Gledali ste video na YouTubeu u portretnom načinu, a prostor na zaslonu nije bio dovoljan. Da biste riješili ovaj problem, učinili ste ono što bi učinila svaka osoba s pametnim telefonom. Okrenite telefon na bok.
Čim ste to učinili, video je progutao cijeli ekran, a sve opcije izbornika su bile nevidljive, ali kako je vaš telefon znao za njegovu orijentaciju?
Dobro, osim zaslona visoke stope osvježavanja i odličnog korisničkog sučelja, vaš telefon ima nekoliko senzora koji detektiraju njegovu orijentaciju u prostoru, ali kako ti senzori rade?
Razumijevanje temeljnih sila prirode
Iako možete osjetiti vjetar na licu i vodu na rukama kada pada kiša, ono što ne možete osjetiti su temeljne sile prirode.
Te sile uključuju gravitacijsku silu i elektromagnetsku silu. Iako su te sile nematerijalne, utječu na sve što radimo. Zapravo, zaslon na vašem pametnom telefonu otkriva male promjene u elektromagnetskim silama kako bi otkrio vaš prst. Ne samo to, već je i vaša tjelesna težina definirana silama gravitacije.
Jednostavno rečeno, gravitacija djeluje silom na objekte uzrokujući njihovo ubrzanje brzinom od 9,8 m/s^2. Zbog ovog ubrzanja, stvari padaju natrag na tlo kada ih bacite.
S druge strane, elektromagnetska sila se ne može osjetiti kao sila gravitacije. Uz to, kad biste postavili kompas bilo gdje u svijetu, on bi detektirao Zemljino magnetsko polje u tom području i poravnao se sa Sjevernim polom.
Iako su elektromagnetske sile omogućile nekoliko tehnoloških napretka, nisu svi dobri, i elektromagnetska radijacija u visokim dozama može biti opasno za ljudski organizam.
Razumijevanje tehnologije senzora na vašem pametnom telefonu
Senzori na vašem pametnom telefonu otkrivaju promjene u silama prirode kako bi razumjeli njegovu orijentaciju u prostoru, ali kako ti senzori rade?
Pa, vaš pametni telefon ima tisuće senzora na matičnoj ploči, ali tri glavne vrste senzora koji vašem telefonu omogućuju otkrivanje promjena u njegovoj orijentaciji.
Ovi senzori za otkrivanje orijentacije koriste mikro-elektro-mehaničke sustave (MEMS) za mjerenje sila prirode. Za mjerenje podataka, MEMS uređaji koriste mehaničke dijelove ugrađene u silicij za generiranje električnog signala. Pomoću ovih signala vaš pametni telefon otkriva promjene u silama koje na njega djeluju.
U nastavku je kratko objašnjenje rada ovih senzora.
- Brzinomjer: Kao što naziv sugerira, akcelerometar se koristi za otkrivanje promjena u ubrzanju na pametnom telefonu. Kako bi otkrio te promjene, akcelerometar koristi zakon inercije koji kaže da će tijelo koje miruje ostati u stanju mirovanja sve dok i ako se ne primijeni vanjska sila. Za korištenje ovog koncepta, fiksna masa je obješena između struktura nalik opruzi u MEMS senzoru. Stoga fiksna masa ostaje na mjestu kada se telefon ubrzava zbog svoje inercije koja komprimira opruge. Ova kompresija opruge generira električni signal koji govori pametnom telefonu da se ubrzava.
- Žiroskop: Žiroskop prati rotacijske sile na vašem pametnom telefonu. Ova rotacija mjeri Coriolisovu silu koja djeluje na pametni telefon kako bi se procijenilo koliko se rotirao oko svog težišta. Jednostavno rečeno, Coriolisova sila djeluje na bilo koje tijelo unutar rotirajućeg objekta zbog njegove rotacije. Žiroskop ima dizajn sličan akcelerometru, ali je modificiran da detektira promjene kada se pametni telefon okreće.
- Magnetometar: Zbog struja koje teku u jezgri Zemlje, magnetsko polje je obuzima. Otkrivanje ovih polja pomaže pametnom telefonu da razumije svoju orijentaciju prema pravom sjeveru Zemljinog magnetskog polja. Pametni telefoni opremljeni su senzorom Hallovog efekta s tri osi za otkrivanje ovih promjena. Ovaj senzor koristi Faradayeve zakone elektromagnetske indukcije za otkrivanje magnetskih polja. Prema tom zakonu, vodič kroz koji teče struja stvara elektromotornu silu kada se mijenja magnetsko polje oko njega. Zbog ovih promjena u naponu, senzori se mogu koristiti za otkrivanje njegove orijentacije u odnosu na Zemljine magnetske polove.
Sada kada imamo osnovno razumijevanje senzora u našim pametnim telefonima, možemo pogledati kako oni rade zajedno da otkriju položaj vašeg pametnog telefona.
Kako vaš telefon zna kada treba okrenuti zaslon?
Kao što je ranije objašnjeno, akcelerometar može otkriti promjene u ubrzanju, ali sami ti podaci ne mogu se koristiti za otkrivanje orijentacije pametnog telefona. Razlog je taj što sile gravitacije uvijek djeluju na akcelerometar, a senzoru je teško otkriti kada promjene u ubrzanju trebaju rotirati pametni telefon.
Pametni telefoni koriste fuziju senzora za rješavanje ovog problema, što različitim senzorima omogućuje međusobnu komunikaciju. Kako bi otkrio orijentaciju telefona, akcelerometar komunicira s žiroskopom i magnetometrom.
Stoga, kada se telefon okreće, akcelerometar detektira promjene u ubrzanju i zatim komunicira sa žiroskopom. Zahvaljujući ovoj komunikaciji, pametni telefon može razumjeti jesu li promjene u ubrzanju namijenjene rotaciji.
Ipak, žiroskop je osjetljiv na pogreške jer ne može uzeti u obzir sile gravitacije koje djeluju na pametni telefon. Stoga je potreban treći senzor za otkrivanje promjena u orijentaciji pametnog telefona. Ovaj senzor nije ništa drugo nego magnetometar na vašem uređaju.
Ovaj magnetometar koristi se za otkrivanje promjena u položaju pametnog telefona u odnosu na Zemljino magnetsko polje. Ovi se podaci, zajedno s podacima iz akcelerometra i žiroskopa, koriste za odlučivanje treba li vaš zaslon biti u portretnom ili pejzažnom načinu.
Je li senzorska tehnologija budućnost?
Akcelerometar, žiroskop i magnetometar detektiraju promjene u osnovnim silama prirode pomoću zakona tromosti i elektromagnetske indukcije.
Pametni telefoni koriste te temeljne zakone kako bi omogućili značajke poput autorotacije i optičke stabilizacije slike. Ipak, pametni telefoni sada nude inovativne značajke kombiniranjem podataka s različitih senzora.
Najbolji primjer za to je izdanje detekcije sudara na Apple uređajima koja omogućuje podacima iz ovih senzora da otkriju nesreću i uzbune hitne službe.