Ekrany przyszłości mogą przestać być po prostu płaskim szkłem. Ten prototyp tworzy fale, wzory i wypukłości sterowane elektromagnesami.
Przez lata ekrany uczyły nas jednego: patrz, ale nie oczekuj, iż poczujesz coś więcej niż gładkie szkło. telefon może pokazać klawiaturę, mapę, przycisk, falę albo teksturę drewna, ale pod palcem wszystko pozostaje takie samo. Teraz naukowcy pokazali prototyp, który próbuje zerwać z tą zasadą. Jego powierzchnia może fizycznie zmieniać kształt, reagować na dotyk i jednocześnie świecić jak mały, trójwymiarowy wyświetlacz.
To nie jest zwykły ekran
Nowe urządzenie nie jest oczywiście jeszcze wyświetlaczem do telefona ani tabletu. To raczej demonstrator technologii, który pokazuje, jak mógłby wyglądać interfejs przyszłości, gdyby ekran przestał być jedynie płaską taflą. Naukowcy z Rice University i Kyung Hee University zbudowali miękką, magnetycznie sterowaną powierzchnię mechaniczną, zdolną do odkształcania się w kontrolowany sposób.
Sercem prototypu jest matryca 6 x 6 miękkich, elastomerowych pikseli. Każdy z nich może być unoszony albo opuszczany przez elektromagnesy znajdujące się pod powierzchnią. Dzięki temu urządzenie potrafi tworzyć wypukłości, zapadnięcia, fale, szachownice i inne zmienne kształty. Nie chodzi więc o piksele świecące kolorem, jak w klasycznym ekranie, ale o piksele, które naprawdę poruszają się w przestrzeni.
Można powiedzieć, iż klasyczny ekran udaje świat. Ten prototyp próbuje go częściowo odtworzyć pod palcami. Zamiast tylko pokazywać przycisk, może go fizycznie podnieść. Zamiast tylko wyświetlić falę, może stworzyć jej ruch na powierzchni. Zamiast ograniczać się do wibracji, może zmienić własną geometrię.
Ekran, który reaguje jak żywy organizm
Chyba najbardziej intrygujące jest to, iż w tym przypadku komunikacja przestaje być jednostronna. Do tej pory urządzenia głównie słuchały: dotykasz ekranu, a telefon rejestruje polecenie i odpowiada obrazem, dźwiękiem albo krótką wibracją. Tutaj jest inaczej. Powierzchnia nie tylko reaguje, ale robi to ciałem – zmienia kształt, unosi się, zapada. Dzięki temu odpowiedź przestaje być tylko sygnałem, a zaczyna być czymś, co naprawdę czujesz pod palcami.
To zupełnie inny poziom interakcji. Człowiek nie poznaje świata tylko wzrokiem. Ściskamy owoce, żeby sprawdzić, czy są dojrzałe. Przesuwamy palcem po materiale, żeby ocenić fakturę. Dotykamy klamki, przycisku, stołu, kierownicy i ekranu. Komputery przez lata próbowały ten świat spłaszczyć do obrazu, kursora i kliknięcia. Ten prototyp chce przywrócić maszynie coś, co przypomina dotykową obecność.
Fot. DOI: 10.1126/sciadv.aeg0480Pisaliśmy o tym szerzej już ponad dekadę temu w tekście: Technologia haptyczna sięga o wiele dalej, niż tylko ekrany telefonów. Haptyka nigdy nie była tylko bzyczeniem telefonu. To cały zestaw sposobów, dzięki którym maszyna może przekazywać informację przez nacisk, opór, drgania, tarcie, temperaturę albo zmianę kształtu. Nowa metasurface dopisuje do tej listy bardzo istotny element: fizycznie programowalną powierzchnię.
36 miękkich pikseli i niewyobrażalna liczba kształtów
Opracowany prototyp ma tylko 36 mechanicznych pikseli, ale liczba możliwych konfiguracji jest ogromna. Naukowcy mówią o ponad 10^30 różnych układów powierzchni. To liczba, która bardziej pasuje do kosmologii niż do małego urządzenia leżącego na stole, ale dobrze pokazuje skalę kontroli nad kształtem.
Każdy piksel może zmieniać położenie z milimetrową precyzją. Wysokość powierzchni może być modulowana w zakresie do około 8,5 mm. To niewiele, jeżeli myślimy o ruchu robota, ale bardzo dużo, jeżeli mówimy o dotyku. Dla opuszków palców różnica kilku milimetrów jest ogromna. Tyle wystarczy, żeby poczuć wypukły przycisk, krawędź, falę, nierówność albo kierunek ruchu.
W demonstracjach powierzchnia tworzyła m.in. fale, wzory przypominające szachownicę i efekty rozchodzących się kręgów. Potrafiła też naśladować rytmiczne kurczenie i rozluźnianie ludzkiego serca. W innym pokazie zmieniała kształt tak, by prowadzić krople wody w układ przypominający litery. To już nie jest tylko gadżet do klikania. To mała, sterowalna scena mechaniczna.
Pod spodem są magnesy, czujniki i światło
Chyba najprościej wyobrazić sobie ten prototyp jako miękką powierzchnię rozciągniętą nad układem elektromagnesów. Górna warstwa jest elastyczna, dolna daje jej stabilne podparcie, a same magnesy działają trochę jak mięśnie. Kiedy elektromagnes przyciąga albo odpycha dany fragment, powierzchnia unosi się lub zapada. Dzięki temu całość może na bieżąco zmieniać swój kształt.
To jednak nie jest tylko sterowana membrana. W powierzchnię wbudowano czujniki bezwładnościowe IMU, czyli podobne układy do tych, które w telefonach pomagają rozpoznawać orientację, ruch i przechylenie. Tutaj monitorują lokalne nachylenie fragmentów powierzchni i pozwalają odtworzyć jej kształt bez używania zewnętrznych kamer.
Do tego wszystkiego dochodzi matryca 7 x 7 diod RGB LED. Kolory mogą zmieniać się w zależności od ruchu i kształtu powierzchni. W jednej z demonstracji system symulował fale oceanu pod miniaturową papierową łódką, a światło pomagało wizualnie przedstawić ruch wody. To ważne, bo interfejs przyszłości nie musi wybierać między wzrokiem a dotykiem. Może łączyć oba kanały.
Najtrudniejsze było ujarzmienie magnesów
Na pierwszy rzut oka to wszystko brzmi bardzo prosto: dajemy elektromagnesy pod miękką powierzchnię i sterujemy pikselami. Problem jest jednak znacznie większy. Siły magnetyczne bardzo gwałtownie rosną, gdy elementy zbliżają się do siebie. To oznacza, iż precyzyjne sterowanie wymaga dobrego modelu. Inaczej powierzchnia może reagować zbyt gwałtownie, zbyt wolno albo nie tak, jak zaplanowano.
Zespół opracował model analityczny, który przewiduje, jakie napięcie trzeba podać, aby osiągnąć konkretny kształt. To właśnie ten fragment sprawia, iż prototyp zaczyna być naprawdę ciekawy. Wcześniej obliczenia mogły trwać minuty. Po usprawnieniu spadły do kilku sekund, co umożliwia zmianę kształtu w czasie zbliżonym do rzeczywistego.
To bardzo ważne, bo interfejs dotykowy musi przede wszystkim reagować szybko. Człowiek od razu wyczuje opóźnienie między ruchem palca a odpowiedzią urządzenia. jeżeli powierzchnia ma przypominać przycisk, falę, mapę albo fakturę, nie może zastanawiać się przez pół minuty. Powinna reagować praktycznie natychmiast.
To może pomóc niewidomym i słabowidzącym
Chyba najbardziej oczywiste zastosowanie to interfejsy dla osób niewidomych i słabowidzących. Dzisiejsze ekrany dotykowe są dla nich paradoksalnie rewolucją i problemem jednocześnie. Z jednej strony telefony mają świetne funkcje dostępności, syntezę mowy, gesty i rozpoznawanie obrazu. Z drugiej strony gładka tafla nie daje fizycznych punktów odniesienia.
Programowalna powierzchnia mogłaby zmieniać się w wypukłą mapę, przyciski, schemat, wykres albo dynamiczny układ Braille’a. To oczywiście nie znaczy, iż taki prototyp za chwilę trafi do telefonu. Ale kierunek jest bardzo ważny: ekran nie musi tylko mówić albo wibrować. Może stworzyć kształt, który da się odczytać palcami.
Pisaliśmy o dostępności z innej strony w tekście: Co nowego w iOS 26 dla osób z niepełnosprawnościami. Przegląd funkcji. Wielkie platformy robią coraz więcej, by interfejsy działały dla osób o różnych potrzebach. Tyle iż wciąż działamy głównie na płaskich ekranach. Taka metasurface pokazuje, iż następny etap może być bardziej fizyczny.
Gry, VR i szkolenia dostałyby nowy zmysł
Drugi kierunek to rozrywka i immersja. Dzisiejsza rzeczywistość wirtualna przez cały czas cierpi na ten sam problem: oczy widzą świat, ale dłonie czują plastik kontrolera. Można dodać wibracje, opór spustu, ruch, rękawice haptyczne i dźwięk przestrzenny, ale wciąż brakuje nam powierzchni, która mogłaby naprawdę zmieniać się pod palcem.
Wyobraźmy sobie panel, który w symulatorze lotu tworzy fizyczne przełączniki tylko wtedy, gdy są potrzebne. Albo konsolę, która pod palcem pokazuje fakturę drogi, rytm fal, kształt obiektu w grze lub puls potwora w ciemności. Brzmi jak czysta fantastyka, ale każda dobra haptyka zaczynała od podobnie dziwnych demonstracji.
To jeden z tych wynalazków, które są ważniejsze jako kierunek niż jako gotowy produkt. Dzisiejszy prototyp wygląda raczej jak ciekawostka z laboratorium. Jednak sama idea jest naprawdę mocna: ekran nie musi być tylko martwą szybą. Może stać się miękką, aktywną powierzchnią, która wie, jak wygląda, reaguje na nacisk i odpowiada kształtem. A jeżeli kiedyś uda się ją zmniejszyć, przyspieszyć i zmieścić w codziennym sprzęcie, dotykowy interfejs może w końcu stać się naprawdę dotykowy.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
