Ученые из российской столицы изобрели звездные батареи, которые по праву можно назвать прогрессивным источником энергии. Они имеют все шансы стать достойным окончанием поисков альтернативных источников электричества. В качестве основы для нового приспособления используется гетероэлектрик. Это материал, появившийся на свет благодаря ученым НЦеПИ. Как создается гетероэлектрик? В матрицу одного вещества вкрапляют атомы другого. При этом расстояние должно быть меньшим, чем длина волны излучения, поступающего извне (именно оно далее превратится в электрическую энергию).

Благодаря данному веществу возможно существование также трех десятков технологий и приспособлений, «полезных» для различных наук и техник. В их числе и гетеро-электрические емкости, «собирающие» электрозаряд новоизобретенного источника энергии, которые могут похвастаться небольшими габаритами. Конденсатор, величина которого составляет 0,11 Фарады, имеет маленький вес (несколько г) и стовосьмидесятисантиметровый объем (тогда как электроемкость нашей Земли равняется ~ 2 Фарадам).

Чтобы понять ценность изобретения, приведем еще немного цифр. Один квадратный метр новоизобретенного устройства производит мощность в шестьсот ватт. А лучи солнца обладают мощностью в одну тыс. триста ватт на м². Мощность излучения Солнца, которая «обрушивается» на Россию, равняется ста тысячам гигаватт, по территории государства в целом потребляется сто гигаватт. Сейчас данное электричество производится на атомных, тепло-, гидроэлектростанциях, однако его можно получать прямо из солнечных лучей (правда, при условии, что звездные батареи будут грамотно использоваться).

Далее уже дело за фантазией читателя, и светлое будущее с таким изобретением каждый пусть вообразит себе сам. Однако чтобы дать толчок к производству вышеупомянутых трех десятков запатентованных приспособлений, необходимо ни много ни мало один миллиард долларов.

Конечно же, хотелось бы, чтобы эти деньги нашлись. Поскольку не так давно компания, с которой НЦеПИ договаривалась о сотрудничестве, купила пакет акций организации, занимающейся разработкой водородного топлива, потратив на него в десять раз большую сумму, чем необходимо ученым для того, чтобы звездные батареи стали опытным образцом (речь идет о фирме «Норникель»). К слову, данное изобретение является уникальным. У американских ученых из Института возобновляемой энергии получилось произвести батареи, получающие энергию от Солнца, с тридцати четырех процентной эффективностью превращения энергии, тогда как российское изобретение функционирует и днем и ночью, превращая тридцать один процент невидимого излучения, и пятьдесят четыре – видимого. Как видим, разница значительная.

Такие батареи могут быть намного более эффективными, чем солнечные. Может быть, в скором времени аккумуляторы всех мобильных приспособлений обретут большую емкость, и по всему миру будут построены новые электрические станции.

ГЭФ обладает в тысячу раз меньшим весом полупроводника на 1 Вт энергии, чем улавливающие свет элементы , существующих на данный момент. Согласно расчетам ученых, себестоимость ГЭФ такого устройства, как звездные батареи, обладает более низкой себестоимостью, чем фотоэлемент батарей, работающих от солнца.

Все эти цифры были озвучены на демонстрации образца изобретения в Дубне, где присутствовали представители японских и американских корпораций, российского посольства ОАЭ, Торгово-промышленной палаты, российских заводов, отечественные журналисты. Прозвучало здесь множество вопросов, среди которых нужно обратить внимание на очень важную фразу, произнесенную В. Юртеевым из ТПП. Он сказал, что ТПП предоставляет свою площадку для проведения в будущем диалога ученых с властью и бизнесом. Изобретение имеет шансы стать значительнейшим проектом в сфере инновационных технологий. Представители ТПП планируют выдвинуть предложение о проведении ряда встреч, касающихся продвижения новой продукции в бизнес-круги.

Очень печально, однако важность изобретения не поняли не только в «Норникеле». Недоступным это является и для огромного количества государственных структур. Тогда как большой интерес к нему проявили Япония и ОАЭ. Если все останется, как есть, и батареи так и останутся недооцененными, вполне возможно, через некоторое время новинка будет доставляться в Россию из-за рубежа, и шутливая фраза, брошенная кем-то «за сценой», смысл которой заключается в том, что нужно отдать разработки японцам, и они оперативно все воплотят в жизнь, станет пророческой.

Краткое содержание которого приведено ниже.

Изобретение звeздной батареи учeные из Института ядерных исследований в подмосковной Дубне называют сенсацией. Превращать энергию Солнца в электричество настолько эффективно не способно ни одно устройство в мире. В основе звездной батареи - гетероэлектрик.

Это новое вещество, открытое российскими учeными. Звeздная батарея в состоянии работать 24 часа в сутки, в отличие от солнечных, которые работают только в светлое время суток. Для регионов, где солнечных дней в году мало, звездная батарея - решение энергетических проблем. Для труднодоступных мест лучшего источника электротока не найти. Легко решается и проблема накопления энергии. Ёмкость звeздной батарейки - в 10 тысяч раз больше, чем у обычной "пальчиковой". Прототипы, на основе которых можно будет запускать серийное производство, учeные обещают сделать через 2 года. Звездная батарея - далеко не единственное открытие ученых из Дубны, не имеющее аналогов в мире.

Одна из уникальных разработок - установка по измерению различных примесей в воздухе. Еe можно широко использовать в медицине. В частности, для изготовления приборов, которые смогут выявлять болезни без привычных всем анализов. Нужен всего лишь один лeгкий выдох, и через некоторое время данные о здоровье пациента уже в компьютере. Учeные также разработали прибор по производству деионизированной воды из водопроводной. Эта вода служит источником энергии для клетки человека. Если использовать деионизатор для профилактики, то многих болезней можно избежать. Зарубежные научные центры готовы заплатить любые деньги за секреты уникальных разработок. Но в институте говорят, что открытиями не торгуют.

От упомянутой в телеверсии репортажа «Международной академии информатизации» повеяло торсионщиной, а от всего репортажа в целом - журноламерством, однако заснятая демонстрация действующего прототипа породила робкие надежды.

Погуглевав, выяснилось следующее:

Демонстрация состоялась в конце мая этого года, тогда же были сообщения информагенств, в частности ИТАР-ТАСС, вызвавшее довольно широкий резонанс. В частности, на сайте physorg.com оригинальная новость отсутствует, но ее обсуждение осталось. Ответом на сообщение был дружный глумеж американских физиков и других энтузиастов науки, сопровождаемый криками «поверю когда увижу», «звучит как очередное русское надувательство», «Самойлов, выйди из класса» и т. д.

Далее, авторы открытия и изобретений на его основе - настоящие (а не псевдо-) ученые - директор НЦеПИ ОИЯИ профессор В. Н. Самойлов, профессор О. А. Займидорога, и сотрудник Физического института им. Лебедева РАН И. Е. Проценко.

Более подробно и квалифицировано (для журналиста) суть изобретения изложена в статье из некоей дубненской газеты, доступной

Выдержка из статьи:

Технологии, разработанные учеными Дубны способны полностью поменять наши сегодняшние представления о технике, промышленности, медицине и других сферах деятельности, сделав нынешнюю научную фантастику повседневностью.

ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ - ЭТО РЕАЛЬНОСТЬ

Фантастические гетероэлектрики

Первый приоритет в деятельности центра, как рассказал директор профессор Валентин Николаевич Самойлов, имеют нанотехнологии, развивающиеся на основе нового вещества, открытого и запатентованного под названием гетероэлектрик (название тоже принадлежит этому коллективу, а патент относится к разряду «зонтичных», то есть распространяющихся на все типы устройств и приборов, которые могут быть созданы когда-либо в любой из областей применения на основе этого вещества).

В свое время профессор О.А.Займидорога обнаружил интересный эффект: если в какой-либо материал (носитель) ввести наночастицы определенного ряда других материалов (затравку), то воздействие электромагнитного поля вызывает явление суперкогерентности - интенсивные согласованные по времени колебания электронов «затравки», приводящие к интенсивному взаимодействию всего образца (гетероэлектрика) с электромагнитным полем, уникальным образом меняют свойства этого материала.

Уже на стадии обнаружения эффекта ученые поняли, что он повлечет за собой много нового. Поэтому решено было создать для изучения гетероэлектриков группу с привлечением теоретиков, которые эффект объяснили, создали теоретическую модель, позволяющую вычислять «формулу» гетероэлектрика с теми или иными навязанными свойствами. После этого приступили к моделированию определенных устройств.

Начали с особого вида стекла. Если его производить на основе гетероэлектриков, то это может быть сверхжаропрочное стекло, устойчивое к пожарам, или пропускающее заданный спектр излучения, или использующее часть солнечных лучей для выработки электроэнергии (а на ее основе - тепла для обогрева помещения), или обладающее свойством поглощать радарное излучение и т.д. В этой области центр оформил серию патентов и изобретений.

Далее была выполнена серия защищенных патентами разработок высокоэффективных фотоэлементов, их существует три разновидности, и в каждую внесена своя лепта. К этому циклу работ примыкают и разработки по фотокатодам.

Все эти элементы, выполненные на основе гетероэлектриков, обладают огромной эффективностью, многократно превышающей нынешние мировые рекордные показатели. Если сегодня коэффициент полезного действия (КПД) фотоэлементов составляет 12 - 18% и научные лаборатории США обещают через несколько лет поднять его до 34%, то для фотоэлементов, изготовленных на основе гетероэлектриков, этот показатель уже сегодня достигает 90%. Мало того, гетероэлектрические фотоэлементы обладают уникальной способностью работать и в ночное время, используя видимые и инфракрасные световые потоки. Так что можно уже говорить не только о солнечных батареях, но и о «звездных», способных вырабатывать электроэнергию в любой климатической зоне и в любое время суток.

На базе гетероэлектриков получен также новый вид лазерного излучения и на его основе не имеющий аналогов в мире дипольный нанолазер, который не содержит резонатора - устройства, определяющего габариты всего лазера. То есть нанолазер по своей величине получается в десятки тысяч раз компактнее, чем другие ныне существующие. Изготовление серийного образца нанолазера станет существенным скачком в физике, электронике и лазерной технике.

Сейчас на основе гетероэлектриков в центре ведется разработка новой оптики, отличающейся не только улучшением всех параметров, но и обладающие некоторыми абсолютно новыми свойствами.

Это только небольшая часть возможных применений гетероэлектрика. А вообще сегодня коллектив авторов патента описал 24 направления применения его, причем по большинству направлений качественный скачок в улучшении различных показателей составляет от 100 до 1000 раз, а в ряде случаев речь вообще идет об абсолютной новизне изделий, то есть прототипы сегодня в практике отсутствуют.

Можно ожидать, что внедрение в практику гетероэлектриков даст существенный скачок в научно-технической сфере, революционным образом меняющий всю экономику.

Зачем нужна де-вода

Одно из направлений исследований относится к области новейших оздоровительных и профилактических медицинских технологий и входит в государственную программу «Здоровье нации». Речь идет об использовании уникальных свойств деионизированной легкой воды (термин «де-вода» тоже введен специалистами центра).

Совместно с Институтом хирургии им. Вишневского в Москве и Институтом цитологии в Санкт-Петербурге проведены многолетние научные эксперименты по изучению благотворного влияния де-воды на человеческий организм при различных заболеваниях. Получены феноменальные результаты. Это, например, практически полное прекращение деления раковых клеток. Заметный иммуномоделирующий эффект. Устранение хирургических инфекций, включая сепсис. Усиление действия лекарств, растворенных в де-воде (а это, как одно из основных следствий, приводит к снижению дозировки препаратов). Антидиабетическое действие: де-вода стимулирует выживаемость клеток, производящих инсулин. Кроме того, де-вода способна прекращать апоптоз - запрограммированную смерть клеток. Перечисленные свойства уникальной воды - основные, но далеко не все из обнаруженных, исследования продолжаются, есть, например, данные о полезности де-воды и в применении к нервным заболеваниям и др. В настоящее время подана заявка на патент "Способ профилактики и лечения заболеваний".

Кстати, де-вода применима не только в медицине, но и в технике. В НЦеПИ ее используют при получении сверхчистых редкоземельных элементов.

Что же касается медицинского применения, то здесь до широкого внедрения новинки в практику нужно получить необходимые разрешительные документы (сертификаты, лицензии и т.д.). Сейчас поданы несколько заявок на официальное подтверждение способов профилактики и лечения некоторых заболеваний при использовании де-воды. Как известно, в медицине подобные документы оформляются по несколько лет, так как идут обычно перепроверки заявленных свойств. Возможно, бюрократический процесс ускорит тот факт, что исследования проводятся в рамках государственной программы. А эффект от применения предложенных методов просто потрясающий.

Аппарат, определяющий «все»

И еще о двух актуальных разработках центра, не имеющих аналогов в мире, - аппаратно-программных комплексах.

Первый - по измерению пространственно-частотных характеристик жидкостей, и прежде всего воды. Практически впервые создан инструментарий, позволяющий заглянуть «в глубь» структурного состояния воды - измерить пространственную анизотропию ее диэлектрической проницаемости, пространственно-частотные характеристики кластерной структуры воды. Такие возможности актуальны прежде всего для медицинских исследований, ведь организм человека, как известно, на 90% состоит из воды. Но и в технических целях применение комплекса весьма перспективно. Полученные первые результаты говорят о возможности создания в воде линейных сверхпроводящих кластеров.

Второй аппаратно-программный комплекс предназначается для исследования основных параметров вещества, обеспечивает возможность получения качественно новой информации об исследуемых объектах и их свойствах. В итоге устройство позволяет определять не только химический состав, но и химическое соединение, структуру, то есть оно способно различать разные агрегатные состояния (твердое, жидкое, газообразное) одного и того же вещества. Можно представить себе пользу подобных аппаратов в сфере обеспечения безопасности, в экологии, промышленности и множестве других отраслей. Это позволит в том числе создавать базы данных пространственно-частотных характеристик болезней, лекарств и определять их совместимость, что в дальнейшем даст возможность проводить более эффективный подбор и назначение лекарственных препаратов. К исследованиям по медицинской тематике подключается все большее число специалистов - биохимиков, биофизиков, медиков, задача у которых масштабна - выявить и проанализировать свойства различных лекарств (в том числе определить подлинность их изготовления), исследовать их совместимость при лечении различных заболеваний.

Мы представили сегодня лишь главные разработки, выполненные в НЦеПИ ОИЯИ. Наверное, даже для читателя, далекого от техники и науки, стало понятно: сегодня дубнинские ученые имеют ряд существенных предложений, массовое использование которых способно преобразить нашу жизнь. Теперь слово за инвесторами, готовыми вместе с учеными осуществить переход от лабораторных образцов к промышленным. «Нам не нужны кредиты и инвестиции, - подчеркивает В.Н.Самойлов, - мы готовы работать на партнерских началах».

Таким образом, выяснилось, что, несмотря на желтизну некоторых источников и ненужную сенсационность в подаче материалов, данное открытие, точнее эффект, и сделанные на его основе изобретения отвечают основным критериям научности. Статьи, описывающие эффект и его теоретическое обоснование, появились в научных журналах в 2000 - 2002 годах, изобретения запатентованы в 2003 г. В том же научном центре сделаны и другие открытия и изобретения, в частности, разработанная технология для сверхочистки воды для детектора нейтрино в рамках проекта BOREXINO в ОИЯИ привела к не менее многообещающим результатам.

Не исключено, что во всем этом есть большой элемент попила и самопиара, связанный с модным словом «нанотехнология». К тому же, советская наука, не связанная с ВПК, была традиционно слаба во внедрении открытий и изобретений в производство. События последних 15 лет, скажем так, не улучшили ситуацию.

Остается надеяться, что данные открытия не будут положены под сукно каким-нибудь АО «Тормоз», и на их базе будут созданы коммерческие технологии производства революционной оптики, квантовых компьютеров, сверхэффективных фотоэлектрических преобразователей и элементов питания - «суперконденсаторов» на базе гетероэлектрика, более эффективных и технологичных, чем ионисторы, традиционные аккумуляторные батареи или топливные элементы.

Русские ученые изобрели новый альтернативный источник энергии - звездную батарею. Основными элементами этого устройства являются гетероэлектрический конденсатор и гетероэлектрический фотоэлемент, что дает значительные преимущества по сравнению с солнечными батареями современности.
Звездная батарея может функционировать при отсутствии солнечного света, улавливая даже инфракрасное излучение! При преобразовании видимого света эффективность устройства составляет 54 процента, инфракрасного излучения - 31 процент. При этом в звездной батарее фототок в четыре раза выше, чем в солнечной, а масса на один ватт практически в 1000 раз меньше, что довольно немаловажно для снижения себестоимости батареи в случае ее промышленного выпуска.
Другие цифры также поражают воображение. КПД гетероэлектрического фотоэлемента составляет 90 процентов! И это при том, что КПД применяемых в наше время фотоэлементов не превышает 18 процентов. Это стало возможным благодаря способности гетероэлектрика объединять на одной частоте электромагнитные волны солнечного света, которые имеют разную длину волны, что происходит при их поглощении. При этом установленный в батарее гетероэлектрический конденсатор, который является накопителем энергии, довольно компактен – его объем составляет всего 180 кубических сантиметров, а его емкость - 0,11 Фарады.
А началось все с того, что в самом начале XXI века сотрудник НЦеПИ О.А. Займидорога обнаружил в ходе экспериментов, что если на материал, в который введены наночастицы других нескольких материалов (т. н. затравка), воздействовать электромагнитным полем, то возникает явление суперкогерентности, что в свою очередь приводит к смене свойств этого материала. С учетом важности этого открытия руководство НЦеПИ создало отдельное подразделение по дальнейшему изучению и созданию теоретической модели работы гетероэлектриков, которая поможет создавать гетероэлектрики с заданными свойствами. Данное направление исследований получило приоритет в научной деятельности центра.
Сначала на основе гетероэлектриков были созданы разные виды стекол с рекордной способностью преломления света. Они могут решать различные задачи в жизни человека, включая защиту от радиации и пожаров. Затем при помощи гетероэлектрика было получено лазерное излучение нового вида. На его основе создали уникальный безрезонаторный нанолазер повышенной компактности, который может послужить в развитии электронной техники и физики. Наконец, уникальные гетероэлектрические фотоэлементы нашли применение в звездной батарее. В целом было разработано и около тридцати изобретений, некоторые из которых не имеют аналогов.



Добавить свою цену в базу

Комментарий

Еще совсем недавно мало кто мог поверить в то, что телефоны с привычными кнопками уступят место устройствам, которые управляются с помощью прикосновения к экрану. Но времена меняются и спрос на кнопочные телефоны постепенно падает, а на смартфоны - растет.

Термин «тачскрин» образовался от двух слов - Touch и Screen, что в переводе с английского языка переводится как «сенсорный экран». Да, именно так - тачскрин и есть сенсорный экран, к которому вы прикасаетесь, когда пользуетесь своим смартфоном или планшетом. На деле же сенсорные экраны встречаются не только в мире мобильной техники. Так, вы могли видеть их при внесении средств на счет мобильного устройства через терминал, в банкомате, в билетных устройствах и т.д.

Своим появлением touch-screen обязан западным учёным. Самые первые образцы появились на свет во второй половине 60-ых годов прошлого века. На основании этого можно сделать вывод о том, что тачскрин используется вот уже более 40 лет. До появления смартфонов они использовались в банкоматах и т.д. В настоящий момент каждый человек, который пользуется сотовой связью, автомобильными навигаторами, посещает банки и магазины, сталкивается с данной технологией, порой даже не догадываясь о том, как она называется. Итак, мы разобрались в том, что такое тачскрин в телефонах. По сути, это то же самое, что и дисплей, реагирующий на касание пальцев. Он прекрасно используется вместо клавиатуры и активно применяется в мобильных технологиях. К достоинствам тачскрин можно отнести защиту от пыли, влаги и прочих неблагоприятных факторов окружающей среды, а также высокую степень надёжности. Если наше сенсорное устройство не всегда реагирует на касание, либо и вовсе отказывается это делать, к примеру, не желает менять яркость на iPad, скорее всего, из строя вышел именно touch-screen. Стоит он относительно недорого (особенно если нас интересует резистивный дисплей), и заменить его легко.

Основа тачскрина

Основа любого тачскрина - это матрица на жидких кристаллах, которая фактически является уменьшенной копией той, что находится в мониторе. На обратной стороне расположены диоды подсветки, а на лицевой - ряд слоев, которые фиксируют нажатие (резистивный экран) или прикосновение (емкостной экран).

Человек, который хорошо разбирается в том, что такое тачскрин, понимает, что большая часть произведенных устройств использует резистивный сенсорный экран. Это следует из их дешевизны и относительной простоты конструкции. Многие китайские «смартфоны», заполонившие рынок, имеют резистивный тип экрана, технология изготовления которого, кстати, появилась раньше, чем емкостная.

Виды сенсорных экранов

Сенсорные экраны подразделяются на резистивные, матричные, проекционно-ёмкостные, сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах, инфракрасные, оптическиие, тензометрические, сенсорные экраны DST и индукционные.

Резистивные сенсорные экраны

Подразделяются на четырехпроводные и пятипроводные.

Сенсор резистивного экрана состоит из двух прозрачных пластмассовых пластин с тонкой токопроводящей сеткой, которые находятся на поверхности обычного жидкокристаллического экрана. Между пластинами - прозрачный диэлектрический слой. Программа выводит графический интерактивный интерфейс, который благодаря прозрачным материалам на матрице хорошо видно. Отвечая на запрос программы, пользователь нажимает на нужную точку интерфейса (например, изображение кнопки). - Расходится пластичный диэлектрик расходится, соприкасаются пластмассовые пластины, подавая ток с электрода одной на сетку другой. Появление тока фиксируется регистрирующим контроллером, который в соответствии с сеткой координат определит точку нажатия. Координаты точки поступают в программу и обрабатываются по заложенным алгоритмам.

Четырёхпроводной экран

Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. И на панель, и на мембрану нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микро-изоляторами, которые равномерно распределены по активной области экрана и надёжно изолируют проводящие поверхности. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, и контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты прикосновения (X и Y). В общих чертах алгоритм считывания таков:

На верхний электрод подаётся напряжение +5В, нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко, и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y-координате экрана.

Аналогично на левый и правый электрод подаётся +5В и «земля», с верхнего и нижнего считывается X-координата.

Существуют также восьмипроводные сенсорные экраны. Они улучшают точность отслеживания, но не повышают надёжности.

Пятипроводной экран

Пятипроводной экран более надёжен за счёт того, что резистивное покрытие на мембране заменено проводящим (5-проводной экран продолжает работать даже с прорезанной мембраной). На заднем стекле нанесено резистивное покрытие с четырьмя электродами по углам.

Изначально все четыре электрода заземлены, а мембрана «подтянута» резистором к +5В. Уровень напряжения на мембране постоянно отслеживается аналогово-цифровым преобразователем. Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно 5 В.

Как только на экран нажимают, микропроцессор улавливает изменение напряжения мембраны и начинает вычислять координаты касания следующим образом:

На два правых электрода подаётся напряжение +5В, левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X-координате.

Y-координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к «земле» обоих нижних.

Резистивные сенсорные экраны дёшевы и стойки к загрязнению. Резистивные экраны реагируют на прикосновение любым гладким твёрдым предметом: рукой (голой или в перчатке), пером, кредитной картой, медиатором. Их используют везде, где вандализм и низкие температуры не исключены: для автоматизации промышленных процессов, в медицине, в сфере обслуживания (POS-терминалы), в персональной электронике (КПК). Лучшие образцы обеспечивают точность в 4096×4096 пикселей.

Недостатками резистивных экранов являются низкое светопропускание (не более 85% для 5-проводных моделей и ещё более низкое для 4-проводных), низкая долговечность (не более 35 млн нажатий в одну точку) и недостаточная вандалоустойчивость (плёнку легко разрезать).

Матричные сенсорные экраны

Конструкция аналогична резистивной, но упрощена до предела. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану - вертикальные.

При прикосновении к экрану проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и передаёт в микропроцессор соответствующие координаты.

Имеют очень низкую точность. Элементы интерфейса приходится специально располагать с учётом клеток матричного экрана. Единственное достоинство - простота, дешевизна и неприхотливость. Обычно матричные экраны опрашиваются по строкам (аналогично матрице кнопок); это позволяет наладить мультитач. Постепенно заменяются резистивными.

Ёмкостные сенсорные экраны

Ёмкостный (или поверхностно-ёмкостный) экран использует тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток.

Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом (обычно применяется сплав оксида индия и оксида олова). Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырёх углах регистрируется датчиками и передаётся в контроллер, вычисляющий координаты точки касания.

В более ранних моделях ёмкостных экранов применялся постоянный ток - это упрощало конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землёй приводило к сбоям.

Ёмкостные сенсорные экраны надёжны, порядка 200 млн нажатий (около 6 с половиной лет нажатий с промежутком в одну секунду), не пропускают жидкости и отлично терпят токонепроводящие загрязнения. Прозрачность на уровне 90%. Впрочем, проводящее покрытие, расположенное прямо на внешней поверхности, всё ещё уязвимо. Поэтому ёмкостные экраны широко применяются в автоматах, лишь установленных в защищённом от непогоды помещении. Не реагируют на руку в перчатке.

Стоит заметить, что из-за различий в терминологии часто путают поверхностно- и проекционно-ёмкостные экраны. По классификации, применённой в данной статье, экран, например, iPhone является проекционно-ёмкостным, а не ёмкостным.

Проекционно-ёмкостные сенсорные экраны

На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор; электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение).

Компания Samsung сумела установить чувствительные электроды прямо между субпикселями AMOLED-экрана, это упрощает конструкцию и повышает прозрачность.

Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место - сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На ПЁСЭ может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что приводит к крайней вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-ёмкостные сенсорные экраны широко применяются и в персональной электронике, и в автоматах, в том числе установленных на улице. Многие разновидности поддерживают мультитач.

Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах

Экран представляет собой стеклянную панель с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП), находящимися по углам. По краям панели находятся отражающие и принимающие датчики. Принцип действия такого экрана заключается в следующем. Специальный контроллер формирует высокочастотный электрический сигнал и посылает его на ПЭП. ПЭП преобразует этот сигнал в ПАВ, а отражающие датчики его соответственно отражают.

Эти отражённые волны принимаются соответствующими датчиками и посылаются на ПЭП. ПЭП, в свою очередь, принимают отражённые волны и преобразовывают их в электрический сигнал, который затем анализируется с помощью контроллера. При касании экрана пальцем часть энергии акустических волн поглощается. Приёмники фиксируют это изменение, а микроконтроллер вычисляет положение точки касания. Реагирует на касание предметом, способным поглотить волну (палец, рука в перчатке, пористая резина).

Главным достоинством экрана на поверхностных акустических волнах (ПАВ) является возможность отслеживать не только координаты точки, но и силу нажатия (здесь, скорее, способность точно определять радиус или область нажатия), благодаря тому, что степень поглощения акустических волн зависит от величины давления в точке касания (экран не прогибается под нажатием пальца и не деформируется, поэтому сила нажатия не влечет за собой качественных изменений в обработке контроллером данных о координатах воздействия, который фиксирует только область, перекрывающую путь акустических импульсов).

Данное устройство имеет очень высокую прозрачность, так как свет от отображающего прибора проходит через стекло, не содержащее резистивных или проводящих покрытий. В некоторых случаях для борьбы с бликами стекло вообще не используется, а излучатели, приёмники и отражатели крепятся непосредственно к экрану отображающего устройства. Несмотря на сложность конструкции, эти экраны довольно долговечны. По заявлению, например, американской компании Tyco Electronics и тайваньской фирмы GeneralTouch, они выдерживают до 50 млн касаний в одной точке, что превышает ресурс 5-проводного резистивного экрана.

Экраны на ПАВ применяются, в основном, в игровых автоматах, в охраняемых справочных системах и образовательных учреждениях. Как правило, экраны ПАВ различают на обычные - толщиной 3 мм, и вандалостойкие - 6 мм. Последние выдерживают удар кулаком среднего мужчины или падение металлического шара весом 0.5 кг с высоты 1.3 метра (по данным Elo Touch Systems). На рынке предлагаются варианты подключения к компьютеру как через интерфейс RS232, так и через интерфейс USB. На данный момент большей популярностью пользуются контроллеры к сенсорным экранам ПАВ, поддерживающие и тот, и другой тип подключения - combo (данные Elo Touch Systems).

Главным недостатком экрана на ПАВ являются сбои в работе при наличии вибрации или при воздействии акустическими шумами, а также при загрязнении экрана. Любой посторонний предмет, размещённый на экране (например, жевательная резинка), полностью блокирует его работу. Кроме того, данная технология требует касания предметом, который обязательно поглощает акустические волны, - то есть, например, пластиковая банковская карточка в данном случае неприменима.

Точность этих экранов выше, чем матричных, но ниже, чем традиционных ёмкостных. Для рисования и ввода текста они, как правило, не используются.

Инфракрасные сенсорные экраны

Принцип работы инфракрасной сенсорной панели прост - сетка, сформированная горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами, прерывается при касании к монитору любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был прерван.

Инфракрасные сенсорные экраны боятся загрязнений и поэтому применяются там, где важно качество изображения, например, в электронных книгах. Из-за простоты и ремонтопригодности схема популярна у военных. Часто на таком принципе делают клавиатуры домофонов. Данный тип экрана применяется в обильных телефонах компании Neonode.

Оптические сенсорные экраны

Стеклянная панель снабжена инфракрасной подсветкой. На границе «стекло-воздух» получается полное внутреннее отражение, на границе «стекло - посторонний предмет» свет рассеивается. Остаётся заснять картину рассеивания, для этого существуют две технологии:

В проекционных экранах рядом с проектором ставится камера.

Так устроен, например, Microsoft PixelSense.

Либо светочувствительным делают дополнительный четвёртый субпиксель ЖК-экрана.

Позволяют отличить нажатия рукой от нажатий какими-либо предметами, есть мультитач. Возможны большие сенсорные поверхности, вплоть до классной доски.

Тензометрические сенсорные экраны

Реагируют на деформацию экрана. Точность тензометрических экранов невелика, зато они отлично выдерживают вандализм. Основное применение - банкоматы, билетные автоматы и прочие устройства, расположенные на улице.

Сенсорные экраны DST

Сенсорный экран DST (Dispersive Signal Technology) регистрирует пьезоэлектрический эффект в стекле. Возможно нажатие на экран рукой или любым предметом.

Отличительной особенностью является высокая скорость реакции и возможность работы в условиях сильного загрязнения экрана. Однако палец должен двигаться, неподвижный палец система не замечает.

Планшеты, очень многие смартфоны, а также мониторы, дисплеи на бытовой технике оснащены сенсорными экранами. Эта технология радует, во-первых, своим привлекательным дизайном, во-вторых, своей функциональностью и простотой. К тому же, теперь нет необходимости расходовать пространство на размещение кнопок, что тоже очень удобно. О разновидностях экранов, их строении, принципах работы, плюсах и минусах читайте в нашей статье.

Самые популярные виды сенсоров

Резистивные сенсоры

Резистивный сенсор состоит из пластиковой мембраны (идет первой) и панели, изготовленной из стекла (идет вторым слоем). Между этими слоями прокладывается микроизолятор, призванный обезопасить друг от друга токопроводящие поверхности. На поверхностях слоев располагаются электроды (в первом слое они идут горизонтально, во втором - вертикально). Нажимая на экран, вы провоцируете замыкание слоев, специальный датчик считывает ваше нажатие и преобразовывает его в сигнал, который передается в процессор. В итоге экран реагирует на поставленную вашим касанием задачу - например, запускает видео, открывает документ и проч.

Данная технология считается достаточно простой, а потому на изготовление резистивных экранов тратится не слишком много средств. В итоге продукция с ними часто оказывается в бюджетном ценовом сегменте, что является главным достоинством техники с резистивными экранами. Техника с резистивными дисплеями представлена в большом количестве и ассортименте. В числе минусов этого типа сенсоров - отсутствие поддержки мультижестов, плохая видимость на солнце/при ярком свете, низкая износостойкость, невысокая точность.

Емкостные сенсоры

Данная технология является более совершенной - она поддерживает мультитач, отличается приличной видимостью при ярком свете и лучшей износостойкостью, более высоким уровнем точности. В числе недостатков - более значительная цена устройств с емкостными экранами, негативная реакция на воздействие жидкостей.

Как работает сенсорный экран данного типа? Ключевую роль здесь выполняют электроды, располагающиеся в углах дисплея и передающие друг другу переменные потоки электричества. В итоге образуется своеобразная сетка тока. Нажимая на экран, человек смещает направление тока, что позволяет системе определить место нажатия и соответственно вычислить и выполнить требующуюся команду. Тело человека в этом случае вместе с самим экраном выступают проводниками тока. Дисплей состоит из стекла, покрытого резистивным материалом, обеспечивающим эффективный электрический контакт.

Инфракрасные сенсоры

Рамка экрана (выполнен из стекла) включает приемники и излучатели инфракрасных лучей. Работая, они образуют на поверхности дисплея инфракрасную сетку. Нажав на экран, мы перекроем доступ определенным лучам - система вычислит это место и считает соответствующую задачу, которую ей нужно будет выполнить.

В числе недостатков - не очень высокая точность (особенно при ярком свете), «боязнь» загрязнений и высокая стоимость изделий с инфракрасными дисплеями. В числе плюсов - хорошая видимость на солнце, долговечность.

Менее популярные виды сенсоров

Матричные сенсоры

Матричная система подобна тому, как работает сенсор в резистивных моделях дисплеев. Только на мембрану наносятся вертикальные проводники тока, а на стекло - горизонтальные. Нажатие вызывает замыкание, которое система вычисляет и далее преобразует в выполнение той или иной задачи.

Матричные экраны сегодня редко где используются, поскольку они считаются очень неточными, а потому непродуктивными.

Экраны на поверхностно-акустических волнах

В разные углы стеклянной панели встраиваются пьезоэлектрические преобразователи. По периметру же дисплея находятся датчики, принимающие и отражающие сигналы. Специальный контроллер обеспечивает высокую частотность формирования сигналов. Нажатие на дисплей провоцирует выполнение какой-либо задачи.