Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 117

Компьютерра

16.04.2012 - 22.04.2012

Статьи

Отец всех тачскринов: планшет RAND

Евгений Лебеденко, Mobi.ru

Опубликовано 19 апреля 2012 года

Современные потребительские гаджеты — это в первую очередь их пользовательский интерфейс. Многомиллионные продажи тачфонов и планшетов говорят сами за себя: пользователи активно голосуют кошельком за удобство управления своими устройствами. Сегодня сложно представить время, когда опыты разработчиков с таким обыденным ныне сенсорным интерфейсом находились на таком же начальном этапе, как сегодня, к примеру, голосовые интерфейсы. Но именно эти разработки и, главное, упорное желание производителей совершенствовать перспективный вид пользовательского интерфейса привели к появлению нынешних чрезвычайно чутких и отзывчивых сенсорных панелей.

Среди множества экспериментальных разработок начала шестидесятых годов прошлого столетия (именно в это время начался бум «тачскринизма») особняком стоит разработка корпорации RAND. Архитектурные особенности планшета этой исследовательской компании фактически легли в основу всех современных технологий ёмкостных сенсорных панелей, от простеньких тачпадов в бюджетных нетбуках до продвинутых планшетных мультитач-решений. Что же революционного было в RAND-планшете тогда, в золотые шестидесятые?

Корпорация RAND и политически взрывоопасные шестидесятые неразрывно связаны. Советская пресса, с одной стороны, называла RAND «мозговым центром» и «фабрикой мысли», с другой — упорно связывала её со всеми возможными теориями заговора, именуя при этом «политическим стратегическим и аналитическим центром США».

Правда, как обычно, находится где-то посередине. В свидетельстве о регистрации некоммерческого независимого предприятия RAND (от Research ANd Development), датированном 1948 годом, указывается, что компания создаётся «для того, чтобы содействовать достижению целей в области науки, образования и благотворительности, в интересах общественного благополучия и безопасности Соединённых Штатов Америки».

Как видите, в стратегических целях создаваемого специализированного научно-исследовательского центра RAND изначально были заложены обе «стороны медали». И, наряду с Нью-Йоркским институтом RAND, среди разработок которого — известнейший метод экспертного оценивания Делфи, модели долгосрочного стратегического анализа и разработки в области кабельного телевидения, RAND — это ещё и Калифорнийский центр изучения поведения СССР за рубежом, рассматривающий глобальные вопросы «советского присутствия» и сыгравший не последнюю роль в пресловутом Карибском кризисе. Но что делать? Такое уж было время.

Впрочем, оставим политические страсти прошлого историкам. В большинстве своём исследовательские разработки RAND действительно носили стратегический характер. В том смысле, что, безусловно, определяли стратегию будущего развития множества областей знаний и технологий. Понимая это, руководство корпорации и её попечительский совет не скупились на финансирование перспективных разработок.

И RAND Tablet являлся одной из них. Идея его появления была сугубо милитаристской. Она возникла в ходе практической эксплуатации SAGE (Semi-Automatic Ground Environment) — системы полуавтоматического наведения на цель самолётов-перехватчиков. Операторы SAGE взаимодействовали с модулем расчёта координат цели с помощью уникального для того времени устройства — светового пистолета (light gun), на смену которому чуть позже пришло световое перо (light pen).

Эти устройства непосредственного позиционирования существенно ускоряли ввод координат в расчётный модуль: операторы просто указывали нужную точку на координатной сетке дисплея, отображающего показания радарных установок. В основе их «световых мечей» лежал оптико-электрический принцип. Пистолет или перо фиксировали светящуюся точку на экране дисплея с электронно-лучевой трубкой, преобразовывали её в электрический сигнал, а затем передавали последний компьютеру для вычисления координат.

Работа оператора SAGE была не из лёгких, и то то, что им приходилось всё дежурство держать руку со световым пистолетом на весу, комфорта не добавляло. Кроме этого эргономического недостатка был ещё один: рука оператора со световым устройством закрывала обзор и без того небольшого экрана контрольного дисплея SAGE. В результате пропустить цель было проще простого.

Что если предложить оператору более естественный способ работы с информацией на экране? Пусть перо как инструмент позиционирования остаётся, вот только работать оно будет не с экраном, а со специальным планшетом, позволяющим перу получить точную координату места, на которое оно указывает. Так рассуждали инженер RAND Малкольм Дэвис (Malcolm Davis) и менеджер отдела стратегических разработок Томас Эллис (Thomas Ellis).

Проведя бесчисленное множество экспериментов с самыми разными технологиями, Дэвис и Элис к 1963 году были готовы перейти от создания концепции к её реализации. Результатом их трудов стала уникальная для того времени конструкция сенсорной панели, разрешающая способность и чувствительность которой до сих пор способны дать фору современным разработкам.

Внешне предложенное Дэвисом и Элисом решение выглядело как... планшет: покрытая эпоксидной смолой рабочая поверхность десять на десять дюймов и блок управления, содержащий электронную начинку разработки, состоящую из более чем четырёхсот транзисторов и двухсот диодов. Запитывалась схема от внушительных размеров блока питания.

Наиболее интересная часть планшета RAND скрывалась под залитой эпоксидной смолой поверхностью. На тончайший слой (0,5 миллиметра) майлара (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B9%D0%BB%D0%B0%D1%80 ) — полиэфирной плёнки, пришедшей на смену целлофану, — с двух сторон был нанесён тонкий (0,6 мм) слой меди, на котором и была вытравлена координатная сетка планшета. Верхняя поверхность содержала 1024 дорожки координат Х, а нижняя — 1024 дорожки координат Y. Таким образом, планшет RAND содержал миллион X-Y координат и обеспечивал беспрецедентное для того времени разрешение — 100 дорожек на дюйм.

Однако более важным элементом, чем филигранная координатная сетка, были шины, к которым крепилась каждая дорожка. Именно они выполняли роль токопроводящих обкладок, которые в совокупности с майларовым диэлектриком создавали массив конденсаторов, располагавшихся по периметру рабочей поверхности планшета. Подавая в строго определённые моменты времени положительные или отрицательные импульсы к строго определённым шинам X и Y дорожек, разработчикам удалось создать координатное поле, каждая дорожка которого в каждый момент времени уникально кодировалась последовательностью, состоящей из троек положительных и отрицательных импульсов. Принимая положительный импульс за бинарную единицу, а отрицательный импульс за ноль, можно было получить закодированные подобным образом X-Y-координаты любой точки на поверхности планшета.

Кодирование X-Y линий тройками двоичных единиц и нулей было выбрано неслучайно. Такой код, называемый троичным кодом Грея, был выбран разработчиками планшета для сведения к минимуму количества ошибок в ходе преобразования аналоговых по своей природе импульсов тактирования каждой дорожки в цифровые данные, передаваемые компьютеру.

Перо планшета RAND, внешне напоминающее обычную ручку, обладало высоким импедансом и было электростатически связано с координатной сеткой планшета. Таким образом, когда перо прикасалось к поверхности планшета, на вход усиливающей схемы поступали последовательности кода Грея тех дорожек X и Y, на пересечении которых перо находилось в данный момент.

Чтобы величина импульсов дорожек Y, располагающихся по отношению к перу под двумя слоями диэлектрика (майлар и эпоксидная смола поверхности), была равной импульсам дорожек X, размер и форма их шин были соответствующим образом рассчитаны и отличались от шин дорожек Х.