Παρακολουθούσατε ένα βίντεο στο YouTube σε κατακόρυφη λειτουργία και η ακίνητη περιουσία της οθόνης δεν ήταν αρκετή. Για να λύσετε αυτό το πρόβλημα, κάνατε ό, τι θα έκανε κάθε άτομο με smartphone. Γυρίστε το τηλέφωνο στο πλάι.
Μόλις το κάνατε αυτό, το βίντεο κατέκλυσε ολόκληρη την οθόνη και όλες οι επιλογές του μενού ήταν αόρατες, αλλά πώς γνώριζε το τηλέφωνό σας για τον προσανατολισμό του;
Λοιπόν, εκτός από την οθόνη υψηλού ρυθμού ανανέωσης και την εξαιρετική διεπαφή χρήστη, το τηλέφωνό σας διαθέτει αρκετούς αισθητήρες που ανιχνεύουν τον προσανατολισμό του στο διάστημα, αλλά πώς λειτουργούν αυτοί οι αισθητήρες;
Κατανόηση των Θεμελιωδών Δυνάμεων της Φύσης
Αν και μπορείτε να νιώσετε τον άνεμο στο πρόσωπό σας και το νερό στα χέρια σας όταν βρέχει, αυτό που δεν μπορείτε να νιώσετε είναι οι θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.
Αυτές οι δυνάμεις περιλαμβάνουν τη βαρυτική δύναμη και την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Παρόλο που αυτές οι δυνάμεις είναι άυλες, επηρεάζουν ό, τι κάνουμε. Στην πραγματικότητα, η οθόνη του smartphone σας ανιχνεύει μικρές αλλαγές στις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις για να ανιχνεύσει το δάχτυλό σας. Όχι μόνο αυτό, αλλά το σωματικό σας βάρος καθορίζεται επίσης λόγω των δυνάμεων της βαρύτητας.
Με απλά λόγια, η βαρύτητα ασκεί μια δύναμη στα αντικείμενα που τα αναγκάζει να επιταχύνουν με ταχύτητα 9,8 m/s^2. Λόγω αυτής της επιτάχυνσης, τα πράγματα πέφτουν πίσω στο έδαφος όταν τα πετάτε.
Από την άλλη πλευρά, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη δεν μπορεί να γίνει αισθητή όπως οι δυνάμεις της βαρύτητας. Τούτου λεχθέντος, εάν τοποθετούσατε μια πυξίδα οπουδήποτε στον κόσμο, θα ανίχνευε το μαγνητικό πεδίο της Γης σε αυτήν την περιοχή και θα ευθυγραμμιστεί με τον Βόρειο Πόλο.
Αν και οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις έχουν επιτρέψει αρκετές τεχνολογικές εξελίξεις, δεν είναι όλες για καλό, και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε υψηλές δόσεις μπορεί να είναι επικίνδυνο για τον ανθρώπινο οργανισμό.
Κατανόηση της τεχνολογίας αισθητήρων στο smartphone σας
Οι αισθητήρες στο smartphone σας ανιχνεύουν αλλαγές στις δυνάμεις της φύσης για να κατανοήσουν τον προσανατολισμό της στο διάστημα, αλλά πώς λειτουργούν αυτοί οι αισθητήρες;
Λοιπόν, το smartphone σας έχει χιλιάδες αισθητήρες στη μητρική του πλακέτα, αλλά τρεις κύριοι τύποι αισθητήρων που επιτρέπουν στο τηλέφωνό σας να ανιχνεύει αλλαγές στον προσανατολισμό του.
Αυτοί οι αισθητήρες ανίχνευσης προσανατολισμού χρησιμοποιούν μικροηλεκτρο-μηχανικά συστήματα (MEMS) για τη μέτρηση των δυνάμεων της φύσης. Για τη μέτρηση δεδομένων, οι συσκευές MEMS χρησιμοποιούν μηχανικά μέρη ενσωματωμένα σε πυρίτιο για τη δημιουργία ηλεκτρικού σήματος. Χρησιμοποιώντας αυτά τα σήματα, το smartphone σας εντοπίζει αλλαγές στις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό.
Παρακάτω δίνεται μια σύντομη εξήγηση του πώς λειτουργούν αυτοί οι αισθητήρες.
- Επιταχυνσιόμετρο: Όπως υποδηλώνει το όνομα, ένα επιταχυνσιόμετρο χρησιμοποιείται για να ανιχνεύσει τις αλλαγές στην επιτάχυνση σε ένα smartphone. Για να ανιχνεύσει αυτές τις αλλαγές, το επιταχυνσιόμετρο χρησιμοποιεί το νόμο της αδράνειας που δηλώνει ότι ένα σώμα σε ηρεμία θα παραμείνει σε ηρεμία έως ότου και εάν ασκηθεί εξωτερική δύναμη. Για να χρησιμοποιηθεί αυτή η ιδέα, μια σταθερή μάζα αιωρείται μεταξύ δομών που μοιάζουν με ελατήρια σε έναν αισθητήρα MEMS. Επομένως, η σταθερή μάζα παραμένει στη θέση της όταν το τηλέφωνο επιταχύνεται λόγω της αδράνειας που συμπιέζει τα ελατήρια. Αυτή η συμπίεση ελατηρίου δημιουργεί ένα ηλεκτρικό σήμα που λέει στο smartphone ότι επιταχύνεται.
- Γυροσκόπιο: Το γυροσκόπιο παρακολουθεί τις δυνάμεις περιστροφής στο smartphone σας. Αυτή η περιστροφή μετρά τη δύναμη Coriolis που ενεργεί στο smartphone για να εκτιμήσει πόσο έχει περιστραφεί γύρω από το κέντρο βάρους του. Με απλά λόγια, η δύναμη Coriolis δρα σε οποιοδήποτε σώμα μέσα σε ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο λόγω της περιστροφής του. Το γυροσκόπιο χρησιμοποιεί σχεδιασμό παρόμοιο με ένα επιταχυνσιόμετρο, αλλά τροποποιείται για να ανιχνεύει αλλαγές όταν το smartphone περιστρέφεται.
- Μαγνητόμετρο: Λόγω των ρευμάτων που ρέουν στον πυρήνα της Γης, ένα μαγνητικό πεδίο τον καταπίνει. Η ανίχνευση αυτών των πεδίων βοηθά το smartphone να κατανοήσει τον προσανατολισμό του με τον πραγματικό βορρά του μαγνητικού πεδίου της Γης. Τα smartphone είναι εξοπλισμένα με έναν αισθητήρα εφέ Hall τριών αξόνων για τον εντοπισμό αυτών των αλλαγών. Αυτός ο αισθητήρας χρησιμοποιεί τους νόμους του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή για να ανιχνεύσει μαγνητικά πεδία. Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, ένας αγωγός που μεταφέρει ρεύμα παράγει μια ηλεκτροκινητική δύναμη όταν αλλάζει το μαγνητικό πεδίο γύρω του. Λόγω αυτών των αλλαγών στην τάση, οι αισθητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ανιχνεύσουν τον προσανατολισμό της σχετικά με τους μαγνητικούς πόλους της Γης.
Τώρα που έχουμε μια βασική κατανόηση των αισθητήρων στα smartphone μας, μπορούμε να δούμε πώς συνεργάζονται για να ανιχνεύσουμε τη θέση του smartphone σας.
Πώς γνωρίζει το τηλέφωνό σας πότε πρέπει να γυρίσει την οθόνη;
Όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, το επιταχυνσιόμετρο μπορεί να ανιχνεύσει αλλαγές στην επιτάχυνση, αλλά αυτά τα δεδομένα από μόνα τους δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό του προσανατολισμού ενός smartphone. Ο λόγος είναι ότι οι δυνάμεις της βαρύτητας ενεργούν πάντα στο επιταχυνσιόμετρο και είναι δύσκολο για τον αισθητήρα να ανιχνεύσει πότε οι αλλαγές στην επιτάχυνση προορίζονται για την περιστροφή του smartphone.
Τα smartphone χρησιμοποιούν τη σύντηξη αισθητήρων για την επίλυση αυτού του προβλήματος, η οποία επιτρέπει σε διαφορετικούς αισθητήρες να επικοινωνούν μεταξύ τους. Για να ανιχνεύσει τον προσανατολισμό ενός τηλεφώνου, το επιταχυνσιόμετρο επικοινωνεί με το γυροσκόπιο και το μαγνητόμετρο.
Επομένως, όταν ένα τηλέφωνο περιστρέφεται, το επιταχυνσιόμετρο ανιχνεύει αλλαγές στην επιτάχυνση και στη συνέχεια επικοινωνεί με το γυροσκόπιο. Λόγω αυτής της επικοινωνίας, το smartphone μπορεί να καταλάβει εάν οι αλλαγές στην επιτάχυνση προορίζονται για περιστροφή.
Τούτου λεχθέντος, το γυροσκόπιο είναι επιρρεπές σε σφάλματα, καθώς δεν μπορεί να εξετάσει τις δυνάμεις της βαρύτητας που δρουν στο smartphone. Επομένως, χρειάζεται ένας τρίτος αισθητήρας για να ανιχνεύσει τις αλλαγές στον προσανατολισμό ενός smartphone. Αυτός ο αισθητήρας δεν είναι άλλος από το μαγνητόμετρο της συσκευής σας.
Αυτό το μαγνητόμετρο χρησιμοποιείται για την ανίχνευση των αλλαγών στη θέση του smartphone σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο της Γης. Αυτά τα δεδομένα, μαζί με τα δεδομένα από το επιταχυνσιόμετρο και το γυροσκόπιο, χρησιμοποιούνται για να αποφασίσουν εάν η οθόνη σας πρέπει να είναι σε κατακόρυφη ή οριζόντια λειτουργία.
Είναι η τεχνολογία αισθητήρων το μέλλον;
Το επιταχυνσιόμετρο, το γυροσκόπιο και το μαγνητόμετρο ανιχνεύουν αλλαγές στις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης χρησιμοποιώντας τους νόμους της αδράνειας και της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Τα smartphone χρησιμοποιούν αυτούς τους θεμελιώδεις νόμους για να ενεργοποιήσουν λειτουργίες όπως η αυτόματη περιστροφή και η οπτική σταθεροποίηση εικόνας. Τούτου λεχθέντος, τα smartphone προσφέρουν πλέον καινοτόμες λειτουργίες συνδυάζοντας δεδομένα από διαφορετικούς αισθητήρες.
Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτού είναι η απελευθέρωση της ανίχνευσης σύγκρουσης σε συσκευές Apple που επιτρέπει στα δεδομένα από αυτούς τους αισθητήρες να ανιχνεύουν ένα ατύχημα και να ειδοποιούν τις υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης.
