Vizionați un videoclip pe YouTube în modul portret, iar spațiul imobiliar al ecranului nu era suficient. Pentru a rezolva această problemă, ați făcut ceea ce ar face orice persoană cu un smartphone. Întoarceți telefonul pe o parte.
De îndată ce ați făcut acest lucru, videoclipul a cuprins întregul ecran și toate opțiunile de meniu au fost invizibile, dar de unde a știut telefonul despre orientarea lui?
Ei bine, pe lângă ecranul cu rată de reîmprospătare ridicată și o interfață excelentă cu utilizatorul, telefonul tău are mai mulți senzori care îi detectează orientarea în spațiu, dar cum funcționează acești senzori?
Înțelegerea forțelor fundamentale ale naturii
Deși poți simți vântul pe față și apa pe mâini când plouă, ceea ce nu poți simți sunt forțele fundamentale ale naturii.
Aceste forțe includ forța gravitațională și forța electromagnetică. Chiar dacă aceste forțe sunt intangibile, ele afectează tot ceea ce facem. De fapt, ecranul smartphone-ului tău detectează mici modificări ale forțelor electromagnetice pentru a-ți detecta degetul. Nu numai asta, dar și greutatea corpului tău este definită din cauza forțelor gravitaționale.
Mai simplu spus, gravitația aplică o forță asupra obiectelor, determinându-le să accelereze cu o viteză de 9,8 m/s^2. Datorită acestei accelerații, lucrurile cad înapoi pe pământ când le arunci.
Pe de altă parte, forța electromagnetică nu poate fi simțită ca forțele gravitației. Acestea fiind spuse, dacă ar fi să plasați o busolă oriunde în lume, aceasta ar detecta câmpul magnetic al Pământului în acea zonă și s-ar alinia la Polul Nord.
Deși forțele electromagnetice au permis mai multe progrese tehnologice, nu toate sunt definitive și radiatie electromagnetica în doze mari pot fi periculoase pentru organismul uman.
Înțelegerea tehnologiei senzorilor de pe smartphone-ul tău
Senzorii de pe smartphone-ul tău detectează modificări ale forțelor naturii pentru a înțelege orientarea acesteia în spațiu, dar cum funcționează acești senzori?
Ei bine, smartphone-ul tău are mii de senzori pe placa sa de bază, dar trei tipuri principale de senzori care permit telefonului să detecteze modificările orientării sale.
Acești senzori de detectare a orientării folosesc sisteme micro-electro-mecanice (MEMS) pentru a măsura forțele naturii. Pentru a măsura datele, dispozitivele MEMS folosesc părți mecanice încorporate în siliciu pentru a genera un semnal electric. Folosind aceste semnale, smartphone-ul dvs. detectează modificări ale forțelor care acționează asupra acestuia.
Mai jos este o scurtă explicație a modului în care funcționează acești senzori.
- Accelerometru: După cum sugerează și numele, un accelerometru este folosit pentru a detecta modificările accelerației pe un smartphone. Pentru a detecta aceste modificări, accelerometrul folosește legea inerției care afirmă că un corp în repaus va rămâne în repaus până când și dacă nu se aplică o forță externă. Pentru a utiliza acest concept, o masă fixă este suspendată între structuri sub formă de arc într-un senzor MEMS. Prin urmare, masa fixă rămâne pe loc atunci când telefonul este accelerat datorită inerției sale care comprimă arcurile. Această compresie cu arc generează un semnal electric care spune smartphone-ului că este accelerat.
- Giroscop: Giroscopul monitorizează forțele de rotație de pe smartphone-ul tău. Această rotație măsoară forța Coriolis care acționează asupra smartphone-ului pentru a estima cât de mult s-a rotit în jurul centrului său de greutate. Pur și simplu, forța Coriolis acționează asupra oricărui corp din interiorul unui obiect în rotație datorită rotației acestuia. Giroscopul folosește un design similar cu un accelerometru, dar este modificat pentru a detecta modificările atunci când smartphone-ul se rotește.
- Magnetometru: Datorită curenților care curg în miezul Pământului, un câmp magnetic îl învăluie. Detectarea acestor câmpuri ajută smartphone-ul să-și înțeleagă orientarea față de nordul real al câmpului magnetic al Pământului. Smartphone-urile sunt echipate cu un senzor cu efect Hall cu trei axe pentru a detecta aceste modificări. Acest senzor folosește legile lui Faraday ale inducției electromagnetice pentru a detecta câmpurile magnetice. Conform acestei legi, un conductor purtător de curent generează o forță electromotoare atunci când câmpul magnetic din jurul său se modifică. Datorită acestor modificări ale tensiunii, senzorii pot fi utilizați pentru a detecta orientarea acestuia în ceea ce privește polii magnetici ai Pământului.
Acum că avem o înțelegere de bază a senzorilor de pe smartphone-urile noastre, putem să ne uităm la modul în care aceștia funcționează împreună pentru a detecta poziția smartphone-ului dvs.
Cum știe telefonul tău când să întoarcă ecranul?
După cum sa explicat mai devreme, accelerometrul poate detecta modificări ale accelerației, dar aceste date singure nu pot fi folosite pentru a detecta orientarea unui smartphone. Motivul este că forțele gravitației acționează mereu asupra accelerometrului și este dificil pentru senzor să detecteze când modificările de accelerație sunt menite să rotească smartphone-ul.
Telefoanele inteligente folosesc fuziunea senzorilor pentru a rezolva această problemă, care permite diferiților senzori să comunice între ei. Pentru a detecta orientarea unui telefon, accelerometrul comunică cu giroscopul și magnetometrul.
Prin urmare, atunci când un telefon se rotește, accelerometrul detectează modificări ale accelerației și apoi comunică cu giroscopul. Datorită acestei comunicări, smartphone-ul poate înțelege dacă modificările de accelerație sunt destinate rotației.
Acestea fiind spuse, giroscopul este susceptibil la erori, deoarece nu poate lua în considerare forțele gravitaționale care acționează asupra smartphone-ului. Prin urmare, este necesar un al treilea senzor pentru a detecta schimbările de orientare a unui smartphone. Acest senzor nu este altul decât magnetometrul de pe dispozitivul dvs.
Acest magnetometru este folosit pentru a detecta modificările poziției smartphone-ului în raport cu câmpul magnetic al Pământului. Aceste date, împreună cu datele de la accelerometru și giroscop, sunt folosite pentru a decide dacă ecranul trebuie să fie în modul portret sau peisaj.
Este tehnologia senzorilor viitorul?
Accelerometrul, giroscopul și magnetometrul detectează modificări ale forțelor fundamentale ale naturii folosind legile inerției și inducției electromagnetice.
Smartphone-urile folosesc aceste legi fundamentale pentru a activa funcții precum autorotația și stabilizarea optică a imaginii. Acestea fiind spuse, smartphone-urile oferă acum funcții inovatoare prin combinarea datelor de la diferiți senzori.
Un prim exemplu în acest sens este lansarea detectării accidentelor pe dispozitivele Apple, care permite datelor de la acești senzori să detecteze un accident și să alerteze serviciile de urgență.
