Design de interface de tela sensível ao toque vs. botão:Telas sensíveis ao toque capacitivas e resistivas

Aprenda sobre alguns dos fundamentos mais importantes para entender como as tecnologias de interface evoluíram.

Em um podcast All About Circuits / Moore's Lobby intitulado Episódio 10:Astronauta da NASA Matthew Dominick sobre Engenharia Crítica em Tecnologia Aeroespacial, um tópico, entre muitos, que Dave Finch e o astronauta Matthew Dominick abordaram foi:Por que o design de interface de tela de toque vs. botão é tão incrível importante no cockpit de um caça a jato?

Esta pergunta será respondida em detalhes históricos e técnicos na discussão a seguir. Neste artigo, vamos nos concentrar nos seguintes conceitos:

• Interfaces de botão mecânico / teclado
• Telas sensíveis ao toque (resistivas e capacitivas)
• Feedback tátil (especificamente vibração tátil)

Isso nos dará as informações conceituais básicas de que precisamos para entender melhor a importância da tecnologia de exibição em aplicações aeroespaciais.

Botão mecânico / interfaces de teclado

Este tipo de interface de usuário legada fornece uma resposta tátil ao usuário que pode ser na forma de uma resposta mecânica. Esses tipos de teclado são mais adequados para usuários que usam luvas. Os teclados físicos tendem a ser mais precisos porque as teclas são mais isoladas umas das outras do que a maioria das telas sensíveis ao toque; isso ajuda a eliminar erros na ativação de chaves adjacentes.

Os sistemas de teclado mecânico são mais baratos do que as telas sensíveis ao toque e normalmente são mais leves (geralmente apenas alguns gramas) devido à menor tecnologia necessária na tela do que à tela sensível ao toque.

Tecnologias de tela sensível ao toque

As telas sensíveis ao toque podem fornecer uma sensação mecânica criada, iluminar ou emitir um som quando pressionadas, mas no processo de digitar ou pressionar essas teclas em sucessão, os usuários podem acidentalmente tocar nas teclas adjacentes com muito mais facilidade do que em um teclado mecânico. As telas sensíveis ao toque são normalmente planas e não têm barreiras reais separando as teclas adjacentes, como em um teclado mecânico.

Sua vantagem sobre um teclado mecânico é sua maior confiabilidade em ambientes sujos ou hostis. Alguns teclados mecânicos têm um tipo de construção de membrana flexível protegendo as teclas, o que evita esse tipo de problema de confiabilidade, mantendo a sujeira e os detritos do lado de fora.

Sua principal desvantagem é que eles precisam de mais energia; isso será prejudicial em um sistema alimentado por bateria. Além disso, eles podem ter problemas de visualização com iluminação direta.

Dois dos tipos mais populares de telas sensíveis ao toque são resistivas e capacitivas.

Touchscreen resistiva

Essa arquitetura requer duas camadas condutoras claras (substrato de vidro ou acrílico e uma folha superior de poliéster) separadas por pontos isolantes. Quando um dedo toca a camada superior, causa o contato entre as duas camadas. O toque é rastreado aplicando primeiro um gradiente de voltagem às camadas sequencialmente ao longo de um eixo X e Y (com a camada oposta usada como uma ponta de prova de voltagem). Um controlador determina a posição X e Y do contato com base em qual nível de tensão é relatado a partir da camada testada.

Figura 1. Uma construção de tela de toque resistiva. Imagem usada cortesia de Wilson Hurd

Esse tipo de projeto tem baixo custo e baixo consumo de energia. É impermeável a líquidos. Pode precisar de calibração ocasional e está mais sujeito a danos e desgaste.

Tela sensível ao toque capacitiva

Compare o conceito de touchscreen resistivo acima com uma touchscreen capacitiva. Neste projeto, a tensão é aplicada aos cantos da tela. Eletrodos ao redor da borda da tela criam um campo elétrico em toda a superfície condutora, o que permite que um dedo seja rastreado na tela medindo a mudança de capacitância causada pela corrente de extração da superfície condutora do dedo.

Figura 2. Uma construção de tela de toque capacitiva. Imagem usada cortesia de Wilson Hurd

Este tipo de design utiliza um painel de vidro sólido com excelente desempenho óptico, sem movimento mecânico com alta resistência, e possui recursos multitoque e gestos. Os usuários podem usar seus dedos, luvas ou uma caneta ativa. A arquitetura é capaz de resistir a extremos ambientais, é altamente precisa, mas suscetível a EMI.

Para uma análise mais aprofundada deste conceito, confira a introdução de Robert Keim ao sensor de toque capacitivo.

Feedback tátil

O feedback tátil é outro meio de comunicação bidirecional entre humanos e computadores e inclui feedback sensorial para aprimorar a experiência do usuário. Toque, visão e som irão aprimorar a interface do usuário e dar confiança e confirmação ao usuário de que o botão da tela de toque foi pressionado. O feedback físico é essencial para a confiabilidade em situações como em aeronaves de caça militares, onde o piloto precisa examinar visualmente os arredores continuamente.

Táctica vibratória

Um meio de dar ao usuário a confiança de que o botão no qual ele está tocando está realmente ativando a resposta desejada é com a sensação tátil. O efeito háptico pode ser sobreposto, por meio de geradores de ondas estacionárias e sensores de pressão, em uma tela de toque convencional; quando há um toque, há uma onda sonora gerada que dá ao usuário a sensação de apertar um botão e receber um feedback positivo em um teclado convencional. Isso é especialmente crítico em aviões de combate militares e pode aprimorar os sistemas das espaçonaves.

Figura 3. A arquitetura básica de um sistema tátil vibratório em uma tela sensível ao toque. Imagem usada cortesia de Catelani, Ciani, Barile e Liberatori via IEEE Xplore

No próximo artigo, falaremos sobre como essas tecnologias foram aplicadas do PalmPilot à tela do F-18 Super Hornet, que Matthew Dominick discutiu no episódio do Moore's Lobby.