Zatím malá destička (4 x 5,5 cm) s hustotou 297 bodů na centimetr čtvereční dokáže během několika stovek milisekund změnit svůj povrch k nepoznání. Umožní tak hmatový vjem doktorům při operacích nebo při šetrném vyšetření, kde využívají roboty a miniaturní kamery. Vynálezci počítají také s využitím displeje jako pomůcky pro nevidomé.
O třetí rozměr při zobrazování se v minulých letech pokusilo mnoho firem, projekty však nedokázaly různá úskalí překonat nebo nebyly schopny pokračovat pro nedostatek peněz. Displej představený doktorem Andreasem Richterem a Georgiem Paschewem z Technické univerzity v Drážďanech je výjimečný hned v několika aspektech.
Jednak je na světě funkční vzorek, a nikoli jen myšlenka; pak má také jemné rozlišení a zatřetí se dokáže přeměnit velmi rychle. Obrazec na povrchu vznikne již během půl sekundy.
Jak to funguje
Displej je sestaven ze čtyř tisíc malých kapek hydrogelu, které tvoří jednotlivé pixely. Hydrogel je pružný materiál, z něhož se v současné době vyrábějí například kontaktní čočky.
Vědci přišli na to, že některé směsi z hydrogelu dokážou reagovat na různé podněty a měnit své vlastnosti. Použitý typ hydrogelu se při zahřívání "vysušuje", neboli ztrácí část obsahu vody a tím i objem. Při teplotě do 29 °C je poměrně stabilní, při zahřátí na teplotu 35 °C ztratí až 90 % objemu. Pokud jej přestanete zahřívat, rychle nasaje vodu ze spodní vrstvy a opět se zvětší. Spodní vrstva je chlazena vodou aktivně, aby se časem nezačala zahřívat.
Podle informací vědců se body po zahřátí nejenom zmenší, ale díky ztrátě vody též ztvrdnou. Běžně je hydrogel velmi měkký a poddajný materiál, na dotek proto musí být kontury zobrazované informace zřejmé. Jako pomůcka pro nevidomé má ovšem zatím stále několik nevýhod.
Výška bodů na displeji je totiž poměrně malá, pouze 0,5 mm. Minimální výška bodu po zahřátí činí 0,28 mm. Čím vyšší (a objemnější) by body byly, tím delší dobu by trvalo jejich zahřátí, displej by se proto nedokázal překreslit tak rychle. Chirurgům může výsledný hmatový vjem společně s vizuálním obrazem z kamer stačit, nevidomý, spoléhající jen na hmat, potřebuje však spíše velké tvary než vysoké rozlišení.
"Jemné rozlišení je pro nevidomé žádoucí, aby hmatový dojem byl příjemný. Avšak uvedená maximální výška bodu 0,5 mm je podle mého názoru nedostatečná," říká nevidomý Patrik Pospíšil, vývojář speciálního komunikačního programu pro nevidomé určeného pro chytré mobilní telefony s operačním systémem Windows Mobile.
Výška pouze půl milimetru je velmi omezující. Pokud nemá nevidomý k dispozici dostatečně velký vzor, je vysoké rozlišení jinak malého displeje spíše zbytečné. Doktorům se naopak vysoké rozlišení hodí, neboť při vyšetření svede zobrazit i drobné detaily.
"Takovýto displej by mohl třeba zobrazit reliéf auta, domu, nového mobilu, mapového nákresu, ale v takovémto případě by bylo velmi vhodné, aby jeho rozměr byl srovnatelný s rozměrem standardních monitorů. Viděl bych tuto technologii jako alternativu pro braillské zobrazovače, které zatím používají piezoelektrické prvky. Maximální výška bodu však bude muset být větší," dodává Pospíšil.
Jak se displej zahřívá?
Displej potřebuje paprsek světla dostatečně přesný na to, aby zasáhl bod o rozměru 300 x 300 mikrometrů. Němečtí inženýři k tomuto účelu využili halogenovou žárovku s přesnou optikou z běžného projektoru. Obsluhují ho tak, že paprsek překresluje jednotlivé pixely a výkonem žárovky zahřívá každou kapku hydrogelu zvlášť. Výhodou je, že to funguje, nevýhodou je vysoká spotřeba celé soustavy.
Pro následující ukázky zobrazení delfína s danými časy je potřeba výkonu 4 W na cm2, což inženýři získali z projektoru s xenonovou žárovkou o příkonu 3 000 W a světelným tokem 20 000 lumenů. Tisková zpráva uvádí, že lze podobného výkonu dosáhnout i s projektorem s halogenovou žárovkou 1 200 W/27 600 lumenů. Na takto malou destičku je to jako jít s kanonem na vrabce.
Záznam z termokamery ukazuje, jak probíhá zahřívání pixelů z hydrogelu v závislosti na čase. Obrázek d) po 40 milisekundách od začátku zahřívání jsou pixely, které se mají zformovat do tvaru delfína, prohřáty na teplotu okolo 30 °C. Mají proto zatím ještě maximální výšku okolo 500 mikrometrů (0,5 mm); Obrázek e) po 200 milisekundách se body prohřály na 33 °C. V tomto okamžiku se již hydrogel začíná zmenšovat a delfín je při pohledu na displej zřetelný; Obrázek f) po 400 milisekundách je obrys prakticky hotový. Teplota se blíží k 34 °C a výška zahřívaných pixelů se limitně blíží k 280 mikrometrům; Obrázek g) teplota dosahuje 35 °C po 65 sekundách. Na tomto obrázku displej předvádí své maximum, kdy je výška zahřívaných bodů na 280 mikrometrech. Delfín má celkovou délku 1,45 cm.
Zatímco na lékařském pracovišti by neměl být problém zajistit stabilní teplotu a zdroj energie, použití displeje v menších zařízeních na cesty se zdá být omezeno. Doktor Andreas Richter se ale v jednom z e-mailů zmiňuje, že je to jen drobnost. "Optoelektrotermické řízení (zmíněný projektor, pozn. red.) může být snadno nahrazeno tenkou vrstvou malých tepelných zdrojů pro přenosná zařízení." Jakou odezvu by následně displej měl a jaká by byla ve výsledku spotřeba, ještě není jasné.
Byl by vůbec mezi nevidomými zájem o PDA, které by mělo displej právě s možností plastického zobrazení? "Pro PDA a mobilní telefony se toto zařízení podle mě nehodí, protože číst hmatem třímilimetrové písmo vystouplé pouze 0,5 mm není dost dobře možné," vysvětluje Patrik Pospíšil.
"Snad by ještě byla třeba zajímavá křivka trasy z GPS, ale stejně v provedení displeje s úhlopříčkou pod 4" (10 cm) to nepovažuji za příliš smysluplné. Jestliže by se zobrazovalo takto na mobilním, hmatovém displeji slepecké písmo (Braill), ani pak by to s výškou bodu 0,5 mm nebylo pro většinu nevidomých srozumitelné. Bez ohledu na to, že by se na malý displej vešlo také jen velmi málo takto zobrazeného textu," dodává nevidomý programátor Pospíšil.
Inženýři přirovnávají pocit z doteku na displej k sáhnutí na hlemýždě (hydrogel je vlhký) a kůži hada (která může být jemně šupinatá). Jestli se někdy dočkáme "hlemýždího" displeje například v mobilu pro nevidomé, zatím zůstává ve hvězdách. Rozhodně jde o jeden z nejzajímavějších projektů poslední doby.
|
Za spolupráci při přípravě článku děkuji Patriku Pospíšilovi, vývojáři aplikace PST (P-SmartPhone Talker), která usnadňuje používání mobilního telefonu nevidomým. O programu pro vás připravujeme ve spolupráci s Mobil.cz podrobnější článek. Za odbornou konzultaci děkuji také Pavle Francové. |
