Un toque de ingenio

Ahora que cada vez más teléfonos inteligentes y reproductores de MP3 tienen interfaces de pantalla táctil, la gente se ha acostumbrado a interactuar con dispositivos con solo tocar y deslizar los dedos. Pero en el piso 11 de un edificio del centro de Manhattan, los investigadores de la Universidad de Nueva York, Ilya Rosenberg y Ken Perlin, están desarrollando una interfaz que va aún más lejos. Es una almohadilla delgada que responde con precisión a la presión no solo de un dedo, sino de una variedad de objetos, como un pie, un lápiz óptico o una baqueta. Y puede detectar múltiples entradas a la vez.

Ken Perlin (izquierda), profesor de ciencias de la computación en NYU, e Ilya Rosenberg, un estudiante graduado de NYU, muestran las láminas de plástico que son el punto de partida para sus almohadillas táctiles sensibles a la presión.

La idea de la almohadilla se le ocurrió a Rosenberg, un estudiante de posgrado en la Universidad de Nueva York, hace unos años cuando estaba trabajando con un polímero conductor llamado tinta resistiva sensible a la fuerza, que se usa a menudo en teclados de música electrónica. Cuando se aplica presión a la tinta, sus moléculas se reorientan de una manera que altera su resistencia eléctrica, que es fácil de medir. Rosenberg originalmente usó la tinta para crear sensores que podrían incrustarse debajo de los límites de la cancha de tenis para automatizar las llamadas de línea, pero se preguntó si podría ser la base de una buena interfaz multitáctil para computadoras. Comenzó a colaborar con Perlin, profesor en el Laboratorio de Investigación de Medios de la NYU, para hacer un panel táctil sensible a la presión para reemplazar un mouse de computadora.

Esta historia fue parte de nuestro número de septiembre de 2009

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Las almohadillas sensibles a la presión existen desde hace años, pero la mayoría se han limitado a aplicaciones simples, como detectar cuándo está ocupado un asiento para el automóvil. Los dispositivos como Palm Pilot, que usan un lápiz para ingresar datos, generalmente detectan el tacto midiendo los cambios en la resistencia eléctrica cuando un objeto toca la pantalla. Pero estas pantallas solo pueden registrar un solo toque a la vez. Mientras tanto, las pantallas táctiles de los teléfonos inteligentes utilizan un sensor que detecta cambios en la capacitancia o la capacidad del material para mantener una carga eléctrica; la capacitancia cambia cuando los objetos que contienen agua, incluidos los dedos, se mueven por la pantalla. Estas pantallas pueden detectar varios toques, pero no pueden detectar la presión.

El panel táctil de Rosenberg y Perlin, por el contrario, combina algunas ventajas de todas estas tecnologías. Puede registrar simultáneamente la presión y la ubicación de varios toques, y puede reducirse de forma sencilla y económica al tamaño de un colgante o ampliarse para cubrir una mesa.

Plástico pintado
Para construir un panel táctil sensible a la presión, Rosenberg comienza con hojas de plástico un poco más gruesas que una hoja de papel. Utiliza un programa especial para diseñar un patrón de líneas que se imprimirá en cada hoja, adaptando el patrón al uso previsto del dispositivo. Las líneas se colocan sobre el plástico en metal para hacerlas conductoras de electricidad; luego, la hoja se cubre con una capa uniforme de tinta negra sensible a la presión. A granel, los sensores impresos costarían alrededor de $ 100 por metro cuadrado, pero como estos prototipos del tamaño de una carta son únicos, cada uno cuesta alrededor de $ 100.

Rosenberg coloca dos de las hojas preparadas una contra la otra con el lado de la tinta de polímero hacia adentro, orientándolas de modo que las líneas conductoras creen una cuadrícula. Luego pega las hojas con cinta adhesiva de doble cara. Cada sexta línea de metal termina en un borde de las láminas de plástico en una cola corta y flexible que está conectada a una placa de circuito rígida mediante una abrazadera. Aunque el resto de los cables no están conectados a la electrónica, influyen en las características eléctricas de las líneas activas, lo que ayuda al software a inferir de dónde proviene un toque.

La placa de circuito en sí contiene un microchip programado para escanear la almohadilla del sensor, suministrando energía a cada cable activo en rápida sucesión. El chip también convierte los datos de presión de una señal analógica continua a un formato digital que una computadora puede interpretar. Finalmente, comprime los datos y los envía a una computadora a través de una conexión USB o (para aplicaciones musicales) un puerto MIDI.

El software de la computadora calcula tanto la posición de los objetos que entran en contacto con la almohadilla como la cantidad de presión que ejercen. Si un objeto toca en la intersección de dos líneas conductoras, la electrónica registra una fuerte corriente allí; pero cuanto más lejos de la intersección toca, más débil es la corriente, debido a la resistividad de la tinta. Los prototipos ya tienen una resolución lo suficientemente alta como para detectar con precisión la entrada del dedo y el lápiz para tabletas. Con un solo toque, puede registrar fuerzas de cinco gramos a cinco kilogramos con un margen de error del 2,5 por ciento, rango suficiente para interpretar el ligero toque de un lápiz óptico o un golpe en un tambor digital. Perlin dice que debido a que muy pocos cables necesitan alimentación, las versiones más grandes de la almohadilla pueden lograr una sensibilidad similar sin mucha más complejidad o costo.

Presión del mercado
Los prototipos actuales son de un negro opaco, por lo que no son adecuados como interfaces de pantalla táctil para teléfonos móviles y otros dispositivos electrónicos. Pero una interfaz sensible a la presión tan precisa y económica todavía tiene muchos usos potenciales, dice Perlin.

Por ejemplo, Rosenberg y Perlin han colaborado con otros investigadores en varias aplicaciones médicas y científicas. Perlin dice que la almohadilla podría agregarse a los zapatos para monitorear la marcha y a las camas de hospital para alertar a las enfermeras cuando un paciente ha estado quieto por mucho tiempo, lo que aumenta el riesgo de úlceras por presión. La almohadilla es lo suficientemente sensible como para medir ondas de presión en el agua y el aire; esto podría conducir a mejores modelos de dinámica de fluidos que podrían ayudar a diseñar aviones y barcos. Hoy en día, los investigadores utilizan matrices de sensores individuales para recopilar dichos datos, pero su uso en un área grande es demasiado caro.

La tecnología también es útil en interfaces multitáctiles para dispositivos electrónicos. Patrick Baudisch, investigador del Instituto Hasso Plattner en Alemania, ha integrado el teclado en la parte posterior de un pequeño dispositivo de juego, agregando efectivamente una entrada táctil ergonómica: los usuarios pueden controlar el juego sin que sus dedos bloqueen la pantalla. Y Rosenberg cree que al usar un tipo diferente de tinta sensible a la presión y hacer las líneas más delgadas, él y sus colegas pueden construir un sensor transparente utilizable en pantallas táctiles en teléfonos móviles y tabletas.

El panel táctil de Rosenberg y Perlin es mucho más sensible que otros dispositivos de detección de resistencia, dice Andy Wilson, un investigador de Microsoft que desarrolló Surface, una mesa multitáctil disponible comercialmente. Muchas de las aplicaciones se centran en utilizar el sensor de presión de formas interesantes, dice. Sin embargo, agrega que la tecnología aún se encuentra en sus primeras etapas y es difícil decir cuánto más barata será que las interfaces táctiles actuales.

En abril, Rosenberg y Perlin lanzaron Touchco, una startup que licenciará la tecnología y brindará asistencia en el diseño a las empresas que quieran incorporarla en dispositivos como teléfonos móviles y lectores electrónicos. Los ingenieros de la empresa están explorando aplicaciones adicionales, como el primer tambor de mano electrónico, que sería imposible sin un sensor capaz de una resolución tan fina.

Eventualmente, estas almohadillas táctiles delgadas y discretas podrían integrarse en prácticamente cualquier superficie, abriendo una nueva dimensión de interacción multitáctil.

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