ich podiel neustále narastá. Poďme sa teda na jednotlivé technológie pozrieť podrobnejšie.

Dotykové displeje v 90. rokoch minulého storočia, reprezentované telefónom IBM Simon a zariadeniami PDA Apple Newton a Palm Pilot

Rezistívne dotykové vrstvy

Rezistívna dotyková vrstva je základná a osvedčená technológia dotykových displejov. Toto tradičné riešenie je založené na zmene elektrického odporu na jednotlivých miestach dotyku, pričom základom celého riešenia sú dve samostatné vrstvy. Na nákrese tohto riešenia si môžete všimnúť, že obe vrstvy sú oddelené a umiestnené priamo nad zobrazovacím displejom. Z tohto dôvodu je teda nevyhnutné, aby boli kompletne priehľadné. Spodná vrstva sa zvyčajne vyrába z bežného alebo akrylátového skla (plexiskla). Toto sklo je pokryté tenkou vodivou časťou, ktorá je po zapnutí neprestajne pod malým elektrickým napätím. Elektricky vodivá časť môže pozostávať buď z mriežky veľmi tenkých kovových vodičov, alebo z jednoliatej tenkej vrstvy vodivého a priehľadného materiálu (obyčajne ide o oxid india a cínu). Nad ňou sa nachádza vzduchová medzera a horná vrstva, ktorá má naspodku vodivý materiál.

Horná vrstva je zvyčajne vytvorená z nejakého priehľadného ohybného materiálu, pričom v drvivej väčšine prípadov ide o tenký plátok klasického plastu typu PET (polyetyléntereftalát, z ktorého sa vyrábajú fľašky na nápoje). S touto vrstvou sa používateľ dostáva do styku, práve na ňu kladie svoje prsty. Keďže obe vrstvy oddeľuje len malá vzduchová medzera, proti náhodnému spojeniu ich chránia miniatúrne nevodivé zrnká oddeľovača. Keď sa používateľ dotkne displeja, ohne vrchnú plastovú vrstvu, pričom sa prekoná vzduchová medzera a dôjde ku kontaktu medzi oboma vodivými povrchmi. Kontakt vrstiev uzavrie elektrický obvod, pričom jeho napätie odmeria radič displeja, ktorý na základe odporu vypočíta vzdialenosti od horizontálnych a vertikálnych okrajov. Napätie je tak prevedené prevodníkom ADC (Analog-to-Digital Converter) do podoby digitálneho signálu, ktorý je vyhodnotený radičom ako používateľský vstup na osi X a Y. Na tejto úrovni je už signál totožný s akýmkoľvek iným vstupom (napríklad kliknutím myši).

Princíp práce rezistívnej dotykovej technológie

Z uvedeného princípu možno odvodiť, že označenie dotykový displej sa vzťahuje na akýkoľvek displej zariadenia, na ktorom je umiestnená priehľadná dotyková vrstva. Môže ísť teda o klasický LCD panel s podsvietením CCFL alebo LED, panel OLED alebo displej z elektronického papiera. Z rezistívnej technológie dotykovej vrstvy pritom vyplýva, že dotyk môžete úspešne vykonať prakticky čímkoľvek. Vrstvu totiž ohnete holým prstom, prstom v rukavici, ceruzkou, stylusom či čímkoľvek iným, čím nepoškodíte plastový povrch. Takýto displej je teda vhodný aj do zariadení, ktoré používa personál v rukaviciach.

Okrem toho rezistívne dotykové povrchy displejov patria z hľadiska výroby k tým najlacnejším, a preto sa často používajú v prípadoch, keď treba cenu dotykového displeja držať na minimálnej úrovni. Nevýhoda týchto druhov dotykových vrstiev je v tom, že pomerne výrazne znižujú kvalitu obrazu. Tento jav je spôsobený konštrukciou, ktorá pozostáva z milimetrovej vzduchovej medzery medzi dvoma vrstvami dotykového rozhrania. Keďže vzduch má iný index lomu svetla ako ostatné materiály dotykovej vrstvy, svetlo prechádzajúce touto časťou sa láme trochu inak a spôsobuje nepresnosti v zobrazení. Problém je pritom väčší pri svetle dopadajúcom na obrazovku zvonku (okolia) ako zvnútra (zo spodného displeja). Prejavuje sa to najmä na ostrom dennom svetle, ktoré sa odráža v oddeľovacej vzduchovej vrstve a spôsobuje nízky kontrast.

Okrem toho je displej z hľadiska konštrukcie ohybnej plastovej vrstvy viac náchylný na poškodenie. Nejde pritom len o možné prebodnutie vrstvy ostrým predmetom, ale aj o postupnú degeneráciu vodivej vrstvy hornej časti, ktorá je neprestajne namáhaná ohybom. Ak časom na niektorom mieste vodivá vrstva praskne, vznikne oblasť nefunkčná na dotyk. Z týchto dôvodov sa rezistívne displeje stávajú čoraz minoritnejšou záležitosťou, pričom v budúcnosti sa dá očakávať ďalší pokles podielu na trhu. No keďže pri niektorých typoch zariadení na kvalite zobrazenia veľmi záleží (rôzne informačné stanice, pokladničné či iné terminály), pravdepodobne budú používané v špecifických segmentoch ešte veľmi dlhý čas.

ill Gates s prvým dotykovým tabletom s Windows XP v roku 2002 a vpravo Steve Ballmer s tabletom Surface o desaťročie neskôr

Kapacitné dotykové vrstvy

Suverénne najpoužívanejšia technológia dotykového ovládania sú v súčasnosti kapacitné dotykové vrstvy. Toto riešenie na rozdiel od rezistívnej technológie pozostáva len z jednej izolačnej vrstvy, ktorá je obalená vodičmi z oboch strán. Aj v tomto prípade sa používa vodivý priehľadný povlak oxidu india a cínu po celej ploche. Ďalším vodičom však nie je vrchná ohybná vrstva, ale sám človek, ktorý sa displeja dotýka. Dotyk vodivou ľudskou pokožkou narúša elektrostatické pole vytvorené v dotykovej vrstve, pričom jeho zmeny sú merateľné prostredníctvom kolísania kapacitného odporu. Ako toto dotykové riešenie vyzerá, to si môžete pozrieť na schematickom obrázku. Všimnite si, že v tomto prípade sa displej neprehýba.

Dotyková vrstva umiestnená nad obrazovým panelom LCD či OLED pozostáva z plátku skla s hrúbkou 0,55 alebo 0,75 mm, ktorý je z oboch strán obalený tenučkými vodivými vrstvami (50 mikrometrov, teda 0,05 mm). V týchto vrstvách oxidu india a cínu sa nachádzajú mikroskopické vlákna signálových liniek zo zmesi molybdénu a hliníka. Kým v jednej vodivej vrstve sú vlákna umiestnené vodorovne, v druhej sú zvislo. Vo výsledku tak vytvárajú mriežku. Nad touto konštrukciou sa nachádza krycia (zvyčajne chemicky tvrdená) sklená vrstva, hrubá 0,75 alebo 1,1 mm. Prst používateľa sa teda nedotýka priamo vodivého materiálu, ktorý je náchylný na poškodenie, ale len vrchného ochranného skla. No pretože sklený plátok je veľmi tenký, elektromagnetické pole vytvárané vodičmi pod ním má dostatočne veľký presah a reaguje na prítomnosť vodivého prsta aj cez ochranné sklo (a aj cez prípadnú ochrannú fóliu nalepenú používateľom). Narušenie poľa vytvára na mriežkach liniek projekciu svojho tvaru a polohu, čo je detegované príslušným radičom. Preto sa táto technológia označuje ako projekčná, ide teda o projekčnú kapacitnú dotykovú vrstvu.

Princíp práce projekčnej kapacitnej dotykovej technológie

Princíp práce je pomerne jednoduchý. Na vodičoch dotykovej vrstvy je napätím nahromadený elektrický náboj v podobe elektrónov, ktoré vzhľadom na to, že v celej vrstve sa dosiahla rovnováha, už nemajú kam ďalej prúdiť. Táto elektrická kapacita (z ktorej vychádza označenie tohto druhu dotykovej technológie) sa dá dobre ilustrovať na príklade dvoch prepojených nádob s vodou, ktoré rozdelíte zarážkou. Ak do jednej nádoby prilejete vodu, hladina v nej bude značne vyššia ako v druhej. V momente, ako zrážku odstránite, dôjde k rýchlemu vyrovnaniu rozdielu a hladiny v oboch nádobách budú rovnaké. Obdobná situácia nastáva aj v prípade elektriny, čo poznáte určite z vlastnej skúsenosti, keď si v zime vyzliekate sveter a potom sa dotknete kovovej zárubne.

Nahromadené elektróny, ktoré ste „násilne" ukradli svetru, totiž prejdú do zárubne a vyrovnajú rozdiely medzi vami a iným vodičom. V prípade kapacitného dotykového displeja náboj nahromadený vo vodivej dotykovej vrstve podobne putuje do vášho prsta. Náboj je mimoriadne malý a pod prahom rozlišovacej schopnosti ľudských zmyslových orgánov. Strata z hľadiska displeja je však merateľná a zmeny v elektrostatickom poli sú detegované na základe informácií z mriežky príslušným radičom a odosielané ako poloha používateľských vstupov operačnému systému. Tieto projekčné kapacitné dotykové vrstvy (označované skrátene aj ako p-cap či pro-cap) sú na trhu vôbec najpoužívanejšie a patrí im približne 55-percentný podiel.

Podstatne menej rozšírený (asi 3 % trhu) je jednoduchší variant v podobe povrchových kapacitných dotykových vrstiev. Tento druh kapacitného displeja pozostáva iba z jednej vodovej vrstvy, umiestnenej na sklenom nosiči namiesto z dvoch, ako je to v prípade projekčného variantu. Vo výsledku sa tak detekcia polohy dotyku nevykonáva na základe údajov z mriežky, ale iným mechanizmom. Pokiaľ sa dotknete displeja, naruší sa uniformné elektrostatické pole vo vodivej vrstve a zo senzorov umiestnených v každom zo štyroch rohov displeja sa rozpozná zmena v kapacite. Na základe rozličných údajov z každého senzora tak radič vyhodnotí polohu, na ktorej došlo k dotyku, a odošle súradnice operačnému systému. Povrchové kapacitné dotykové displeje majú niekoľko špecifických obmedzení, ktoré vyplývajú z ich konštrukcie, pričom ide najmä o menšiu presnosť a s tým spojený limit na rozlíšenie a veľkosť displeja. Obyčajne sa používajú na malých displejoch s nenáročným zobrazením, ako sú napríklad displeje rôznych priemyselných strojov.

Tretí druh kapacitných displejov sú tzv. riešenia on-cell a in-cell, ktoré majú momentálne v oblasti dotykových technológií displejov podiel 11 %, pričom sa očakáva, že bude naďalej rásť. Z hľadiska základnej technológie ide o klasické projekčné kapacitné dotykové riešenia, ktoré sa od bežného typu líšia tým, že sú zabudované priamo do konštrukcie displejov LCD a OLED. Kým pri bežnom postupe sa používa napríklad klasický nedotykový LCD displej, na ktorý sa dotyková vrstva doslova prilepí, pri on-cell riešení vrchná sklená vrstva LCD slúži rovno ako nosič spodnej vodivej vrstvy dotykovej časti. Dotyková časť tak nemá „vlastné" nosné sklo a medzi vodivými vrstvami je len tenký izolant. Nad vodivé vrstvy sa umiestni ešte polarizér LCD displeja a celá konštrukcia sa ukončí vrchným krycím sklom. Vo výsledku je tak displej tenší.

S týmto riešením sa stretnete napríklad pri displejoch OLED Samsungu, ktorý ich označuje ako super AMOLED. Výraznejším pokračovaním „zabudovávacieho" trendu je riešenie in-cell. Pri nej je spodný vodivý prvok dotykovej časti umiestnený priamo vo vrstve TFT obrazového panela, teda v mieste, kde sú umiestnené tranzistory ovládajúce jednotlivé subpixely displeja (každý pixel má niekoľko subpixelov pre jednotlivé farby, pričom každý subpixel je ovládaný samostatným tranzistorom). To vo výsledku umožňuje vypustiť ďalšiu vrstvu, čo má opäť pozitívny dosah na celkovú hrúbku. Pokiaľ odhliadneme od toho, že výrobcovia môžu vďaka týmto postupom vyrobiť o niečo tenší displej, z hľadiska používateľa toto riešenie neprináša žiadnu výhodu. To sa však nedá povedať o výrobe. Výrobcovia displejov totiž môžu špecifické dotykové vrstvy umiestňovať do displejov priamo v rámci ich výrobného procesu a nespoliehať sa tak na externého dodávateľa.

Vo výsledku tak môžu výrobcov dotykových vrstiev úplne odstrihnúť. Z hľadiska súčasného trhu väčších displejov (15 palcov a viac) je toto riešenie ešte značne nevýhodné, pretože by to pre výrobcu znamenalo vyrábať dva inak rovnaké typy displejov - dotykové a nedotykové. V súčasnosti je pre nich oveľa lepšie vyrábať len jeden (nedotykový) typ displeja a dotykovú vrstvu naň v prípade potreby dodatočne osadiť. V rámci tabletov a smartfónov však takýto postup neplatí, pretože nedotykové varianty boli vytlačené na okraj trhu a podobná situácia sa dá v blízkej budúcnosti očakávať aj v prípade notebookov a ultrabookov. Je teda dosť možné, že nedotykový displej bude o pár rokov rarita a spomenutý problém duálnej výroby bude len ozvenou odviatej minulosti.

Konštrukčné rozdiely medzi umiestňovaním vrstiev pri klasickom projekčnom kapacitnom dotykovom displeji a pri jeho integrovaných variantoch on-cell a in-cell

Nech už sú detaily jednotlivých riešení akékoľvek, je fakt, že kapacitné technológie sú dnes dominantným dotykovým riešením. Oproti rezistívnym typom ponúkajú oveľa lepší obraz, väčšiu odolnosť a presnosť. Na druhej strane nájde sa aj nevýhoda, ktorou je určite nevyhnutnosť ovládať zariadenie vodivým prvkom. Zariadenie tak nemôžete plnohodnotne obsluhovať napríklad v rukaviciach (čo je problém najmä v mrazivom počasí), plastovým ukazovadlom či dlhým nechtom. Tento problém sa však dá vyriešiť špeciálnym vodivým stylusom a rukavicami s vodivými končekmi prstov.

V niektorých prípadoch je elektromagnetické pole prechádzajúce cez vrchnú sklenú vrstvu displeja ešte dosť silné na to, aby prešlo napríklad tenkými plastovými chirurgickými rukavicami, čo pomáha problém redukovať. Aktuálne sa však už na trh uviedli displeje, ktoré umožňujú ovládanie v bežných rukaviciach. V súčasnosti kapacitným displejom patrí 69 % trhu (55 % klasické projekčné, 3 % povrchové a 11 % riešenia on-cell/in-cell), a ak k tomuto číslu pripočítame 22 % podiel rezistívnych displejov, zostane nám ešte 9 % trhu. Aké druhy dotykových technológií teda patria sem?

Projekčné kapacitné dotykové vrstvy dnes dominujú trhu v oblasti smartfónov aj tabletov

Ďalšie dotykové technológie

Okrem rezistívnych a kapacitných dotykových riešení sa môžeme stretnúť ešte s tromi ďalšími základnými technologickými smermi. Jeden z nich je dnes už takmer vymiznuté nadstavbové infračervené dotykové rozhranie, ktoré sme v krátkosti spomenuli už v úvode článku. Ide o jedno z najstarších dotykových riešení vôbec a pozostáva z infračervených diód emitujúcich svetlo, rozmiestnených po bokoch obrazovky. Infračervené svetlo tak vytvára nad povrchom displeja mriežku neviditeľnú pre ľudské oko, a ak na povrch položíte prst, pretnete tým niekoľko lúčov. Na základe senzorov, ktoré zhasnú (keďže svetlo cez váš prst neprejde do receptora na opačnom okraji displeja), sa odvodí poloha na osi X a Y. Nie je teda potrebný dotyk vodivého predmetu.

Na druhej strane technológia je veľmi citlivá na nečistoty. O niečo rozšírenejšia je dotyková metóda postavená na povrchovej akustickej vlne. Pri tomto riešení sa zvyčajne do horného rohu displeja umiestňujú emitory ultrazvuku nepočuteľného pre ucho, ktoré smerujú do vodorovného odrážača umiestneného po celej dĺžke hornej hrany monitoru a na jednom z jeho okrajov. Z týchto odrážačov sú zvukové vlny odrážané nad povrch displeja, pokrývajúc tak jeho celú plochu, pričom dopadajú do detektorov na opačnej zvislej hrane a spodnej hrane displeja. Dotyk prsta tieto vlny naruší a na základe chýbajúcej informácie z príslušných detektorov sa vypočíta poloha dotyku. Akustické riešenie teda podobne ako infračervená technológia vôbec neovplyvňuje obrazové vlastnosti displeja a panel môže mať vysokú odolnosť a pevnosť (jeho horná ochranná vrstva totiž nemusí byť tenká).

Z týchto menej rozšírených dotykových riešení, založených zvyčajne na nejakom druhu nadstavby umiestnenej v okrajoch displeja, je momentálne najpopulárnejší systém postavený na sústave optických kamier. Tieto optické riešenia tvoria približne 4 % trhu a postupne naberajú na popularite vďaka bezproblémovému použitiu na veľkých displejoch, ako majú televízory či dotykové tabule (do uhlopriečky 100 palcov), a rovnako aj z dôvodu nízkej obstarávacej ceny. Systém zvyčajne tvoria dve kamery, ktoré sú zabudované do horných rohov monitora. Tie v rýchlosti skenujú celý povrch displeja a v prípade, že im niečo vstúpi do cesty, radič vypočíta na základe svetelnej informácie z oboch kamier príslušnú polohu. Na čo najpresnejšiu detekciu sú obvykle do okrajov displeja zabudované reflexné materiály, ktoré znásobujú rozdiel medzi „čistou" cestou pohľadu kamery bez dotyku a medzi prekážkou blokujúcou záber.

Pre tieto systémy je výzvou priame slnečné svetlo, ktoré môže za určitých podmienok svietiť priamo do objektívu kamery a narúšať tak detekčné schopnosti. Niektorí výrobcovia preto zabudovávajú do takýchto systémov pomocný infračervený systém riešiaci tento problém zvýšeným kontrastom. Podobne ako infračervená a ultrazvuková detekčná mriežka aj optický systém je pomerne citlivý na nečistoty blokujúce výhľad jednotlivých detekčných prvkov.

Multidotykové ovládanie

Či už displej disponuje rezistentným, alebo kapacitným dotykovým riešením, prípadne používa menej rozšírené infračervené, ultrazvukové a optické metódy detekcie, moderná doba si v drvivej väčšine prípadov žiada podporu viacnásobných dotykov. Kým na jednoduchých displejoch zobrazujúcich iba niekoľko prvkov je schopnosť registrovať viac dotykov súčasne (multitouch) prakticky zbytočná, na zariadeniach s pokročilými operačnými systémami táto schopnosť otvára nové možnosti z hľadiska pohodlia, rýchlosti a intuitívneho ovládania. Nie každá dotyková technológia je však na tento druh ovládania vhodná, pričom v mnohých prípadoch si jej použitie vyžiadalo vyriešenie mnohých problémov, s ktorými vývojári zápasili už od počiatku vývoja dotykových riešení v 70. rokoch.

Skutočný prielom prišiel v roku 1991, keď Pierre Wellner zo spoločnosti Xerox publikoval prácu s názvom Digital Desk, ktorá opisovala technický princíp zariadenia podporujúceho viacnásobné dotyky prstov, ktoré sa stalo základom pre prvé používateľské multidotykové riešenia uvedené na trh na prelome 20. a 21. storočia. Išlo najmä o multidotykové touchpady vyvinuté v rokoch 1999 až 2005 spoločnosťou Fingerworks (tú v roku 2005 odkúpila spoločnosť Apple) a o riešenie veľkého multidotykového displeja stolového zariadenia s pôvodným názvom Surface, ktoré Microsoft vyvíjal na základe infračervenej technológie od roku 2001 (zariadenie bolo neskôr premenované na PixelSense).

Do širokého povedomia používateľskej verejnosti sa tieto obrazovky dostali až v roku 2007 s nástupom viacdotykových kapacitných displejov smartfónov Apple iPhone. Laická verejnosť dodnes považuje Apple za akéhosi vynálezcu multidotyku, čo však nie je pravda. Mnoho spoločností pracovalo na multidotykových vrstvách už od konca 90. rokov. Kým niektoré spoločnosti (ako napríklad Microsoft) dávali v týchto raných multidotykových dobách prednosť infračervenému riešeniu, iné sa uchýlili ku kapacitným metódam (Fingerworks a Mitsubishi Electric Research Laboratories).

Apple svoj dotykový kapacitný displej telefónu iPhone založil na odkúpených riešeniach spoločnosti Fingerworks a začal ho predávať v roku 2007. Na druhej strane Apple dokázal nájsť správny priestor a čas na trhu. Kým Microsoft a Mitsubishi plánovali multidotykové riešenia hlavne na použitie na veľkých stolových doskách, ktoré sú obsluhované niekoľkými ľuďmi súčasne (stoly Microsoft PixelSense a Circle Twelve-Mitsubishi DiamondTouch sa dostali na trh v roku 2008), Apple správne rozpoznal ich veľký potenciál na vreckových zariadeniach. Dnes sú kapacitné viacdotykové displeje štandardom a moderné smartfóny a tablety by sme si bez nich už ani nevedeli predstaviť.

V tejto súvislosti sa schopnosť úpravy kapacitných displejov na registrovanie multidotykov (na základe projekcie zmien elektromagnetického poľa na mriežke vo vodivých vrstvách) ukázala ako obrovská výhoda a aj z tohto dôvodu tento typ technológie v súčasnosti dominuje na trhu. Rezistívne displeje síce tiež možno upraviť na multidotyk, ale výrazne sa zvyšuje ich komplexnosť, a teda aj cena.

V každom prípade je na súčasných smartfónoch a tabletoch registrácia viacnásobného dotyku nevyhnutnosť, pričom zlepšovanie týchto vlastností neustále pokračuje. Hoci počet dotykov na malých jednopoužívateľských zariadeniach sa zvyčajne zastavuje na čísle desať (v podobe súčasného dotyku všetkých desiatich prstov ruky), zlepšenia sa môžu uberať smerom k registrácii odlišností jednotlivých dotykov. Za zmienku stojí najmä technológia TapSense, predstavená v roku 2011, ktorá umožňuje rozpoznávať rozdiely medzi dotykom bruška prsta, nechtu a prstového kĺba. Každému z dotykov pritom môže byť priradená iná špecifická reakcia zariadenia.

Kam sa trh bude uberať?

Z hľadiska typov jednotlivých dotykových technológií sú v súčasnosti karty rozdané. Dotykové displeje sú jednoznačne v trende, pričom ich produkcia neprestajne stúpa a tržby výrobcov narastajú veľkým tempom. V tabuľke si môžete pozrieť zoznam momentálne najvýznamnejších výrobcov dotykových riešení, ktorých výrobky sú osadzované na všetky moderné dotykové displeje. Všimnite si, ako sa za posledných päť rokov trh niekoľkokrát znásobil. Suverénnym lídrom medzi výrobcami je taiwanská spoločnosť TPK, ktorá v rámci výroby dotykových riešení v minulom roku dosiahla tržby takmer šesť miliárd dolárov.

So značným odstupom jej sekunduje taiwanský Wintek s obratom 3,5 miliardy dolárov. Momentálne tretím najväčším hráčom na tomto poli je juhokórejský LG Display, pričom v najbližších rokoch mu bude zrejme výrazne dýchať na chrbát japonské konzorcium Japan Display, ktoré vzniklo v priebehu minulého roka zlúčením japonských displejových divízií spoločností INCJ, Sony, Hitachi a Toshiba. Ostatní výrobcovia značne zaostávajú a v tomto roku sa očakáva, že líder TPK utŕži na trhu s dotykovými technológiami viac ako desať výrobcov v poradí od tretieho až po dvanásteho dovedna. V budúcnosti bude určite zaujímavé sledovať, či tento trend bude naďalej pokračovať alebo do diania zasiahnu noví hráči v podobe Japan Display či výrobcovia monitorov pri stúpajúcom pomere riešení on-cell a in-cell.

Bežného používateľa tvrdý boj výrobcov veľmi nezaujíma a zvedavý je hlavne na to, či technológie v dohľadnom čase ešte viac zlacnejú a aký bude ďalší technologický pokrok. Pokiaľ odhliadneme od zaujímavej technológie TapSense, ktorú sme už spomenuli, v najbližšom období by mohli byť novým prvkom tzv. pocitové dotyky. Asi nikomu neuniklo, že s rozšírením displeja prakticky na celé zariadenie človek prišiel o pomerne dôležitý hmatový pocit z ovládania. Vďaka dotykovým vrstvám síce smartfón či tablet dokážeme ovládať priamo obrazovkou, v realite sa však dotýkame len skleného povrchu. Ak stlačíme tlačidlo na dotykovej ploche, vidíme to a môžeme to často aj počuť, ale hmatová reakcia nepríde (pokiaľ nepočítame nejaké obligátne trasenie celého telefónu).

Jej neprítomnosť pritom nie je len prekážkou pre ľudí s postihnutím zraku, ale aj pre bežných používateľov. Telefón totiž nemožno ovládať napríklad naslepo vo vrecku tak ako v minulosti, a pokiaľ máte napríklad v aute dotykové rádio, pri ovládaní musíte spustiť oči z vozovky. Riešenie tohto problému predstavila v minulom roku fínska spoločnosť Senseg s rovnako nazvanou technológiou hmatovej reakcie. Táto nadstavba dotykovej vrstvy vyvoláva pocit dotýkania sa jednotlivých prvkov, ktoré sú vykreslené na displeji. Možno tak cítiť hrany tlačidla, rozpoznávať drsnú alebo hladkú štruktúru či tvar objektu . Pocit pritom nie je vyvolaný tým, že by sa telefón fyzicky triasol. Displej zostáva celý čas nehybný. To, čo sa mení, je elektrické pole pôsobiace na pokožku prsta (s frekvenciou tisíc zmien za sekundu), čo vyvoláva ilúziu prekážky. Podrobnosti o technológii zatiaľ nie sú k dispozícii, ale podľa vyjadrenia verejných testerov sú dotyky veľmi verné.

Ak sa technológii podarí dostať z vývojového štádia do reálneho použitia na produktoch, môže to byť nový veľký hit na poli prenosných zariadení. Predsa len cítiť pri písaní na displeji pod prstami klávesy a o malú chvíľu zas na tom istom mieste cítiť napríklad „fyzicky" posuvný prvok ovládania hlasitosti môže celkom zmeniť pohodlie pri používaní dotykových zariadení. Bolo by pre vás zaujímavé hrať na smartfóne hru v podobe ťukania do malej guľôčky a pod svojimi prstami ju skutočne cítiť? Trochu inou cestou sa uberá potenciálny konkurent Tactus, ktorý hmatovú reakciu vykonáva skutočnou zmenou štruktúry displeja. Tá pozostáva zo špeciálnej povrchovej vrstvy, hrubej približne jeden milimeter, ktorá na povel dokáže na konkrétnych miestach vyvyšovať povrch vytvorením malých stlačiteľných hrbolčekov. To sa dosiahne vytláčaním malého množstva kvapaliny, ktorá ohne povrchovú vrstvu. Z technického hľadiska ide o podstatne menej praktické riešenie ako plne elektronický Senseg, ale až čas ukáže, čo bude nakoniec úspešné.

Štruktúru posuvného jazdca by sme mohli už onedlho na dotykových displejoch aj cítiť

Technológie ďalšej dekády

A čo nás čaká z hľadiska technológie ovládania počítačov a mobilných technológií v horizonte niekoľkých rokov či dekád? Stane sa ovládanie dotykom trendom na niekoľko desaťročí, ako to bolo napríklad pri myšiach, alebo už o pár rokov bude niečím beznádejne zastaraným? Pri predpovedaní vzdialenejšej budúcnosti sa možno poriadne mýliť, pretože zvyčajne sa nedajú odhadnúť nové trendy a pokroky v technológiách, ktoré si ľudia v čase predpovede ani nedokážu predstaviť. No ak máme vychádzať z aktuálnej situácie, je možné, že v najbližších rokoch sa začnú presadzovať vo veľkej miere dotykové displeje s hmatovou reakciou.

Pri pohľade na nové koncepty a produkty, ako je napríklad Google Glass, sa dá pritom očakávať, že v tomto desaťročí bude naďalej stúpať aj význam hlasového ovládania. Úplné nahradenie dotykového rozhrania neprinesie, pretože nie vo všetkých prípadoch sa dá použiť, ale je možné, že obe technológie budú koexistovať a časom ovládanie hlasom a drobnými gestami predsa len získa prevahu. V ešte vzdialenejšom časovom horizonte je však finálny cieľ každého vývojára ovládacích rozhraní zrejme rovnaký. Vytvoriť zariadenie, ktoré nebude treba ovládať pohybom, dotykom, gestami či hlasom. Ultimátnym cieľom je ovládanie myšlienkou. Samozrejme, nejde o narážku na šarlatánov z radov jasnovidcov, ale o regulárnu vedu pozostávajúcu z detekcie prejavov mozgovej aktivity. V súčasnosti sa tento vývoj zameriava najmä na pomoc ľuďom so zraneniami miechy a inými paralýzami, pre ktorých takéto rozhranie často predstavuje jediný spôsob, ako fyzicky interagovať s okolitým svetom.

Prototypy takýchto zložitých zariadení zvyčajne dokážu snímať aktivitu neurónov v pohybových centrách mozgu a ovládať podľa jednoduchých príkazov počítač či robotické protézy. Na projektoch v spolupráci s vedeckými tímami prestížnych univerzít spolupracujú napríklad Samsung a Intel, pričom zatiaľ ide zvyčajne o nejaký druh ťažkopádnej čiapky EEG s príslušnými senzormi, nasadzovanej na hlavu. Zavedenie ovládania strojov a počítačov ľudskými myšlienkami je zatiaľ otázkou ďalekej budúcnosti, no už teraz sa dá dedukovať, že to bude zaujímavý prielom nielen pre telesne hendikepovaných, ale o niečo neskôr aj pre bežnú konzumnú spoločnosť. Vývoj z hľadiska technológií každopádne napreduje neuveriteľne rýchlym tempom a veci, ktoré sa nám dnes môžu zdať neuveriteľné, môžu byť už onedlho každodennou realitou.