همه افرادی که با کامپیوتر کار می‌کنند، با ماوس یا وسایل مشابه آن سر و کار دارند. اما آیا تاکنون از خود پرسیده‌اید که چطور ماوس حرکات دست را به کامپیوتر منتقل می‌کند؟
سیستم‌عامل‌های کامپیوتری اولیه، مانند DOS مبتنی بر محیط متنی بودند. در این سیستم‌عامل‌ها، دستورها با استفاده از کیبورد وارد می‌شدند. البته کیبورد برای برنامه‌هایی که ورودی متنی دارند بسیار ضروری است، اما برنامه‌ای را که رابط کاربری گرافیکی دارد، نمی‌توان به آسانی با کیبورد کنترل کرد؛ کافیست تجسم کنید اگر در حین کار با ویندوز ماوس خراب شود، چه اتفاقی می‌افتد!
ماوس دستگاهی بسیار رایج است، اما تنها دستگاه اشاره‌گر کامپیوتری نیست و مثلاً نوت‌بوک‌ها به جای ماوس از تاچ‌پد (Touchpad) یا تاچ‌استیک(Touch Stick) استفاده می‌کنند. بعضی کاربران کامپیوترهای رومیزی هم Trackball را ترجیح می‌دهند.
هنرمندان، معماران و عکاسان احتمالاً تبلت‌های گرافیکی را ترجیح می‌دهند و فناوری تاچ‌اسکرین باعث شده بتوانیم محصولاتی مانند گوشی‌های لمسی داشته باشیم. در این شماره، به تمامی این فناوری‌ها خواهیم پرداخت.
ماجرای ماوس
اولین نمونه از ماوس در سال ۱۹۶۳ ساخته شد و جان انگلیش برای اولین بار در مقاله‌ای در سال ۱۹۶۵ تحت عنوان «کنترل نمایش به کمک کامپیوتر» نام ماوس را برای آن معرفی کرد. البته ماوس‌های آن دوران تفاوت بسیاری با دستگاه‌های فعلی که می‌شناسیم داشتند.
ماوس‌های اولیه دو چرخ عمود بر هم داشتند که در تماس با سطح زیر ماوس قرار می‌گرفتند و حرکات آن به سمت چپ و راست (محور X) و بالا و پایین (محور Y) را می‌سنجیدند.
در سال ۱۹۷۲، انگلیش ماوس توپی را اختراع کرد که برای سه دهه تبدیل به فناوری غالب در دنیای کامپیوتر شد. این ماوس‌ها از دهه ۱۹۸۰ تا اوایل قرن بیست و یکم رواج بسیاری یافتند.
در آنها یک توپ با سطح پلاستیکی و سنگین درون ماوس قرار داشت که بخشی از آن در تماس با سطح زیر ماوس قرار می‌گرفت. قسمت بالای توپ بین حداقل دو غلطک قرار می‌گرفت که عمود بر محورهای X و Y ماوس بودند.
در بسیاری از ماوس‌های توپی، یک غلطک سوم هم وجود داشت که زاویه آن نیمساز زاویه دو غلطک قبلی بود و توپ ماوس را در مقابل این دو غلطک نگه می‌داشت.
با حرکت ماوس، توپ چرخش پیدا می‌کرد و دو غلطک آن هم می‌چرخیدند. در انتهای هر دو غلطک چرخی وجود داشت که بین یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز و یک حسگر قرار می‌گرفت.
این چرخ با چرخیدن خود، تابش نور را مرتب قطع و وصل می‌کرد و ثبت تعداد دفعات این قطع و وصل شدن، نشان می‌داد ماوس در هر محور با چه سرعتی حرکت می‌کند. سپس این اطلاعات به کامپیوتر فرستاده می‌شد تا نرم‌افزارها محل اشاره‌گر ماوس را روی صفحه آپدیت کنند.
دو سوییچ کوچک ساده هم زیر دکمه‌های چپ و راست ماوس قرار می‌گرفت تا کلیک شدن آنها را اطلاع دهد.
ماوس‌های توپی خوش‌دست بودند اما نقص‌هایی هم داشتند. اینرسی توپ سنگین ماوس باعث می‌شد واکنش ماوس کند باشد و از سوی دیگر، توپ ماوس آشغال‌های زیر آن را جمع می‌کرد و آن را به دور غلطک‌ها می‌پیچید.
به این ترتیب، ماوس‌ها نیاز به تمیز کردن مداوم داشتند تا بتوانند به خوبی و نرمی کار کنند. به این دلایل بود که ماوس توپی جای خود را به ماوس نوری داد.
ماوس نوری
این نوع ماوس‌ها از اواخر دهه ۱۹۹۰ جای خود را در میان کاربران کامپیوتر باز کردند. آنها مشکلات ماوس‌های توپی را نداشتند و بدون حرکت قطعات مکانیکی‌شان، حرکت را تشخیص می‌دادند.
ماوس‌های نوری اولیه از نور دیود و یک حسگر ساده تصویر استفاده می‌کردند تا تصویر صفحه زیر ماوس را شناسایی کنند و از روی تغییرات تصویر، حرکت را تشخیص دهند. اما حسگرها در آن هنگام هنوز قدرت چندانی نداشتند و به همین دلیل، کاربران باید از پدهای مخصوصی برای این ماوس‌ها استفاده می‌کردند.
با ارزان‌تر و بهتر شدن حسگرهای نوری، ماوس‌ها توانستند روی گستره وسیع‌تری از سطوح کار کنند. یک ماوس نوری فعلی می‌تواند در هر ثانیه ۱۵۱۲ تصویر ۱۸ در ۱۸ پیکسل را پردازش کند و تا ۶۴ درجه روشنایی آنها را تشخیص دهد.
بعضی از ماوس‌های گران‌قیمت که به ویژه در بازی‌ها کاربرد دارند، به جای دیود از لیزر استفاده می‌کنند که نوری موازی دارد. وقتی پرتوهای موازی به سطح برخورد می‌کنند، درک بسیار بهتری از سطح و پستی و بلندی‌های آن به حسگر می‌رسانند و در نتیجه، دقت ماوس و توانایی کار آن روی سطوح صیقلی افزایش می‌یابد.
Trackball
همانطور که قبلاً اشاره کردیم، ترک‌بال‌ها شباهت بسیاری به ماوس دارند و روند مشابهی در ساخت آنها طی شده است. ترک‌بال‌های اولیه به این صورت بودند که یک توپ در اختیار کاربر قرار می‌گرفت و حرکات این توپ توسط غلطک‌ها و چرخ‌ها به کامپیوتر منتقل می‌شد. اما ترک‌بال‌های معدود فعلی به صورت اپتیکال حرکات توپی منقش را رهگیری می‌کنند.
البته باید در نظر داشت که هر چند کامپیوتر با استفاده از داده‌های ارایه شده از سوی این گونه دستگاه‌های اشاره‌گر، موقعیت نشانگر را مشخص می‌کند، اما خود این دستگاه‌ها هم داده‌های دریافتی از حسگرها را ابتدا پردازش کرده و سپس به کامپیوتر می‌دهند و آنها را مستقیم و به صورت خام ارسال نمی‌کنند.
دستگاه‌های اولیه از پورت سریال RS-232 استفاده می‌کردند و با آن بسته‌های سه یا پنج بایتی اطلاعات را ارسال می‌کردند. ماوس‌های PS/2 هم در ابتدا از سه بایت استفاده می‌کردند.
تحت این پروتکل، بایت اول مشخص می‌کرد که حرکت ماوس به کدام سمت است: راست، چپ، بالا یا پایین و وضعیت دکمه‌های ماوس چگونه است. بایت دوم سرعت ماوس در محور X و بایت سوم سرعت ماوس در محور Y را نشان می‌داد.
ماوس‌های امروزی اطلاعات بیشتری به کامپیوتر ارسال می‌کنند، مانند اطلاعات اسکرول و دکمه‌های دیگر.
با توجه به اینکه ماوس برای کار به فضای بیشتری نیاز دارد، به همین دلیل در نوت‌بوک‌ها از روش‌های جایگزین بهره می‌برند. یکی از این ابزارها تاچ‌استیک است؛ یک پد کوچک و لاستیکی که هم‌سطح کیبورد قرار گرفته است.
تاچ‌استیک با حرکت دست کاربر کمی حرکت می‌کند. تاچ‌استیک که ابزاری آنالوگ است، اغلب از یک سیم نازک تشکیل شده که روی یک سطح کمی کشسان به صورت مداری چاپ شده است.
مقاومت هر سیم تحت تأثیر طول و مقطع عرضی آن قرار دارد و کشیدن آن باعث بیشتر شدن طول و کمتر شدن مقطع عرضی آن می‌شود که هر دو بر مقاومت سیم می‌افزاید. می‌توان با اندازه‌گیری تغییرات مقاومت سیم، دریافت که کاربر چه منظوری داشته است.
البته تاچ‌استیک‌ها رواج چندانی ندارند و اغلب نوت‌بوک‌ها به جای آن از تاچ‌پد استفاده می‌کنند.
اغلب تاچ‌پدها با بررسی ظرفیت خازنی کار می‌کنند. ظرفیت خازنی قابلیت یک جسم در زمینه ذخیره برق است. در اغلب تاچ‌پدهای خازنی، در دو لایه موازی روی هم، خطوط رسانا به شکل عمود بر یکدیگر قرار گرفته و شبکه‌ای را تشکیل داده‌اند.
یک لایه نارسانا نیز این دو رسانا را از هم جدا کرده و به این ترتیب، هر جا که سیم‌ها روی هم قرار می‌گیرند، یک خازن تشکیل شده است. هنگامی که ولتاژ (یا به عبارت بهتر، اختلاف پتانسیل) به یک خازن معمولی وارد می‌شود، انرژی در میدان الکتریکی ایجاد شده بین دو رسانا ذخیره می‌شود.
در عمل، یک جریان کوچک نشتی از لایه نارسانای بین دو رسانا می‌گذرد. چون بدن انسان هم ظرفیت خازنی خاص خود را دارد، قرار گرفتن بدن انسان در نزدیکی یک خازن می‌تواند هم میزان بار ذخیره شده و هم جریان نشتی را تحت تأثیر قرار دهد و این تغییر را می‌توان اندازه گرفت.
یک تاچ‌پد را در نظر بگیرید که لایه بالایی آن شامل ستون‌ها و لایه پایینی آن شامل سطرها می‌شود. اگر یک پتانسیل به ستون اول اعمال شود، جریان نشتی را می‌توان به صورت همزمان در هر یک از سطرهای زیرین اندازه گرفت و میزان آن را در تمام طول ستون خواند.
به این ترتیب می‌توان مقدار را در هر نقطه شبکه پد اندازه‌گیری کرد. در حالت معمول تمام مقادیر مشابه خواهند بود، اما اگر انگشت خود را روی پد بگذارید، میزان جریان نشتی در پد عوض می‌شود و کنترلر آن، می‌تواند موقعیت انگشت را اندازه‌گیری کند. این کنترلر در هر ثانیه بارها پد را پویش می‌کند تا محل انگشت کاربر را بیابد و به سیستم‌عامل اطلاع دهد.
یک ضعف بزرگ این سیستم ماتریسی، آن است که هر نقطه شبکه، رسانای مشترکی با دیگر نقاط در همان سطر و ستون دارد. همچنین سیستم پویش آن ترتیبی است و تنها می‌تواند یک انگشت را تشخیص دهد و قادر به تشخیص دو یا چند انگشت نیست.
البته دستگاه‌های جدید، مانند مک‌بوک‌ها و آیفون شرکت اپل از صفحات مالتی‌تاچ بهره می‌برند و می‌توانند چندین انگشت را تشخیص دهند که اصطلاحاً به این امر لمس چندگانه گفته می‌شود.
سیستم مالتی‌تاچ اپل از فناوری لمسی خازنی برجسته استفاده می‌کند. در این روش، مشابه نمایشگرهای LCD و مدارهای چاپی، شبکه‌ای از خازن‌ها وجود دارد که هر کدام حسگر خاص خود را داراست. چون خواندن مقدار هر خازن مستقل از دیگر خازن‌هاست، پد می‌تواند تمامی لمس‌ها را حس کند.
صفحات لمسی برای گوشی‌های هوشمند بسیار حیاتی هستند. از سوی دیگر نمایشگرهای کامپیوترها همچنان عمودی باقی خواهند ماند و کار کردن به صورت لمسی با آنها کار دشواری خواهد بود.
به همین دلیل، احتمالاً ماوس‌ها تا سال‌های بسیاری با کاربران خواهند ماند. البته این بدان معنی نیست که ماوس‌ها در همین سطح فعلی باقی می‌مانند. برای مثال، اپل به تازگی فناوری Magic Mouse خود را معرفی کرده که اگر چه تنها یک دکمه فیزیکی دارد، اما از یک سطح مالتی‌تاچ بهره می‌برد و می‌تواند دو دکمه مجزا و یک اسکرول را شبیه‌سازی کند و همچنین، حرکات دست کاربران را متوجه شود.
فناوری تاچ‌اسکرین
در یک صفحه تاچ‌اسکرین معمولی (شکل سمت راست)، دو لایه رسانای موازی که با یک لایه نارسانا از هم جدا شده‌اند، شبکه‌ای از خازن‌ها را می‌سازند. صفحه با اعمال پتانسیل به هر خط محرک و اندازه‌گیری جریان نشتی به خطوط حسگر، می‌تواند تغییراتی که انگشت به وجود آورده را بسنجد. البته با این روش نمی‌شود دو یا چند انگشت را ردیابی کرد، به ویژه اگر این انگشتان روی یک خط قرار گرفته باشند.
اما در صفحات مالتی‌تاچ (شکل سمت چپ)، شبکه‌ای از خازن‌های ریز روی یک لایه منفرد قرار گرفته و حسگرهای جداگانه، جریان نشتی را در هر کدام می‌سنجند. در این روش هر خازن به صورت مجزا از دیگران کار کرده و مورد ارزیابی قرار می‌گیرد و می‌توان چندین انگشت را ردیابی کرد.
لینک کوتاه: