כיצד יודע הטלפון שלך מתי לסובב את המסך?

צפית בסרטון ביוטיוב במצב דיוקן, והנדל"ן במסך לא הספיק. כדי לפתור בעיה זו, עשית מה שכל אדם עם סמארטפון היה עושה. סובב את הטלפון על הצד.

ברגע שעשית את זה, הסרטון בלע את כל המסך, וכל אפשרויות התפריט היו בלתי נראות, אבל איך הטלפון שלך ידע על הכיוון שלו?

ובכן, בנוסף למסך קצב הרענון הגבוה וממשק משתמש מעולה, לטלפון שלכם יש מספר חיישנים שמזהים את הכיוון שלו בחלל, אבל איך החיישנים האלה עובדים?

הבנת כוחות הטבע הבסיסיים

למרות שאתה יכול להרגיש את הרוח על הפנים שלך ואת המים על הידיים כשיורד גשם, מה שאתה לא יכול להרגיש הם כוחות היסוד של הטבע.

כוחות אלו כוללים את כוח הכבידה והכוח האלקטרומגנטי. למרות שהכוחות הללו אינם מוחשיים, הם משפיעים על כל מה שאנו עושים. למעשה, המסך בסמארטפון שלך מזהה שינויים קטנים בכוחות האלקטרומגנטיים כדי לזהות את האצבע שלך. לא רק זה, אלא גם משקל הגוף שלך מוגדר בגלל כוחות הכבידה.

במילים פשוטות, כוח הכבידה מפעיל כוח על עצמים שגורם להם להאיץ במהירות של 9.8 מ/ש^2. עקב האצה זו, דברים נופלים בחזרה על הקרקע כשאתה זורק אותם.

מצד שני, כוח אלקטרומגנטי לא יכול להיות מורגש כמו כוחות הכבידה. עם זאת, אם היית מציב מצפן בכל מקום בעולם, הוא היה מזהה את השדה המגנטי של כדור הארץ באזור זה ומיישר את עצמו לקוטב הצפוני.

למרות שכוחות אלקטרומגנטיים אפשרו מספר התקדמות טכנולוגית, לא כולם לטובה, ו קרינה אלקטרומגנטית במינונים גבוהים יכול להיות מסוכן לגוף האדם.

הבנת טכנולוגיית החיישנים בטלפון החכם שלך

החיישנים בסמארטפון שלך מזהים שינויים באיתני הטבע כדי להבין את האוריינטציה שלו במרחב, אבל איך החיישנים האלה עובדים?

ובכן, לסמארטפון שלך יש אלפי חיישנים בלוח האם שלו, אבל שלושה סוגי חיישנים עיקריים המאפשרים לטלפון שלך לזהות שינויים בכיוון שלו.

חיישני זיהוי התמצאות אלה משתמשים במערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) כדי למדוד את כוחות הטבע. כדי למדוד נתונים, מכשירי MEMS משתמשים בחלקים מכניים המוטבעים בסיליקון כדי ליצור אות חשמלי. באמצעות אותות אלה, הטלפון החכם שלך מזהה שינויים בכוחות הפועלים עליו.

להלן הסבר קצר כיצד חיישנים אלה פועלים.

• מד תאוצה: כפי שהשם מרמז, מד תאוצה משמש לזיהוי השינויים בתאוצה בסמארטפון. כדי לזהות את השינויים הללו, מד התאוצה משתמש בחוק האינרציה הקובע שגוף במנוחה יישאר במנוחה עד ואל אם יופעל כוח חיצוני. כדי להשתמש במושג זה, מסה קבועה תלויה בין מבנים דמויי קפיץ בחיישן MEMS. לכן, המסה הקבועה נשארת במקומה כשהטלפון מואץ בגלל האינרציה שלו שדוחסת את הקפיצים. דחיסה קפיצית זו מייצרת אות חשמלי שמספר לסמארטפון שהוא מואץ.
• ג'ִירוֹסקוֹפּ: הג'ירוסקופ עוקב אחר כוחות הסיבוב בסמארטפון שלך. סיבוב זה מודד את כוח הקוריוליס הפועל על הטלפון החכם כדי להעריך כמה הוא הסתובב סביב מרכז הכובד שלו. במילים פשוטות, כוח הקוריוליס פועל על כל גוף בתוך עצם מסתובב עקב סיבובו. הג'ירוסקופ משתמש בעיצוב הדומה למד תאוצה אך שונה כדי לזהות שינויים כאשר הטלפון החכם מסתובב.
• מגנומטר: בשל הזרמים הזורמים בליבת כדור הארץ, שדה מגנטי עוטף אותו. זיהוי שדות אלו עוזר לסמארטפון להבין את הכיוון שלו עם הצפון האמיתי של השדה המגנטי של כדור הארץ. סמארטפונים מצוידים בחיישן אפקט Hall בעל שלושה צירים כדי לזהות שינויים אלה. חיישן זה משתמש בחוקי האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי כדי לזהות שדות מגנטיים. על פי חוק זה, מוליך נושא זרם יוצר כוח אלקטרו-מוטורי כאשר השדה המגנטי סביבו משתנה. בשל שינויים אלה במתח, ניתן להשתמש בחיישנים כדי לזהות את הכיוון שלו לגבי הקטבים המגנטיים של כדור הארץ.

כעת, לאחר שיש לנו הבנה בסיסית של החיישנים בסמארטפונים שלנו, אנו יכולים להסתכל כיצד הם פועלים יחד כדי לזהות את המיקום של הטלפון החכם שלך.

איך הטלפון שלך יודע מתי לסובב את המסך?

כפי שהוסבר קודם, מד התאוצה יכול לזהות שינויים בתאוצה, אך לא ניתן להשתמש בנתונים אלו לבדם כדי לזהות את הכיוון של הטלפון החכם. הסיבה היא שכוחות הכבידה תמיד פועלים על מד התאוצה, וקשה לחיישן לזהות מתי השינויים בתאוצה נועדו לסובב את הסמארטפון.

סמארטפונים משתמשים בהיתוך חיישנים כדי לפתור בעיה זו, המאפשרת לחיישנים שונים לתקשר זה עם זה. כדי לזהות את כיוון הטלפון, מד התאוצה מתקשר עם הג'ירוסקופ והמגנטומטר.

לכן, כאשר הטלפון מסתובב, מד התאוצה מזהה שינויים בתאוצה ולאחר מכן מתקשר עם הג'ירוסקופ. בשל תקשורת זו, הסמארטפון יכול להבין אם השינויים בתאוצה מיועדים לסיבוב.

עם זאת, הג'ירוסקופ רגיש לשגיאות מכיוון שאינו יכול לשקול את כוחות הכבידה הפועלים על הטלפון החכם. לכן, יש צורך בחיישן שלישי כדי לזהות את השינויים בכיוון הסמארטפון. חיישן זה הוא לא אחר מאשר המגנומטר במכשיר שלך.

מגנומטר זה משמש לזיהוי השינויים במיקום הסמארטפון ביחס לשדה המגנטי של כדור הארץ. נתונים אלה, יחד עם הנתונים ממד התאוצה והגירוסקופ, משמשים כדי להחליט אם המסך שלך צריך להיות במצב דיוקן או לרוחב.

האם טכנולוגיית החיישנים היא העתיד?

מד התאוצה, הג'ירוסקופ והמגנטומטר מזהים שינויים בכוחות היסוד של הטבע באמצעות חוקי האינרציה והאינדוקציה האלקטרומגנטית.

סמארטפונים משתמשים בחוקים הבסיסיים האלה כדי לאפשר תכונות כמו סיבוב אוטומטי וייצוב תמונה אופטי. עם זאת, סמארטפונים מציעים כעת תכונות חדשניות על ידי שילוב נתונים מחיישנים שונים.

דוגמה מצוינת לכך היא שחרור זיהוי התרסקות במכשירי אפל, המאפשר לנתונים מחיישנים אלו לזהות תאונה ולהתריע לשירותי חירום.