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"El hombre que ha perdido la facultad de maravillarse es como un hombre muerto."
Albert Einstein

¿Cómo funciona?:
Pantallas y ratones táctiles o "touchpad"

Portatil con touch pad

Muchos ordenadores portátiles usan el llamado "touchpad" como ratón. Se trata de una pequeña superficie sobre la que desplazamos un dedo con la que controlamos el movimiento del cursor en la pantalla. También habremos visto las pantallas táctiles, tocando con un dedo sobre la pantalla simula la pulsación de botones. Aquí veremos brevemente cómo funcionan estos dispositivos.

Existen varias tecnologías para implementar los sistemas táctiles, cada una basada en diferentes fenómenos y con distintas aplicaciones. Los sistemas táctiles más importantes son:

Infrarrojos

Principio pantalla infrarojos

El sistema más antiguo y fácil de entender es el sistema de infrarrojos. En los bordes de la pantalla, en la carcasa de la misma, existen unos emisores y receptores de infrarrojos. En un lado de la pantalla están los emisores y en el contrario los receptores. Tenemos una matriz de rayos infrarrojos vertical y horizontal. Al pulsar con el dedo o con cualquier objeto, sobre la pantalla interrumpimos un haz infrarrojo vertical y otro horizontal. El ordenador detecta que rayos han sido interrumpidos, conoce de este modo dónde hemos pulsado y actúa en consecuencia.

Este sistema tiene la ventaja de la simplicidad y de no oscurecer la pantalla, pero tiene claras desventajas: son caras y voluminosas, muy sensibles a la suciedad y pueden detectar fácilmente falsas pulsaciones (una mosca que se pose, por ejemplo).

Pantallas táctiles resistivas

Es un tipo de pantallas táctiles muy usado. La pantalla táctil propiamente dicha está formada por dos capas de material conductor transparente, con una cierta resistencia a la corriente eléctrica, y con una separación entre las dos capas. Cuando se toca la capa exterior se produce un contacto entre las dos capas conductoras. Un sistema electrónico detecta el contacto y midiendo la resistencia puede calcular el punto de contacto.

Hay varios tipos de pantallas resistivas según el número de hilos conductores que usan, entre cuatro y ocho. Todas se basan en el mismo sistema. Veamos detenidamente el proceso.

Exquema pantalla resistiva

Cada capa conductora tratada con un material conductor resistivo transparente, normalmente óxido de indio y estaño (In2O3)9(SnO2), tiene una barra conductora en dos lados opuestos como en la figura. Una de las capas sirve para medir la posición en el eje X y la otra en el eje Y.

Dedo tocando pantalla tactil resistiva

En algunos tipos de pantalla se puede medir además la coordenada Z o presión que se ha ejercido sobre la pantalla táctil. Para esto hay que conocer la resistencia de cada "plato". Para este tipo de medidas más complejas se necesitan más terminales para calibrar la pantalla, ya que la resistencia de los "platos" varía con la temperatura ambiente.

Las pantallas táctiles resistivas tienen la ventaja de que pueden ser usadas con cualquier objeto, un dedo, un lápiz, un dedo con guantes, etc. Son económicas, fiables y versátiles. Por el contrario al usar varias capas de material transparente sobre la propia pantalla, se pierde bastante luminosidad. Por otro lado el tratamiento conductor de la pantalla táctil es sensible a la luz ultravioleta, de tal forma que con el tiempo se degrada y pierde flexibilidad y transparencia.

"Touchpad" capacitivos

Son los utilizados normalmente en los ordenadores portátiles para suplir al ratón. El touchpad está formado por una rejilla de dos capas de tiras de electrodos, una vertical y otra horizontal, separadas por un aislante y conectadas a un sofisticado circuito. El circuito se encarga de medir la capacidad mutua entre cada electrodo vertical y cada electrodo horizontal. Un dedo situado cerca de la intersección de dos electrodos modifica la capacidad mutua Esquema de un touchpad entre ellos al modificarse las propiedades dieléctricas de su entorno. El dedo tiene unas propiedades dieléctricas muy diferentes a las del aire.

La posición del dedo se calcula con precisión basándose en las variaciones de la capacidad mutua en varios puntos hasta determinar el centroide de la superficie de contacto. La resolución de este sistema es impresionante, hasta 1/40 mm. Además se puede medir también la presión que se hace con el dedo. No se pueden usar lápices u otros materiales no conductores como punteros. Es muy resistente al entorno, soporta perfectamente polvo, humedad, electricidad estática, etc. Además es ligero, fino y puede ser flexible o transparente.

Pantallas táctiles capacitivas

En estas pantallas se añade una capa conductora al cristal del propio tubo. Se aplica una tensión en cada una de las cuatro esquinas de la pantalla. Una capa que almacena cargas se sitúa sobre el cristal del monitor. Cuando un usuario toca el monitor algunas cargas se transfieren al usuario, de tal forma que la carga en la capa capacitiva se decrementa. Este decrecimiento se mide en los circuitos situados en cada esquina del monitor. El ordenador calcula, por la diferencia de carga entre cada esquina, el sitio concreto donde se tocó y envía la información al software de control de la pantalla táctil. La principal ventaja de este sistema es que, al tener menos capas sobre el monitor, la visibilidad de la pantalla mejora y la imagen se ve más clara.

Pantallas táctiles de onda acústica superficial (SAW)

A través de la superficie del cristal se transmiten dos ondas acústicas inaudibles para el hombre. Una de las hondas se transmite horizontalmente y la otra verticalmente. Cada onda se dispersa por la superficie de la pantalla rebotando en unos reflectores acústicos.

Esquema de pantalla SAW

Las ondas acústicas no se transmiten de forma continua, sino por trenes de impulsos. Dos detectores reciben las ondas, uno por cada eje. Se conoce el tiempo de propagación de cada onda acústica en cada trayecto. Cuando el usuario toca con su dedo en la superficie de la pantalla, el dedo absorbe una parte de la potencia acústica, atenuando la energía de la onda. El circuito controlador mide el momento en que recibe una onda atenuada y determina las coordenadas del punto de contacto.

Además de las coordenadas X e Y, la tecnología SAW es capaz de detectar el eje Z, la profundidad, o la presión aproximada que se ha ejercido con el dedo, puesto que la atenuación será mayor cuanta más presión se ejerza.

Documentación relacionada con el tema:

Principio del circuito integrador, para medir capacidades:
http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional#Integrador
TSC2000 circuito controlador de pantallas táctiles resistivas. Explicación detallada del funcionamiento y del posicionamiento en los ejes X-Y. Documento PDF, requiere Acrobat Reader:
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tsc2000.pdf

Enlaces interesantes:

Ars Nova:
http://www.ars-nova.net/Tactiles.htm
3M, nueva tecnología NFI de pantallas capacitivas:
http://www.3m.com/3mtouchsystems/Products/Capacitive/NFI.jhtml
Otra definición de Touchpad:
http://wombat.doc.ic.ac.uk/foldoc/foldoc.cgi?touchpad
Instalando una pantalla tactil en Linux:
http://www-128.ibm.com/developerworks/library/l-playscreen/
Web de Symaptics, fabricante de los "Touchpad":
http://www.synaptics.com/
AMT Apex Material Technology Corp fabricante de pantallas táctiles:
http://www.amtouch.com.tw/
3M Touchmatters, revista técnica de 3M:
http://www.3mtouchmatters.com/
Como funcionan las cosas, pantallas táctiles:
http://www.howstuffworks.com/question716.htm
Pixeltouch, explicación de las pantallas SAW:
http://www.pixeltouch.com/saw.html
WhatIs touchpad:
http://whatis.techtarget.com/definition/0,,sid9_gci213159,00.html
WhatIs pantalla táctil:
http://whatis.techtarget.com/definition/0,,sid9_gci214510,00.html
Cirque, fabricante de "Touchpad":
http://www.cirque.com/
Microtouch:
http://www.microtouch.co.uk/

Juan Carlos Llamazares: jcll@ecojoven.com