«Теневая» технология: как работает сенсорный экран без экрана?

В одной из лабораторий в Московской области специалист тестирует необычную разработку: он проводит рукой по пустой стене, и за ней тут же возникают красочные анимированные узоры. Точно так же удалось сыграть в шахматы, передвигая по поверхности виртуальные пешки. Эти необычные эффекты создаются с помощью устройства, способного превратить любую поверхность в сенсорный экран. Как работает такая система и где ее используют, рассказываем в нашем материале.

Отследить по тени

Технология под названием Surfancy представляет собой два оптоэлектронных устройства в виде планок, которые нужно разместить напротив друг друга, чтобы «оживить» поверхность. Такая сенсорная область может занимать до 50 квадратных метров. Система работает с помощью «теневой локации», метода, измеряющего координаты объекта.

Его принцип заключается во множественном облучении объекта краткосрочными инфракрасными импульсами. Это позволяет вычислить координаты пальца пользователя по отбрасываемым им теням. Для работы в режиме «мультитач», то есть множественных касаний, применяются уникальные алгоритмы «отсечения» ложных координат и подавления оптических шумов.

«Особенностью наших сенсорных систем является то, что мы контролируем не сам объект, находящийся в рабочей зоне, а его теневые составляющие. Для построения системы мы разработали оптико-геометрическую схему, благодаря которой удалось значительно повысить надежность и быстродействие системы (скорость выполнения работы — прим. ред.). В сенсорах создается подсветка в импульсном режиме в ИК-диапазоне. Когда сенсор улавливает тень от объекта, информация об этом используется для его нахождения. При этом уровень полезного сигнала ниже, чем уровень внешней засветки и сторонних помех, например от солнца или галогеновых ламп. Специальные алгоритмы фильтрации отсекают такие помехи, оставляя только полезные сигналы», — рассказал порталу наука.рф генеральный директор компании-разработчика «СенсАрт» Дмитрий Литманович.

Теневые элементы анализируются непосредственно в устройстве, что позволяет повысить быстродействие системы и реализовать алгоритмы распознавания жестов, подчеркивает эксперт. При этом сенсорный экран питается от одного USB-порта, а для работы не нужны специальные стилусы. Единственное требование к поверхности — отсутствие на ней посторонних, загораживающих сенсоры предметов.

Технология позволяет сделать интерактивной не только любую стену, но и сборку из видеопанелей, светодиодных экранов, спроектированное на стену изображение или стеклянную поверхность витрины.

Уникальный образец 

Работа над проектом началась в середине 2010-х, когда братья Дмитрий и Андрей Литмановичи, выпускники Московского института электронной техники, решили воплотить в жизнь одну из своих идей и сделать сенсорные панели нового поколения. Спустя несколько лет разработок появилась компания «СенсАрт», производящая технологии для розничной торговли, медицины и промышленности.

Со временем идея универсального сенсорного экрана для мониторов переродилась в решения более широкого формата — интерактивных витрин. Как отмечают авторы проекта, на момент выхода устройства на рынок еще не было такого оборудования, способного определить координаты пальца на поверхности, эквивалентной 200-дюймовому экрану, с точностью в несколько миллиметров.

Практически все производство проходит в сотрудничестве с российскими подрядными организациями — монтаж микросхем и компонентов, изготовление корпусных деталей. Например, печатные платы и алюминиевые корпуса изготавливаются на предприятиях в Зеленограде. Далее специалисты компании проверяют электронику и прошивку, проводят финальную сборку, тестируют оборудование на стенде.

«В настоящее время ряд электронных компонентов импортные, но это связанно с коммерческим применением сенсоров, поскольку необходимо удерживать рыночную цену. Наша команда использует 40% номенклатуры электронной компонентной базы (ЭКБ) российского производства, создает корпуса, печатные платы. Мы взаимодействуем с российскими производителями ЭКБ и планируем увеличить долю российских компонентов в устройстве», — делится эксперт.

В разработке оптоэлектронного устройства специалисты использовали подходы, которые ранее в этой сфере не применялись. Например, механизм фильтрации «фантомных касаний» (когда оборудование реагирует на несуществующие нажатия) разработчики подсмотрели в радиолокации.

От музеев до медицины

В настоящий момент технология используется в сфере розничной торговли, а также на выставках, в создании виртуальных витрин, интерактивных музеев, систем навигации и для цифровизации городской среды. Сенсорные экраны также нашли применение в ряде детских реабилитационных центров в Москве, где помогают стимулировать физическую активность пациентов, развивать моторику и логику с помощью виртуальных игр.

Авторы продолжают развивать технологию, в ближайших планах — повысить технические характеристики, в том числе увеличить разрешение сенсоров. Для этого необходимо разработать специальные фотоприемники, приборы для преобразования светового сигнала в электрический. Чтобы сенсор быстрее сканировал движения руки, у этих приборов должны быть габариты меньше, а быстродействие больше.

Кроме того, специалисты планируют доработать и улучшить программное обеспечение. Поскольку сенсоры применяются на любых поверхностях, ПО калибровки должно учитывать сложные рельефы, на которых работает сенсор.

«Сейчас мы поставляем сенсоры в страны Средней Азии. Однако применяются они там в основном для выставок и музеев. На перспективу ставим планы выхода на индийский рынок. Ведь у нашей продукции есть определенная специфика рынка, благодаря которой мы можем успешно конкурировать с технологиями из США, Европы и Китая», — подчеркнул эксперт.

Следующий шаг — полная локализация производства сенсорных панелей в России для промышленных задач, а также выход разработки на рынки стран Ближнего Востока, Африки и Южной Америки. Расширять географию продаж предприятию помогает нацпроект «Международная кооперация и экспорт».