触摸屏：指尖的飞跃

研究人员发现了让触摸屏变得更灵敏的新方法

从手机到取款机再到汽车，越来越多现代设备的唯一操作方式是在触摸屏上熟练地用手指敲敲这个，划划那个。但有时这些动作效果不佳。在一个微型的虚拟键盘上打字很容易按错键、拼错词。有时屏幕完全没反应。开车时不看路而去扫视控制板上的一堆空调选项，则可能非常危险。现在，改善之法似乎触手可及。随着触摸屏变得无处不在，制造和使用它们的新方法正在出现。

生产汽车零部件等产品的德国制造商博世集团（Robert Bosch）最近展示了一块带有“触觉反馈”的触摸屏。现有的触摸屏已经运用了视觉效果、声音和振动来确认用户对图标或按键的选择，而博世的系统又增添了表面触感差异这一反馈方式。

屏幕上不同用途的按键可以用多种表面质感来呈现：粗糙的、平滑的，或者以各种方式打造的模式。这样一来，司机不用看屏幕也能摸到那个正确的按键。当他的手指在屏幕上移动寻找正确的位置时，为避免不小心激活一些按键，他要在那个特定按键的表面上更用力地按压，以打开或关闭某项功能，感觉就像按动一个机械开关。通过施加不同的力道，用户在选择歌曲或电台时可以放慢或加快滚动的速度。

博世这套名为neoSense的系统目前仍处在开发阶段，因此公司不愿透露它具体如何运作，只说使用了传统的触摸传感器，配以一个测量手指压力的传感器。这等于什么也没说。博世正在做的或许跟其他研发此类系统的团队差不多：在屏幕下方放置一个薄形设备，在虚拟按键的位置产生专门设定的振动。这类振动的模式会创造出类似纹理的效果，让用户的手指仿佛在触摸屏幕上的物理按钮。

充足电

虽然对触摸屏的研究可以追溯到上世纪60年代，但它们直到80年代才开始在各类消费设备上出现。许多早期的屏幕为“电阻”型，其最简单的形式依靠手指按压一个弹性屏幕，从而同时触动屏幕下方的两个导电层，形成一个电路回路。测量触摸的点就能给出手指在屏幕上的坐标位置。

电阻屏造价低廉又耐用，很多仍被用于饭店点餐和工厂内控制机器。但许多设备尤其是智能手机和平板电脑如今使用一套依赖电容的系统。（电容是对物体存储电荷能力的测量。当不存在可供电子流过的电路时，电荷会开始累积，在电路形成时会消散。在极端情况下，当静电在体内累积而后在触摸某些金属制物时释放，会产生振动。）

电容屏有多种制造方式。目前最常用的一种在紧靠屏幕表面的下方铺设由透明的导电材料（通常是氧化铟锡）制成的微导线网。当手指触摸屏幕或者非常接近屏幕时，在电荷向手指转移的那个点上电容发生了微小变化，对电网形成的静电场产生干扰。屏幕控制芯片中的软件会探测到电容发生变化的位置，据此确定手指的位置。电容屏手感流畅，且只需轻微接触，也可以多手指操作，令“缩放”的动作成为可能。

多点触控技术先驱杰夫·哈恩（Jeff Han）说，目前大部分研究正在改进电容设备，将导电层融合进屏幕中以让显示屏变得更薄。他的公司Perceptive Pixel研发的巨大触屏被一些新闻机构用于大选报道当中，还在2012年出售给微软。哈恩说，用户可以预期未来将有更多用手指和手势操作触摸屏的方式以及更多样化的触觉效果。

更多的电容屏幕会兼具有压敏性。苹果最新的iPhone 6s就对指压做出反应，该公司称之为3D触控（3D Touch）。这款手机的屏幕下方有另一个传感器，当手指触压屏幕时，它可以探测到玻璃屏幕的微小变形。这增加了用户的操作方式，比如点击短信和电子邮件来预览而无需完全将其打开。苹果也已使用它称之为“触觉引擎”的元件添加了触觉效应。该元件实际上是一个精致的小振动器，对某些手指动作以微妙的轻拍回应。

为提升触摸屏的灵敏度，氧化铟锡的替代物已经开始被应用。氧化铟锡这种材料虽然透明，但导电性一般，这限制了屏幕对触摸的反应。金属尤其是金和银则是好得多的导体，但不透明，因此会干扰屏幕的图像显示，除非它们被嵌入的量极少，但这又会减少导电性。瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的迪莫斯·波利卡可斯（Dimos Poulikakos）及其同事想出了一个解决方法。他们用金和银打造电容网仅80至500纳米（十亿分之一米）宽的“纳米墙”，这些墙体垂直于屏幕，其高度为宽度的二至四倍，因此这个电网具有高度导电性但几乎看不见。

打印纳米墙

波利卡可斯博士的纳米墙由一种新型3D打印技术制成。最初，金或银的纳米粒子悬浮在一种溶剂中。这种“墨水”被电磁场从一个微型玻璃毛细管中吸出，在管口形成一个附着的水滴。研究人员小心地平衡墨水的构成及电磁场，在这个水滴的底部再形成另一个更小的水滴。这第二个水滴被用来打印纳米墙。

波利卡可斯说，使用纳米粒子意味着不必担心金银这类贵重金属打印电容网的成本。实际上，他估计“纳米滴”工艺会比目前用来制造触摸屏电容网的方法便宜得多。这是因为后者依赖昂贵的无菌室和气相沉积设备——同用来制造计算机芯片的设备类似。纳米滴目前已被波利卡可斯的实验室派生的公司Scrona规模化应用于商业用途。

其他可能被用来制造触摸屏的传导性材料包括石墨烯，这种由碳原子排列组成的蜂巢状晶格只有单个原子的厚度，因而基本上透明。在首先发现了这种材料的曼彻斯特大学，研究人员认为它可被用来制造出能像报纸那样叠卷的弹性屏幕。这是因为和氧化铟锡不同，石墨烯的质地不脆。

不实际触摸而操控屏幕将成为可能。三星已在其部分手机屏幕的上方使用了微型红外线传感器来探测手势。谷歌正在研发一种微型雷达芯片，可被嵌入屏幕的后方来做同样的事。这块芯片应该会足够的敏感，从而能识别复杂的手势，比如手指以顺时针方向画圈，操作虚拟表盘来增加音量，或是逆时针方向画圈以降低音量。

这类技术也将能运用于汽车内的触摸屏，而让司机不再分心。宝马公司已经研发了一块触摸屏，用装设在汽车车顶的摄像头识别手势。比如，手机响了，你向屏幕一指就能接起电话，如果是办公室打来的，手一挥就能拒绝接听。

​再加上快速改进的语音识别系统如苹果的Siri和微软的Cortana，人们在设备上戳点比划、跟它们说话的时间只会增加。