Несмотря на обилие всевозможных «органов чувств» у смартфонов, разработчики пытаются внедрить новые датчики, расширив возможности устройств. По понятным причинам, защитные стёкла дисплеев практически не использовались для размещения датчиков, если не считать touch screen-плёнки.
Но недавно была обнародована технология, благодаря которой стекло смартфона сможет выполнять не только функции механической защиты и распознавания касаний пользователя. Её разработали исследователи из Политехнической школы Университета Монреаля, Канада, и специалисты компании Corning.
В подавляющем большинстве современных смартфонов присутствует определённый набор датчиков, ставший стандартом де-факто. Например, в YotaPhone встроены:
• трёхосевой электронный компас, представляющий собой совокупность датчиков, измеряющих магнитное поле Земли, и конвертера выходных данных;
• датчик приближения и освещённости со встроенным инфракрасным светодиодом, применяющимся во время телефонного разговора для определения расстояния до лица пользователя;
• гироскоп/акселерометр, предназначенный для определения положения смартфона в пространстве и использования в развлекательных приложениях;
• тачскрин-сенсоры.
Такой набор позволяет удовлетворить потребности подавляющего большинства пользователей. Но канадско-американской группе учёных-разработчиков этого показалось мало, и в результате на свет родилась и была отработана в лабораторных условиях вышеупомянутая идея встраивания датчиков в стекло.
Она заключается в том, чтобы внедрить в стекло различные датчики, передающие не электрический, а фотонный сигнал. Для этого с помощью лазера в защитном стекле (разработчики использовали Gorilla Glass) формируется система тончайших каналов-волноводов, незаметных для невооружённого глаза и не искажающих изображение.
Для демонстрации работоспособности идеи авторы создали два лабораторных образца. Первый представляет собой термодатчик на базе интерферометра Маха-Цендера, состоящий из прямого и искривлённого волноводов. При нагреве стекло расширяется, тем самым увеличивается длина волноводов. Смартфон замеряет, насколько изменяется длина волны проходящего через волноводы света, и исходя из этого определяет температуру стекла.
Второй образец получил встроенную систему аутентификации. Для этого была сформирована система волноводов с поперечно «пробуренными» отверстиями в разных местах.
На этих отверстиях происходят потери света. Причём для каждого устройства получается свой уникальный паттерн световых «пробоев», как отпечаток пальца. Для пользователя они незаметны. В результате смартфон можно использовать как один из уровней в системе безопасности при проведении транзакций. Для этого достаточно будет «показать» дисплей инфракрасному детектору, который считает уникальное расположение отверстий. В частности, этот способ несколько более безопасен по сравнению с радиочастотным подтверждением, которое легче перехватить. А инфракрасные волны блокируются большинством материалов, поэтому ваш смартфон никто не просканирует у вас в кармане.
Конечно, это не первый случай, когда лазером в стекле «вырезаются» волноводы. Но ещё никто не проделывал это с Gorilla Glass. Дело в том, что этому стеклу присуще высокое внутреннее напряжение, благодаря чему оно и отличается высокой механической прочностью. Поэтому разработчики опасались, что стекло может просто лопнуть в ходе обработки.
По мнению авторов проекта, созданные ими волноводы отличаются высочайшим качеством. Дело в том, что даже использование лазера обычно не даёт идеальной ровности стенок каналов, что приводит к неизбежным потерям света на различных дефектах. Однако в данной работе потери сигнала получаются примерно в 10 раз меньше, чем обычно. Это как раз и стало следствием внутреннего напряжения в Gorilla Glass и его высокой гомогенности. Также эти свойства стекла позволили применить маломощный лазер, работавший сверхкороткими импульсами с высокой частотой, что позволило сделать стенки волноводов ещё ровнее.
В отличие от той же фотолитографии, лазерное формирование волноводов имеет целый ряд преимуществ:
• Дешевизна и простота.
• Возможность создания волноводов не только на поверхности стекла, но и в его объёме.
• Возможность создания нескольких слоёв волноводов, что позволяет уменьшить габариты самих устройств.
Помимо описанных выше двух видов применения, разработчики технологии видят ещё ряд направлений, где могут применяться встроенные в защитное стекло фотонные датчики. Например, в медицине: можно будет определять уровень сахара в крови, или даже проводить анализ ДНК.
Также разработчики считают, что, помимо встраивания датчиков, данную технологию можно будет в конечном итоге использовать для внедрения вычислительных модулей, создавая прозрачные сенсорные экраны наподобие тех, что мы видели в фильмах «Аватар» и «Железный Человек».
Как вы считаете, насколько может быть полезна и востребована данная технология?
Автор: YotaDevices
