Kaip telefonai vibruoja: mažojo varikliuko paslaptis

Kas slepiasi už vibracijos funkcijos

Turbūt kiekvienas esame patyrę tą keistą pojūtį, kai telefonas kišenėje staiga pradeda vibruoti. Bet ar kada susimąstėte, kaip tas metalinis ir plastikinis stačiakampis sugeba taip energingai drebėti? Atsakymas slypi mažytėje, bet nepaprastai išradingoje detalytėje, kuri dažniausiai yra ne didesnė už penkių centų monetą.

Vibracijos mechanizmas telefone yra vienas iš tų dalykų, kuriuos priimame kaip savaime suprantamus, bet jo veikimo principas tikrai vertas dėmesio. Tai ne magija ir ne kažkokia pažangi nanotechnologija – tai paprasta, bet genialiai pritaikyta mechanika, kuri remiasi vienu pagrindiniu fizikinių dėsnių – disbalansu.

Šiuolaikiniuose išmaniuosiuose telefonuose naudojami keli skirtingi vibracijos mechanizmai, bet visi jie veikia panašiu principu: sukurti nekontroliuojamą judėjimą, kuris verčia visą įrenginį drebėti. Skamba paprasta, bet įgyvendinimas reikalauja tikslios inžinerijos ir kruopštaus projektavimo.

Ekscentrinio varikliuko anatomija

Daugumoje telefonų, ypač senesnių modelių ir pigesnių įrenginių, rasite tai, kas vadinama ERM (Eccentric Rotating Mass) arba paprasčiau – ekscentrinio svorio varikliuką. Įsivaizduokite mažytį elektromotorą, kurio ašelėje pritvirtintas nedidelis svorelis. Bet čia yra raktas – šis svorelis pritvirtintas ne ašelės centre, o šone, sukuriant disbalansą.

Kai toks varikliukas pradeda suktis, disbalansuotas svorėlis kuria centrinę jėgą, kuri nuolat keičia kryptį. Vienu momentu jis traukia į vieną pusę, po akimirkos – į kitą. Kadangi šis procesas vyksta labai greitai (paprastai nuo 3000 iki 7000 apsisukimų per minutę), sukuriamas vibracijos efektas, kurį jaučiame kaip tolygų telefonų drebėjimą.

Tokio varikliuko konstrukcija itin paprasta: elektros variklėlis, ašelė, disbalansuotas svorėlis ir du laidai elektros energijai tiekti. Jokių sudėtingų elektroninių komponentų. Būtent dėl šios paprastumo, ERM varikliukai yra patikimi ir pigūs gaminti, todėl jie taip paplitę.

Linijiniai aktuatoriai – vibracijos evoliucija

Brangesnių ir naujesnių telefonų gamintojams paprastas besisukantis varikliukas atrodė per primityvus. Jie norėjo kažko tikslesnio, greitesnio ir subtilesnio. Taip atsirado LRA (Linear Resonant Actuator) – linijinis rezonansinis aktuatorius, kuris veikia visiškai kitokiu principu.

Vietoj sukimosi, LRA naudoja elektromagnetinį principą, priversdamas masę judėti pirmyn ir atgal viena linija. Įsivaizduokite mažytį stūmoklį, kuris juda labai greitai viena kryptimi – pirmyn-atgal, pirmyn-atgal. Šis judėjimas vyksta tam tikru rezonansiniu dažniu, paprastai apie 150-200 Hz, kas sukuria daug tikslesnę ir kontroliuojamą vibraciją.

LRA privalumai akivaizdūs: jie reaguoja greičiau (pradeda vibruoti per 10-15 milisekundžių, palyginti su 40-60 ms ERM atveju), suvartoja mažiau energijos ir leidžia tiksliau kontroliuoti vibracijos intensyvumą bei trukmę. Būtent todėl Apple savo iPhone’uose nuo 2014 metų naudoja būtent šią technologiją, pavadindami ją „Taptic Engine”.

Linijiniai aktuatoriai taip pat leidžia kurti sudėtingesnius vibracijos modelius. Vietoj paprasto „bzzz”, telefonas gali sukurti įvairius taktinius atsiliepimus – lengvą bakstelėjimą, stipresnį stukstelėjimą ar net imituoti mechaninio mygtuko paspaudimo pojūtį.

Kaip telefonas kontroliuoja vibraciją

Pats varikliukas ar aktuatorius yra tik pusė istorijos. Kita pusė – tai programinė įranga ir elektronika, kuri valdo, kada ir kaip stipriai telefonas turėtų vibruoti. Šis procesas prasideda operacinėje sistemoje, kuri gauna įvairius signalus – skambučius, pranešimus, žadintuvo signalus ar programėlių užklausas.

Kai sistema nusprendžia, kad reikia vibruoti, ji siunčia signalą specialiam valdymo lustui, kuris reguliuoja elektros srovės tiekimą į vibracijos variklį. Paprasčiausiose sistemose tai tiesiog įjungia ar išjungia maitinimą. Sudėtingesnėse – tiksliai reguliuoja įtampą ir srovę, kad sukurtų skirtingus vibracijos modelius.

Šiuolaikiniai telefonai turi išsamias vibracijos bibliotekas – iš anksto suprogramuotus modelius skirtingiems įvykiams. Pavyzdžiui, SMS žinutė gali turėti du trumpus vibracijų impulsus, skambutis – ilgesnį ir stipresnį modelį, o žadintuvas – dar kitokį. Kai kurios programėlės, ypač žaidimai, gali kurti savo taktinius atsiliepimus, kad pagerintų naudotojo patirtį.

Vibracijos istorija mobiliuosiuose telefonuose

Vibracijos funkcija telefonuose nėra naujas išradimas. Pirmieji vibruojantys peidžeriai (pranešimų gavikliai) atsirado dar devintojo dešimtmečio pabaigoje, kai Motorola pradėjo gaminti įrenginius, kurie galėjo tyliai perspėti nešiotoją apie gaunamą pranešimą. Tai buvo ypač naudinga gydytojams, verslininkams ir kitiems profesionalams, kuriems reikėjo būti pasiekiamiems, bet netrukdyti kitiems garsiniais signalais.

Pirmieji mobilieji telefonai su vibracijos funkcija pasirodė devintojo dešimtmečio viduryje. Vienas iš pirmųjų buvo Motorola StarTAC, pristatytas 1996 metais. Šis ikoninis „kriauklės” formos telefonas turėjo vibracijos režimą, kuris greitai tapo standartu visoje industrijoje.

Ankstyvieji vibracijos mechanizmai buvo gana primityvūs ir triukšmingi. Jie dažnai sukurdavo garsų bzzzz garsą, kuris kartais būdavo net garsesnis už patį skambučio signalą. Be to, jie suvartodavo daug energijos, greitai išsekindami baterijas. Bet technologija tobulėjo, varikliukai mažėjo, o jų efektyvumas augo.

Tikroji revoliucija įvyko su išmaniųjų telefonų era. Kai telefonai tapo ne tik komunikacijos, bet ir pramogų įrenginiais, vibracijos funkcija įgavo naują reikšmę. Žaidimai pradėjo naudoti taktinius atsiliepimus, kad sukurtų įtraukesnę patirtį. Programėlės pradėjo siųsti daugybę pranešimų, kiekvienam reikėjo savo vibracijos modelio.

Kodėl skirtingi telefonai vibruoja skirtingai

Jei kada laikėte rankose kelis skirtingus telefonus, tikriausiai pastebėjote, kad jų vibracijos labai skiriasi. Kai kurie vibruoja stipriai ir triukšmingai, kiti – subtiliai ir tyliai. Kai kurie sukuria aiškų, ryškų pojūtį, kiti – miglotą drebėjimą. Kodėl taip yra?

Pirma, skirtumas slypi naudojamoje technologijoje. ERM varikliukai paprastai sukuria stipresnę, bet mažiau tikslią vibraciją. Jie gerai jaučiami, bet ne itin subtilūs. LRA aktuatoriai, priešingai, gali būti labai tikslūs, bet kartais per silpni, ypač jei telefonas yra storiame dėkle ar kišenėje su daug audinio.

Antra, svarbu varikliuko dydis ir svoris. Didesnis varikliukas su sunkesniu disbalansuotu svorėliu sukurs stipresnę vibraciją, bet užims daugiau vietos ir suvartoja daugiau energijos. Mažesnis varikliukas bus efektyvesnis, bet galbūt per silpnas. Gamintojai turi rasti pusiausvyrą tarp dydžio, galios ir energijos sąnaudų.

Trečia, telefonų konstrukcija ir medžiagos taip pat turi įtakos. Metalinis korpusas geriau perduoda vibraciją nei plastikinis. Storesnis telefonas gali turėti didesnį varikliuką. Telefonų komponentų išdėstymas taip pat svarbus – jei varikliukas yra viduryje, vibracija jaučiama vienodai visame įrenginyje; jei šone – stipriau toje pusėje.

Praktiniai patarimai vibracijos funkcijai

Nors vibracijos funkcija atrodo paprasta, yra keletas dalykų, kuriuos verta žinoti, kad ji veiktų optimaliai ir ilgiau. Pirma, vibracijos režimas suvartoja žymiai daugiau energijos nei paprastas skambučio signalas. Jei pastebite, kad jūsų telefonų baterija greitai senka, pamėginkite išjungti vibraciją – tai gali pratęsti veikimo laiką net kelias valandas.

Antra, jei jūsų telefonų vibracija tapo silpnesnė ar keista, tai gali reikšti, kad varikliukas užsiteršė ar susidėvėjo. Kartais į telefonų vidų patenka dulkių ar smulkių dalelių, kurios gali trukdyti varikliuko darbui. Profesionalus išvalymas gali išspręsti problemą. Tačiau jei telefonas nukrito ar buvo sutrenktas, varikliuko laikiklis gali būti pažeistas, ir tai jau reikalauja rimtesnio remonto.

Trečia, jei naudojate storą telefonų dėklą ir nepajuntate vibracijos, nebūtinai problema telefone. Kai kurie dėklai, ypač silikoniniai ar su oro pagalvėlėmis, gali sugėrti didelę dalį vibracijos. Pabandykite nuimti dėklą ir patikrinti – greičiausiai vibracija veikia puikiai.

Dar vienas patarimas: jei jums svarbu nepražiopsoti svarbių skambučių ar pranešimų, bet nenorite trukdyti kitiems, eksperimentuokite su vibracijos modeliais. Daugelis telefonų leidžia sukurti pasirinktines vibracijas skirtingiems kontaktams ar programėlėms. Galite nustatyti, kad svarbūs skambučiai turėtų ilgesnę ir stipresnę vibraciją, o mažiau svarbūs pranešimai – trumpesnę.

Ateities vibracijos: ką mums ruošia technologijos

Vibracijos technologija nesustoja tobulėti. Naujausi išradimai rodo, kad ateityje mūsų telefonai galės sukurti dar sudėtingesnius ir tikroviškesnius taktinius atsiliepimus. Jau dabar kai kurie gamintojai eksperimentuoja su keliais vibracijos aktuatoriais viename įrenginyje, kad sukurtų kryptinę vibraciją – jūs galėtumėte pajusti, iš kurios pusės ateina pranešimas.

Kita įdomi kryptis – ultragarsinio dažnio vibracijos, kurios gali sukurti iliuziją tekstūros ant lygaus ekrano. Įsivaizduokite, kad braukdami pirštu per ekraną galėtumėte pajusti skirtingas paviršių tekstūras – šiurkštų, lygų, reljefinį. Tai galėtų revoliucionizuoti žaidimus, prieinamumo funkcijas akliesiems ir net internetinę prekybą, kur galėtumėte „pajusti” produkto tekstūrą prieš perkant.

Taip pat vystoma haptinė technologija, kuri naudoja ne mechaninę vibraciją, o elektrinius impulsus, tiesiogiai stimuliuojančius nervų galūnėles pirštų galiukuose. Tai leistų sukurti dar tikroviškesnius pojūčius, naudojant mažiau energijos ir be jokių judančių dalių, kurios gali susidėvėti.

Kai kurios kompanijos tiria ir vibracijos panaudojimą sveikatos stebėjimui. Telefonas galėtų naudoti savo vibracijos variklį kaip seismografą, fiksuojantį smulkius virpesius, kurie galėtų padėti stebėti širdies ritmą, kvėpavimą ar net aptikti ankstyvus Parkinsono ligos simptomus pagal rankų drebėjimą.

Kai mažytis varikliukas daro didelį darbą

Grįžtant prie pradžios – tas mažytis varikliukas ar aktuatorius jūsų telefone yra puikus inžinerinio išradingumo pavyzdys. Jis paima paprastą fizikos principą – disbalansą ar elektromagnetinį judėjimą – ir paverčia jį naudinga, kasdien naudojama funkcija, kuri padeda mums būti pasiekiamiems, nesitrukdant kitiems.

Nors vibracijos technologija gali atrodyti paprasta, jos evoliucija rodo, kaip net mažiausi komponentai mūsų įrenginiuose nuolat tobulėja. Nuo triukšmingų, energiją ryjančių varikliukų iki tikslių, efektyvių aktuatorių, kurie gali sukurti sudėtingus taktinius atsiliepimus – kelionė buvo įspūdinga.

Taigi kitą kartą, kai pajusite telefoną vibruojantį kišenėje, galite šyptelėti, žinodami, kas ten vyksta. Mažytis disbalansuotas svorėlis sukasi tūkstančius kartų per minutę, arba magnetinis stūmoklis šmižinėja pirmyn-atgal šimtus kartų per sekundę, o visa tai tam, kad jūs nepražiopsotumėte svarbaus pranešimo. Kartais pati paprasčiausia technologija būna pati genialiausia.