指尖上的科技

劉思博

如今觸摸屏已經(jīng)發(fā)展成為數(shù)碼產(chǎn)品使用最廣泛的一類產(chǎn)品，從手機(jī)到平板電腦，而今就連筆記本的發(fā)展也已經(jīng)全面轉(zhuǎn)向了觸控操作。談到觸摸屏，我們就不由得會(huì)想到蘋果，因?yàn)樘O果是率先使用電容屏到自家產(chǎn)品上的，并將觸摸體驗(yàn)提升到了一個(gè)全新的高度進(jìn)而讓全世界人們對(duì)這種全新的觸摸體驗(yàn)認(rèn)可并由此依賴。事實(shí)上，如今的觸摸屏是經(jīng)過(guò)了一段相當(dāng)長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程。現(xiàn)在，就讓我們回過(guò)頭來(lái)看看那些具有劃時(shí)代意義的觸摸屏產(chǎn)品吧！

1971年

美國(guó)人山姆·赫斯特（Sam Hurst）發(fā)明了世界上第一個(gè)觸摸傳感器，被視為觸摸屏技術(shù)發(fā)展的開(kāi)端。當(dāng)年，赫斯特在肯尼迪大學(xué)教書，因?yàn)槊刻煲幚泶罅康膱D形數(shù)據(jù)而不勝其煩，就開(kāi)始琢磨怎樣提高工作效率，用最簡(jiǎn)單的方法搞定這些繁瑣的圖形。他把自己的三間地下室改造成了車間，一間用來(lái)加工木材、一間制造電子元件、一間用來(lái)裝配這些零件。在這里最終制造出了最早的觸摸屏。這種觸摸屏被命名為“AccuTouch”，由于是手工組裝，一天生產(chǎn)幾臺(tái)設(shè)備。1973年，這項(xiàng)技術(shù)被美國(guó)《工業(yè)研究》雜志評(píng)選為當(dāng)年100項(xiàng)最重要的新技術(shù)產(chǎn)品之一。

不久之后，赫斯特成立了自己的公司，并和西門子公司合作，不斷完善這項(xiàng)技術(shù)。這個(gè)時(shí)期的觸摸屏技術(shù)主要被美國(guó)軍方采用，直到1982年，赫斯特的公司在美國(guó)一次科技展會(huì)上展出了33臺(tái)安裝了觸摸屏的電視機(jī)，普通用戶才第一次親手“摸”到神奇的觸摸屏。

1983年

到了上個(gè)世紀(jì)八十年代早期，當(dāng)一些公司還在手忙腳亂地生產(chǎn)鼠標(biāo)的時(shí)候，惠普公司于1983年推出了其第一臺(tái)商用觸摸屏電腦：HP-150。屏幕上網(wǎng)格紅外線可記錄手指運(yùn)動(dòng)，但其感應(yīng)器會(huì)堵塞灰塵需要經(jīng)常清潔。這臺(tái)PC配置了MS-DOS操作系統(tǒng)和Intel 8088微處理器，它最初被當(dāng)作一個(gè)帶有可觸摸的屏幕組件的數(shù)據(jù)終端。研發(fā)團(tuán)隊(duì)們集思廣益出有創(chuàng)造性的新方式來(lái)利用這個(gè)屏幕。HP-150安裝了兩個(gè)3-1/2英寸HP 9121磁盤驅(qū)動(dòng)器。這是首個(gè)美國(guó)商用的3-1/2英寸軟盤驅(qū)動(dòng)器。這些驅(qū)動(dòng)器更便宜、更可靠，并可以保存和5-1/4英寸IBM兼容驅(qū)動(dòng)器同樣數(shù)量的信息。它被作為現(xiàn)在惠普的Touchsmart電腦的前身而被人們記住。

1993年

時(shí)間進(jìn)入九十年代，觸摸屏技術(shù)開(kāi)始在民間獲得了不小的發(fā)展。那時(shí)的觸摸屏主要以電阻式觸摸屏為主，被廣泛應(yīng)用在任天堂的DS掌上游戲機(jī)、PDA等產(chǎn)品上。其中具有代表性的就屬蘋果公司的這款Newton PDA掌上電腦了。

這款稱為Newton Message Pad的產(chǎn)品使用了蘋果公司自己開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)，是世界上第一款沒(méi)有鍵盤，使用觸控筆來(lái)操作的掌上電腦，這種全新的硬件形式也確定了今后掌上電腦的發(fā)展方向，成為現(xiàn)代掌上電腦的鼻祖。不過(guò)，創(chuàng)新并不意味著成功，由于糟糕的手寫識(shí)別問(wèn)題和昂貴的價(jià)格，Newton總共只賣出了不到30萬(wàn)臺(tái)，加上重新入主蘋果的喬布斯把主要精力集中在個(gè)人電腦核心業(yè)務(wù)上，Newton最終以失敗告終，1998年初，蘋果公司徹底停止了Newton的生產(chǎn)。

1993年

同年，IBM還聯(lián)合貝爾公司，發(fā)布了世界上第一個(gè)配備觸摸屏的移動(dòng)電話“Simon”。它是世界上公認(rèn)的第一部智能手機(jī)，由IBM與BellSouth合作制造。在當(dāng)年制造時(shí)，它就已經(jīng)集手提電話、個(gè)人數(shù)碼助理、傳呼機(jī)、傳真機(jī)、日歷、行程表、世界時(shí)鐘、計(jì)算器、記事本、電子郵件、游戲等功能于一身。其最大的特點(diǎn)就是，沒(méi)有物理按鍵，輸入完全靠觸摸屏操作。這在當(dāng)時(shí)造成了不小的轟動(dòng)。1994年全面上市時(shí)的價(jià)格為899美元，在美國(guó)有近200個(gè)城市在銷售“Simon”。

1996年

接下來(lái)，Palm出現(xiàn)了。1996年的4月，第一部PalmPilot掌上電腦Pilot 1000問(wèn)世了，它使用的是自家開(kāi)發(fā)的Palm OS 1.0操作系統(tǒng)，只有256K內(nèi)存，隨后，配備了512K內(nèi)存的Pilot 5000也上市了。

在開(kāi)始的5個(gè)月時(shí)間里，PalmPilot銷量平平，然而很快，人們就發(fā)現(xiàn)這個(gè)小玩意兒使用簡(jiǎn)單，能與個(gè)人電腦同步數(shù)據(jù)，而且價(jià)格還十分便宜。因此PalmPilot的銷售迅速增長(zhǎng)，同年還獲得了PC Computing的“年度易用產(chǎn)品”MVP獎(jiǎng)。雖然當(dāng)時(shí)Pilot的功能還十分簡(jiǎn)陋，但是它已經(jīng)具備了后來(lái)Palm的很多特征，從外型、按鈕布局到手寫識(shí)別系統(tǒng)。不過(guò)Palm公司雖然在技術(shù)上是成功的，卻不是一個(gè)商業(yè)上成功的公司，最終導(dǎo)致了被惠普公司收購(gòu)的命運(yùn)。

2000年

微軟創(chuàng)始人比爾蓋茨看到手持平板終端的市場(chǎng)前景，并于2002年推出了搭載Windows XP系統(tǒng)的平板電腦，不過(guò)因價(jià)格高昂少有人問(wèn)津。

2004年

進(jìn)入21世紀(jì)，觸屏智能手機(jī)普遍流行，諾基亞Symbian系統(tǒng)手機(jī)、微軟Windows Mobile以及索尼愛(ài)立信UIQ平臺(tái)手機(jī)在此浪潮中推波助瀾。

2007年

蘋果的iPhone震驚了智能手機(jī)行業(yè)，蘋果開(kāi)始在第一代iPhone手機(jī)上采用“投射式”電容觸摸屏技術(shù)，它的電極排列更精密，引發(fā)了手機(jī)行業(yè)的一場(chǎng)革命。iPhone觸摸屏的供應(yīng)商是來(lái)自臺(tái)灣的宸鴻（TPK）。TPK創(chuàng)始人江朝瑞最先帶著這一技術(shù)拜訪的公司其實(shí)是諾基亞，但這個(gè)技術(shù)沒(méi)有被當(dāng)時(shí)的諾基亞采用。

后來(lái)發(fā)生的我們都知道，觸摸屏開(kāi)始出現(xiàn)在越來(lái)越多的手機(jī)上。市場(chǎng)研究集團(tuán)NPD DisplaySearch發(fā)布的報(bào)告說(shuō)，在2011年的時(shí)候，電容式觸摸屏已經(jīng)替代了電阻屏，成為手機(jī)行業(yè)的主流技術(shù)。

2008年

微軟推出了一款8500美元的觸屏電腦，相對(duì)來(lái)說(shuō)更適合商用而不是家用，該系統(tǒng)可以供多人同時(shí)觸控電腦，而2009年推出的Windows 7系統(tǒng)使得家用電腦支持多點(diǎn)觸控。

2010年

iPad誕生，這是一款蘋果公司于2010年發(fā)布的平板電腦，定位介于蘋果的智能手機(jī)iPhone和筆記本電腦產(chǎn)品之間，通體只有四個(gè)按鍵，與iPhone布局一樣，提供瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、收發(fā)電子郵件、觀看電子書、播放音頻或視頻、玩游戲等功能。

起初，iPad被指“僅僅是一部大的iPhone”，缺少攝像頭以及多任務(wù)處理等問(wèn)題被廣為詬病。但在美國(guó)發(fā)布后的一個(gè)月內(nèi)，iPad銷售量就突破了100萬(wàn)臺(tái)。

2012年

這一年，觸摸屏工藝得到了更多的突破。諾基亞在Lumia系列手機(jī)上的“超敏感觸摸屏”將傳感器和顯示屏融合在了一起。

過(guò)去，傳統(tǒng)的手機(jī)觸摸屏從外向內(nèi)由四個(gè)部分組成，分別是蓋板、非集成式傳感器、顯示屏、機(jī)身，其中傳感器又是由感應(yīng)器和傳送器兩個(gè)組件組成的，這兩個(gè)組件共同負(fù)責(zé)處理手指按壓屏幕時(shí)所產(chǎn)生的靜電信號(hào)。在這種設(shè)計(jì)中，顯示器必須首先通過(guò)傳送器，才能接收到感應(yīng)器發(fā)出的信號(hào)。

而對(duì)于超敏感觸摸屏，感應(yīng)器和傳送器的位置都發(fā)生了變化：傳送器挪到了顯示屏背部，而感應(yīng)器則直接放置在了顯示器上方，變成了顯示屏的正面。

這個(gè)調(diào)整帶來(lái)了兩點(diǎn)好處。首先是節(jié)約電量，因?yàn)槌舾杏|摸屏不會(huì)像普通屏幕那樣，由于分離式的傳感器設(shè)計(jì)吸收了顯示屏發(fā)出的一部分光，導(dǎo)致收集消耗額外電量；另一個(gè)更明顯的變化是抗干擾能力的提升。此前有其他介質(zhì)，比如帶著手套就無(wú)法操控電容屏，原因在于手套干擾了電場(chǎng)，使手指與觸摸屏接觸產(chǎn)生的電流受到影響，無(wú)法完成準(zhǔn)確的觸摸操控?，F(xiàn)在通過(guò)傳感器直接接觸顯示屏，幫助傳感器捕捉更弱的觸摸信號(hào)，比如來(lái)自指尖、手套和手帕的觸摸信號(hào)，使“戴著手套操作觸摸屏”成為可能。

這種將顯示屏盡可能接近感應(yīng)器的設(shè)計(jì)正在成為觸摸屏行業(yè)的一大趨勢(shì)，它主要被分為“In-cell”和“On-cell”兩種模式，前者是液晶面板內(nèi)部直接嵌入觸摸傳感器，后者則是像“超敏感觸摸屏”一樣，在顯示面板的上方安裝傳感器。

相比On-cell，In-cell將過(guò)去的兩層屏幕變成了一層，它帶來(lái)更薄的機(jī)身，也通過(guò)觸摸層的整合減少零部件數(shù)量。蘋果iPhone5是最先采用了這種觸摸屏技術(shù)的手機(jī)，只是將傳感器直接嵌入顯示屏的工藝還有些復(fù)雜，因此仍然面臨產(chǎn)品合格率不夠高的問(wèn)題。

2013年

并不是所有廠商都從超靈敏的角度去嘗試突破觸摸屏領(lǐng)域的局限。索尼就在自己的智能手機(jī)上使用了懸浮觸控技術(shù)（Floating Touch）。這項(xiàng)由索尼移動(dòng)和Cypress Technologies聯(lián)合研發(fā)的技術(shù)也是業(yè)界最受關(guān)注的觸摸屏技術(shù)之一。

從技術(shù)角度而言，浮空觸屏技術(shù)是將兩種類型的觸摸屏——互電容（Mutual Capacitance）和自電容（Self-Capacitance）進(jìn)行了結(jié)合。

索尼移動(dòng)通信的相關(guān)人士表示，這一技術(shù)必須合理排列兩種電容，并對(duì)觸摸傳感器的控制軟件進(jìn)行調(diào)整。如果軟件太靈敏，就失去了精準(zhǔn)度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的多點(diǎn)觸控；而如果靈敏度不足，就感應(yīng)不到在屏幕上空的“觸控”操作。

自電容在早期的智能手機(jī)上比較常見(jiàn)。其技術(shù)特點(diǎn)是感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)大，支持“靠近”屏幕上方，而不是直接接觸屏幕的手指動(dòng)作進(jìn)行偵測(cè)。但自電容屏幕能感應(yīng)的真實(shí)坐標(biāo)有限，比如在四個(gè)坐標(biāo)中，只會(huì)感應(yīng)到其中的兩個(gè)點(diǎn)，而另外兩個(gè)則被稱為“鬼點(diǎn)”，與電阻式觸摸屏一樣，它無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸摸。

互電容被廣泛用于現(xiàn)在的主流智能手機(jī)。它在手指與兩組電極交叉的地方形成電容，所有的橫向和縱向交叉點(diǎn)上，每一個(gè)電容值的大小都可以得到識(shí)別和測(cè)量，計(jì)算出每個(gè)觸摸點(diǎn)的真實(shí)位置。但互電容傳感器的電場(chǎng)很小，以至于信號(hào)強(qiáng)度很低，無(wú)法感應(yīng)到那些非常弱小的信號(hào)—這也是過(guò)去的觸摸屏無(wú)法支持戴手套操作的原因。

在結(jié)合了互電容與自電容之后，“浮空觸屏”可以通過(guò)兩種方式與人的手指進(jìn)行互動(dòng)：當(dāng)手指在屏幕上方時(shí)使用自電容進(jìn)行感應(yīng)，而當(dāng)手指接觸屏幕時(shí)則使用精準(zhǔn)度更高的互電容。這一技術(shù)目前還有一個(gè)最大的問(wèn)題：當(dāng)進(jìn)行“浮空”操作時(shí)，它是沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控的。不過(guò)它仍然是可以讓應(yīng)用程序設(shè)計(jì)師有更多發(fā)揮空間的一項(xiàng)令人興奮的技術(shù)。而如今的更多的“非手部接觸”式操控技術(shù)也開(kāi)始嶄露頭角。除了被廣為宣傳的“手勢(shì)操作”，還有“眼球控制”。這些技術(shù)都讓觸摸屏技術(shù)遇到了不小的新挑戰(zhàn)。也讓人與終端設(shè)備有了更豐富的互動(dòng)方式。這些技術(shù)還不夠成熟，所以如今觸摸并不會(huì)馬上被取代，但它似乎也應(yīng)該開(kāi)始考慮還能夠走多遠(yuǎn)了。