Como funciona: Touchscreen

História

Atualmente é difícil imaginar nossas vidas sem a presença de algum aparelho eletrônico que não tenha uma tela touchscreen (tela sensível ao toque). Por mais que ela tenha entrado no nosso cotidiano há pouco mais de uma década (você pode estar lendo este texto em uma neste momento), esta tecnologia não é tão recente assim. Para que esta facilidade fosse incluída no nosso cotidiano, diversos e importantes avanços tecnológicos tiveram que serem alcançados.

Os historiadores da tecnologia afirmam que o primeiro aparelho com tecnologia touch data do ano de 1948. Trata-se de um aparelho musical, um sintetizador sensível ao toque, que foi desenvolvido pela Hugh Le Caine’s Electronic Sackbut. Este instrumento se baseia na utilização de um teclado de piano e uma mesa de controle. Os usuários podiam usar o touch para controlar o volume através da pressão nas teclas do piano assim como opções de textura da música via mesa de controle.

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Primeira tela touchscreen da historia. Fonte: Tech Mundo.

A primeira aplicação de telas sensíveis ao toque, no entanto, ocorreu em 1965, inventada por E. A. Johnson. O equipamento foi desenvolvido para uso em radares de controle de tráfego aéreo, perdurando até a década de 1990. Apesar de possuir capacitores em sua tecnologia, ele era bem simples: era capaz de suportar apenas um toque por vez (ou seja, não tinha suporte multitouch) e também era binário.

 

 

 

 

 

 

Apenas no início dos anos 1970, surgiram as telas resistivas, quando o inventor estadunidense G. Samuel elaborou um método de facilitar os estudos de sua equipe de física nuclear. Para acelerar um trabalho tedioso, o doutor Samuel — junto de outros dois membros de sua equipe — criou meio que sem querer a primeira tela de computador sensível ao toque que se tem conhecimento.

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PLATO IV. Fonte: Tech Mundo.

O próximo passo da escala evolutiva ocorreu também no início dos anos 70 e foi chamado de projeto PLATO. A tela utilizada no terminal PLATO IV não era nem resistiva, nem capacitiva, mas funcionava a partir de um sistema de infravermelho sobre uma tela de plasma (tecnologia utilizada atualmente nos televisores de plasma). O dispositivo foi criado por Donalt Bitzer na Universidade de Illinois, Estados Unidos, e servia para que os estudantes respondessem questões apenas tocando na tela.

 

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HP-150. Fonte: Tech Mundo.

 

 

 

Os anos 1980 marcam um grande salto na história dos dispositivos com telas sensíveis ao toque: o primeiro computador equipado com essa tecnologia chega ao mercado em setembro de 1983, o HP-150. Um sistema infravermelho reconhecia quando um dedo tocava o display. Era possível ter um desses em sua casa por US$ 2.795.O grande contratempo, porém, foi o efeito “braço de gorila”: a fadiga muscular causada por ter que manter o braço no ar para tocar a tela.

 

 

 

 

Os anos 1990 foram o início da fase portátil das touchscreen. O primeiro foi o comunicador portátil Simon Personal Communicator, criado a partir de uma parceria entre a BellSouth e a IBM e que trazia funções de pager: envio e recebimento de emails, calendário, agenda, bloco de notas e calculadora. A tela era resistiva e exigia uma caneta para funcionar, assim como os próximos gadgets MessagePad, da Apple e Palm da Pilot (este último ficou sendo o pager “referência” por alguns anos).

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iGesture Pad. Fonte: Tech Mundo.

No final dos anos 1990, uma nova revolução esteve a caminho das touchscreen. Wayne Westerman, estudante da Universidade de Delaware, Estados Unidos, apresentou a sua dissertação de doutorado, que detalha os mecanismos que atualmente são aplicados às telas que suportam vários toques, utilizadas em praticamente todos os smartphones e tablets. O estudante e seu orientador acadêmico criaram uma empresa chamada FingerWorks, na qual exploraram melhor os seus conceitos e que foi adquirida pela Apple em 2005.

 

 

 

A chegada dos anos 2000 foi realmente significativa para a tecnologia de telas sensíveis ao toque, com um grande número de equipamentos surgindo nesse período. PortfolioWall, da General Motors em parceria com a Alias|Wavefront; SmartSkin, da Sony (predecessora das multitoques atuais); HandGear, da DSI Datotech e TouchLight, da Microsoft, são exemplos de produtos lançados nessa época que utilizavam a tecnologia touchscreen de diversas formas.

Em 2006, o cientista Jeff Han apresentou ao público a sua tela sensível ao toque livre de interface. O material era uma ideia inacabada que usava sistema capacitivo e infravermelho para identificar exatamente onde estava sendo tocado. A tela foi possível, explica Han, graças à “reflexão total interna frustrada”, ou FTIR na sigla em inglês, uma técnica biométrica para reconhecimento de impressões digitais. A criação de Jeff Han era sensível à pressão e capaz de sentir absolutamente qualquer toque na tela, além de sua produção não ser tão cara, como relatou o inventor durante apresentação no TED daquele ano, no vídeo a seguir. Em 2012, Han vendeu sua empresa para a Microsoft.

Quase cinco décadas depois do trabalho apresentado por E. A. Johson no Reino Unido, as telas sensíveis ao toque servem a seus usuários das mais variadas maneiras. Para fins de entretenimento ou profissionais, é fato que estes dispositivos vão fazer cada vez mais parte de nossa vida. Como isso vai acontecer, porém, já é outra história.

Tipos de Touchscreen

Durante a história citamos várias formas de implementar essa tecnologia. Para que você não fique perdido, separamos os tipos de tela touch existentes e suas vantagens e desvantagens neste tópico.

Touchscreens Resistivas

Neste sistema, a tela é coberta com duas camadas de material condutivo e resistivo, separadas por uma distância milimétrica. Contato entre elas gerado por um toque na tela causa uma alteração na corrente elétrica presente entre as duas camadas, e as coordenadas do toque são transmitidas e calculadas pelo dispositivo.

  • São o tipo mais simples e mais barato disponível no mercado.
  • O material das telas resistivas transmite apenas 75% da luz emitida
  • Menor a qualidade da imagem nestes dispositivos.
  • Funcionam com qualquer tipo de material (dedos, mãos com luvas, canetas stylus, etc).
  • Não reconhecem toques simultâneos em diferentes regiões da tela (multitouch).
  • Menor precisão na detecção do toque, necessita de calibração do aparelho.
  • Podem ser danificadas por objetos pontiagudos.

 

Touchscreens Capacitivas

Já nas touchscreens capacitivas, existe apenas uma camada de material condutor. O papel da segunda camada é feito pelo corpo humano, que também conduz eletricidade, no momento do toque do dedo na tela.

  • Transmitem 90% da luz (melhor qualidade da imagem).
  • Obrigatório uso dos dedos (mãos sem luvas) ou outro material condutor.
  • Oferecem suporte a multitouch.
  • Partículas de poeira ou manchas de gordura dos dedos prejudicam a detecção.

Existem dois tipos de telas capacitivas,as de Surface Capacitance, de resolução mais limitada e sujeita a erros de leitura, e é usada normalmente em terminais de auto-atendimento. A tecnologia Projected Capacitive Touch (PCT) oferece mais precisão e permite que camadas protetoras sejam aplicadas sobre a tela. Enquanto a PCT de mutual capacitance opera com multitouch, a de self-capacitance reconhece apenas um dedo de cada vez.

Infravermelho

LEDs localizados ao redor da tela emitem raios infravermelhos que são captados por detectores de luz. No momento da interrupção de algum desses raios é registrado o toque.

  • Tela mais transparente, 100% da claridade, livre de reflexos.
  • Menor consumo de energia.
  • Funcionam com dedos com ou sem luva, ou qualquer outro material.
  • Vidro não alterado, mais durável.

Telas touch utilizando infravermelho estão presentes em dispositivos como o leitor de e-books Nook, da Sony, que empregam o sistema ZForce IR, com suporte a multitouch e alta resolução de detecção de toque.

Surface acoustic wave (ou Acoustic pulse recognition)

Transdutores piezoelétricos ao redor da tela criam uma onda estacionária que é decodificada em um sinal elétrico ao ser interrompida por um toque.

  • 100% de transparência, maior durabilidade, sem perda de claridade ou reflexos.
  • Não perde precisão mesmo com arranhões, poeira ou gordura na tela.
  • Não detecta dedos parados na tela, apenas dedos que se movimentem.
  • Funciona com qualquer material, exceto aqueles pequenos e rígidos, como a ponta de uma caneta.

 

Sensores Óticos

O sistema conhecido como Optical imaging conta com sensores de imagem que captam incidência de luz na parte traseira da tela. Cada toque conta como uma sombra detectada pelas câmeras. Benefícios desta técnica são escalabilidade, versabilidade e preço.

Tecnologia de sinal dispersivo

Na técnica  de Dispersive signal technology, a energia mecânica das vibrações sobre a tela é utilizada para detectar o toque.

  • 100% de transparência, maior durabilidade, sem perda de claridade ou reflexos.
  • Não perde precisão mesmo com arranhões, poeira ou gordura na tela.
  • Não detecta dedos parados na tela, apenas dedos que se movimentam.
  • Funciona com qualquer material

 

Como funciona?

Mas como funcionam essas telas? Como elas percebem os toques dos nossos dedos ou de uma caneta (Stylus)? Veremos agora o funcionamento das tecnologias mais utilizadas atualmente:  as telas resistivas, as capacitivas, as de onda acústica superficial e as que utilizam microcâmeras em vez de sensores.

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Funcionamento de uma tela resistiva. Fonte: Brasil Escola

As telas touch screen com sistema resistivo são formadas por três camadas bem finas, sendo uma resistiva e a outra de vidro normal recoberto por uma camada de metal condutor. A camada resistiva é separada da camada condutora por espaçadores, e uma corrente elétrica de baixa intensidade passa entre essas duas camadas. Quando se toca a tela, as duas camadas encostam-se, e o dispositivo sente a mudança de campo elétrico naquele ponto e envia suas coordenadas para o computador, que utiliza um programa específico que as traduz e transforma o toque em um comando.

A figura ao lado mostra como é composta uma tela touch screen com sistema resistivo.

Em virtude da forma como o sistema percebe o campo elétrico, a mudança de pressão que ocorre na tela pode ser feita por qualquer dispositivo. A desvantagem dessas telas é que, por utilizar uma placa metálica, mesmo que seja bem fina, elas deixam passar apenas 75% da luminosidade do monitor.

 

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Funcionamento de uma tela capacitiva. Fonte: GestordoÓcio.

As telas touch screen com sistema capacitivo são formadas por uma camada eletricamente carregada — a camada capacitiva — que é colocada sobre o painel do monitor. Ao ser tocada, essa camada transmite elétrons para o dedo de forma semelhante ao choque elétrico, mas com intensidade imperceptível. Essa descarga elétrica na tela é sentida pelo computador, que calcula as coordenadas do ponto tocado, transformando-as em um comando para a tela.

A vantagem do sistema capacitivo em relação ao resistivo é que ele deixa passar mais luminosidade, permitindo a passagem de até 90% da luz do monitor, o que resulta em uma imagem muito mais clara. Essa tecnologia é a utilizada pelos iPhones e iTouchs.

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Funcionamento da tela com sistema de onda acústica superficial. Fonte: GestordoÓcio.

As telas que utilizam o sistema de onda acústica superficial possuem dois transdutores tanto nas extremidades laterais como na extremidade inferior e na superior da tela, sendo um receptor e o outro emissor. Também são instalados refletores sobre a tela que enviam sinal elétrico de um transdutor para outro por meio de ondas. Quando a tela é tocada, essas ondas são interrompidas, os sensores calculam o lugar exato do toque e o sistema executa o comando.

O sistema de onda acústica superficial é considerado o mais eficiente de todos por permitir a passagem de 100% da luminosidade produzida, o que faz com que a imagem possua uma claridade perfeita.

 

 

 

 

 

 

As telas que utilizam a tecnologia das microcâmeras foram desenvolvidas pela Microsoft e registradas com o nome de Surface. Essas telas possuem algumas câmeras nas bordas da tela que capturam o toque e enviam as coordenadas do local ao processador, que as converte em um comando.

Aplicabilidade e futuro

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O touch screen é a forma ideal de interação usuário/sistema. É a forma mais intuitiva, ou seja, é fácil até para pessoas com pouca intimidade com a tecnologia. O maior exemplo de todos definitivamente é o smartphone pois a maior parte da nossa população usa diariamente. Podemos citar também, caixas eletrônicos, videogames portáteis, notebooks, tablets.

É interessante destacar, que uma das tecnologias esperadas para o futuro são as telas dobráveis que possivelmente usaremos em breve (talvez mais cedo do que imaginamos).

 

Cientistas do MIT, Estados Unidos, liderados por Juergen Steimle, conseguiram criar um protótipo de tablet que utiliza quatro telas, como se fosse um livro com quatro páginas. Por enquanto, em vez de utilizar um hardware interno, são projetores de alta definição (e sensores infravermelhos instalados sobre o local em que o gadget vai ser utilizado) que enviam as imagens e reconhecem os comandos.

Os sensores captam os toques, enviam informações para um sistema remoto (que está trabalhando em sincronia com os projetores de alta definição) e enviam as imagens para o “tablet” de novo. Será que no futuro poderemos ver aparelhos parecidos com esse (mas que dispensem a utilização de projetores externos)?

A resposta é sim, segundo a Microsoft. Com essa ideia de combinar um sistema de toque e de reconhecimento de movimento, de voz e até de emoções, surge o Projeto Natal, que promete ser revolucionário, justamente porque ele permite uma interatividade completamente diferente da que temos com o computador. Veja este vídeo de como é possível integrar tudo isso com o mundo real (vídeo em inglês com legendas em espanhol):

Tópicos para pesquisa

Gostou do conteúdo? Nós do EI separamos alguns tópicos de pesquisa para que você continue pesquisando e aprendendo:

  • FingerWorks
  • SmartSkin Sony
  • TouchLight Microsoft

 

Fontes