Conception d'interface à écran tactile ou à bouton :écrans tactiles capacitifs et résistifs et haptiques

Découvrez certains des principes fondamentaux les plus importants pour comprendre comment les technologies d'interface ont évolué.

Dans un podcast All About Circuits/Moore's Lobby intitulé Episode 10:NASA Astronaut Matthew Dominick on Critical Engineering in Aerospace Technology, un sujet, parmi tant d'autres, que Dave Finch et l'astronaute Matthew Dominick ont ​​abordé était :Pourquoi la conception de l'interface écran tactile vs. bouton est-elle si incroyablement important dans le cockpit d'un avion de chasse ?

Cette question sera répondue en détail historique et technique dans la discussion suivante. Dans cet article, nous allons nous concentrer sur les concepts suivants :

• Interfaces boutons/claviers mécaniques
• Écrans tactiles (résistifs et capacitifs)
• Retour haptique (en particulier haptique vibrant)

Cela nous donnera les informations conceptuelles de base dont nous avons besoin pour mieux comprendre l'importance de la technologie d'affichage dans les applications aérospatiales.

Interfaces boutons/claviers mécaniques

Ce type d'interface utilisateur héritée fournit une réponse tactile à l'utilisateur qui peut être sous la forme d'une réponse mécanique. Ces types de claviers sont mieux adaptés aux utilisateurs portant des gants. Les claviers physiques ont tendance à être plus précis car les touches sont plus isolées les unes des autres que la plupart des écrans tactiles; cela permet d'éliminer les erreurs d'activation des touches adjacentes.

Les systèmes de clavier mécanique sont moins chers que les écrans tactiles et sont généralement plus légers (généralement de quelques grammes seulement) en raison de la moindre technologie qui doit être intégrée à l'écran par rapport à un écran tactile.

Technologies d'écran tactile

Les écrans tactiles peuvent créer une sensation mécanique, s'allumer ou émettre un son lorsqu'ils sont enfoncés, mais en tapant ou en appuyant successivement sur ces touches, les utilisateurs peuvent accidentellement toucher les touches adjacentes beaucoup plus facilement que dans un clavier mécanique. Les écrans tactiles sont généralement plats et n'ont pas de véritables barrières séparant les touches adjacentes, comme dans un clavier mécanique.

Leur avantage par rapport à un clavier mécanique est leur plus grande fiabilité dans des environnements sales ou difficiles. Certains claviers mécaniques ont une construction à membrane flexible protégeant les touches, ce qui empêchera ce genre de problème de fiabilité en empêchant la saleté et les débris d'entrer.

Leur principal inconvénient est qu'ils sont plus avides de pouvoir; cela sera préjudiciable dans un système alimenté par batterie. De plus, ils peuvent avoir des problèmes de vision en éclairage direct.

Deux des types d'écrans tactiles les plus populaires sont résistifs et capacitifs.

Écran tactile résistif

Cette architecture nécessite deux couches conductrices transparentes (substrat en verre ou acrylique et une feuille supérieure en polyester) séparées par des points isolants. Lorsqu'un doigt touche la couche supérieure, cela provoque un contact entre les deux couches. Le toucher est suivi en appliquant d'abord un gradient de tension aux couches séquentiellement le long d'un axe X et Y (avec la couche opposée utilisée comme sonde de tension). Un contrôleur détermine la position X et Y du contact en fonction du niveau de tension signalé par la couche sondée.

Figure 1. Une construction à écran tactile résistif. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Wilson Hurd

Ce type de conception est peu coûteux et consomme peu d'énergie. Il est imperméable aux liquides. Il peut nécessiter un étalonnage occasionnel et est plus sujet aux dommages et à l'usure.

Écran tactile capacitif

Comparez le concept d'écran tactile résistif ci-dessus à un écran tactile capacitif. Dans cette conception, la tension est appliquée aux coins de l'écran. Les électrodes autour du bord de l'écran créent un champ électrique à travers la surface conductrice, ce qui permet de suivre un doigt sur l'écran en mesurant le changement de capacité causé par le courant de tirage de la surface conductrice du doigt.

Figure 2. Une construction à écran tactile capacitif. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Wilson Hurd

Ce type de conception utilise un panneau en verre solide avec d'excellentes performances optiques, aucun mouvement mécanique avec une endurance élevée, et possède des capacités multi-touch et gestuelles. Les utilisateurs peuvent utiliser leur doigt nu, des gants ou un stylet actif. L'architecture est capable de résister aux conditions environnementales extrêmes, est très précise, mais sensible aux interférences électromagnétiques.

Pour un examen plus approfondi de ce concept, consultez l'introduction de Robert Keim à la détection tactile capacitive.

Retour haptique

Le retour haptique est un autre moyen de communication bidirectionnelle entre les humains et les ordinateurs et comprend un retour sensoriel pour améliorer l'expérience utilisateur. Le toucher, la vue et le son amélioreront l'interface utilisateur et donneront confiance et confirmation à l'utilisateur que le bouton de l'écran tactile a été enfoncé. La rétroaction physique est essentielle à la fiabilité dans des situations telles que dans les avions de combat militaires où le pilote doit continuellement balayer visuellement son environnement.

Haptique vibrante

L'haptique est un moyen de garantir à un utilisateur que le bouton qu'il touche active réellement la réponse souhaitée. L'effet haptique peut être superposé, via des générateurs d'ondes stationnaires et des capteurs de pression, sur un écran tactile classique; lorsqu'il y a un toucher, il y a une onde sonore générée qui donne à l'utilisateur la sensation d'appuyer sur un bouton et de recevoir un retour positif sur un clavier conventionnel. Ceci est particulièrement critique dans les avions de combat militaires et peut améliorer les systèmes des engins spatiaux.

Figure 3. L'architecture de base d'un système haptique vibrant dans un écran tactile. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Catelani, Ciani, Barile et Liberatori via IEEE Xplore

Dans le prochain article, nous parlerons de la façon dont ces technologies ont été appliquées du PalmPilot à l'affichage du F-18 Super Hornet, dont Matthew Dominick a discuté dans l'épisode Moore's Lobby.