Создана рыба-робот, предназначенная для наблюдения за морскими обитателями

Автономный мягкий робот впервые погрузился в Марианскую впадину

Автономный мягкий робот, прообразом которого является рыба Pseudoliparis swirei, выдержал невероятное давление глубин Марианской впадины.

Бездна Челленджера – глубочайшая из глубин Мирового океана. Она уходит примерно на 10990 метров ниже уровня моря. В этом месте огромный слой воды оказывает на морское дно колоссальное давление, более чем в тысячу раз превышающие показатели атмосферного давления на уровне моря, что соответствует приблизительно 108,6 МПа. Это сравнимо с давлением веса целого слона, который балансирует на кончике Вашего большого пальца. Подобные условия заметно усложняют работу инженеров, которые занимаются разработкой устройств для глубоководных исследований. Традиционные управляемые и беспилотные подводные аппараты имеют жёсткую усиленную конструкцию, однако даже при железных боках сохраняется риск структурных поломок. К тому же подобные устройства обычно довольно громоздкие, что затрудняет доступ в самые укромные уголки подводного мира.


Для создания подводных роботов, предназначенных для работы на небольшой глубине, учёные уже обращались к примеру мягкотелых морских существ вроде осьминогов. К счастью для инженеров, подобные «образцы» обитают и на абиссальных глубинах, например, Pseudoliparis swirei, которые стали вдохновением для мягких роботов нового поколения. Лучепёрая рыба Pseudoliparis swirei из семейства липаровых (или морских слизней) существует исключительно в Марианской впадине на глубинах до 8200 метров. В 2014 году первым эту мягкую и прозрачную рыбу описал Макензи Геррингер из Университета штата Нью-Йорк в Дженесио. Геррингер также первым распечатал на 3D-принтере имитацию этого существа в форме мягкого робота, чтобы лучше понять, как ему удаётся жить и передвигаться под огромным давлением морской толщи.

Впрочем, у команды робототехника Гожуя Ли из Чжэцзянского университета была ещё более сложная задача: создать по подобию рыбы Pseudoliparis swirei автономного мягкого робота, который смог бы эффективно исследовать глубоководные экосистемы. Такой робот нуждается в богатом наборе электроники, способной не только питать его движения, но и выполнять сложные исследовательские задачи – тестировать химический состав воды, подсвечивать и снимать на камеру жителей океанических бездн, собирать различные образцы и доставлять их на поверхность. Под давлением километровых пластов воды такой робот может выйти из строя из-за того, что все его внутренности окажутся сдавленными.

Гожуй Ли и его коллеги решили позаимствовать у рыбы её адаптации к жизни на абиссальной глубине. Прежде всего они обратили внимание на особое строение черепа: его кости не окостеневают и не сливаются полностью. Дополнительная пластичность позволяет рыбе компенсировать перемены давления при изменении глубины. Следуя этому образцу, робототехники решили разместить элементы «мозга» на большем расстоянии друг от друга, чем обычно, и поместить их внутри мягкого силиконового чехла, чтобы робот также мог адаптировать своё «внутричерепное» давление. Инженеры также отчасти повторили основные формы тела морского слизняка. К примеру, они оборудовали его двумя «плавниками», при помощи которых робот будет передвигаться в водной толще. За их «взмахи» отвечают искусственные мышцы, питаемые небольшими аккумуляторами: между двух мембран учёные поместили два электрода, которые деформирует мембраны, задавая плавникам нужное положение.

Робот прошёл испытания в различных средах: в пресноводном озере на глубине 70 метров, в Южно-Китайском море на глубине 3200 метров и, наконец, в Марианской впадине. В ходе первых двух тестов искусственная рыба имела возможность плавать совершенно свободно, однако для путешествия в Бездну Челленджера её зафиксировали на площадке глубоководного аппарата. Мягкий робот успешно выдержал колоссальное давление морских глубин, однако ему ещё рано отправляться в свободное плавание. Пока что он слишком медлителен и неспособен противостоять силе подводных течений. Однако, по словам Ли, данное устройство уже заложило основы для развития будущих роботов, которые помогут ответить на многочисленные вопросы о тайнах морских глубин.

Читайте также:  Создан робот, способный плавать и подниматься над поверхностью воды

Создан новый робот-рыба, который мало чем отличается от живых “собратьев”

Роботы, замаскированные под животных, уже достаточно давно используются для изучения мира дикой природы, именно благодаря таким роботам на свет появляются удивительные документальные фильмы, показываемые нам на каналах BBC и Animal Planet. Одним из подобных “маскирующихся” под живых существ роботов является новый робот-рыба, разработанный в Лаборатории информатики и искусственного интеллекта (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory, CSAIL) Массачусетского технологического института. Внешний вид и поведение этого робота максимально приближены к виду и поведению живых рыб, и этот робот предоставляет ученым еще один способ изучения морской флоры и фауны.

Роботы, способные действовать под водой, уже давно не являются новинкой. Но большинство подводных роботов полагается на пропеллеры или другие традиционные способы передвижения под водой. Новый же робот, получивший название SoFi использует более естественный и менее шумный принцип движения. Его корпус изготовлен из силиконовой резины и гибкого пластика, внутри корпуса находится обычная аккумуляторная батарея от смартфона, которая приводит в действие электродвигатель миниатюрной помпы. Эта помпа накачивает воду в полости определенной формы, которые работают чем-то вроде поршней двигателя внутреннего сгорания.

Когда одна из полостей раздувается под воздействием давления закачиваемой в нее воды, весь корпус робота изгибается в обратном от полости направлении. Затем система управления переключает клапана и вода направляется в полость на противоположной стороне. Чередование таких действий приводит к тому, что тело робота совершает волнообразные движения, почти в точности копирующие движения реальной рыбы. Управляя скоростью потока накачиваемой воды и временем накачки одной полости, можно управлять скоростью и направлением движения робота SoFi.

Для того, чтобы робот SoFi мог плавать на различной глубине, он оснащен двумя горизонтальными плавниками, выполняющими роль рулей глубины подводных лодок. Помимо этого, робот имеет систему регулирования плавучести, которая так же очень похожа на то, что используют живые рыбы. Плавучесть регулируется при помощи воздуха, вытесняющего воду из специальной полости в теле робота.

Внешность и тихий способ передвижения робота SoFi делают его идеальным вариантом для наблюдений за морской флорой и фауной без внесения в них каких-либо беспорядков. Испытательные погружения с использованием робота SoFi были проведены на рифе Rainbow Reef на Фиджах, а для управления роботом использовался игровой контроллер Super Nintendo, помещенный в водонепроницаемый бокс. Система управления роботом, получая команды от контроллера и используя данные от нескольких датчиков, позволяет ему действовать в полуавтоматическом режиме, а встроенная в робота камера позволяет делать высококачественные снимки и снимать видео в режиме реального времени.

“Согласно имеющейся у нас информации, робот SoFi является первым роботом-рыбой, способной перемещаться в трех измерениях, не будучи привязанной кабелями к источнику питания или базовой станции” – рассказывает Роберт Качман (Robert Katzschmann), один из исследователей, – “Мы намерены использовать эту систему для того, чтобы стать “намного ближе” к морской флоре и фауне, чем это удается сделать людям или роботам других типов”.

В ближайшем времени специалисты лаборатории CSAIL продолжать работать над роботом SoFi, увеличив скорость его передвижения в воде и снабдив робота интеллектуальными функциями, которые позволят ему автоматически следовать за указанной живой рыбой.

“Мы рассматриваем робота SoFi как своего рода первый шаг к созданию автоматизированной подводной обсерватории” – рассказывает Даниэла Рус (Daniela Rus), директор лаборатории CSAIL, – “Эта обсерватория в будущем станет одним из основных инструментов для исследователей, изучающих тайны морской флоры и фауны”.

Рыбки роботы

Рыбка-робот или роборыбка

Рыбки – КИБОРГИ! Игрушки и не только.

Читайте также:  Новый российский законопроект об обязательной регистрации смартфонов

Первые интерактивные модели в видероборыбок появились в Японии примерно 10 лет назад. Конструкторам удалось создать роботов, имитирующих форму, движение и поведение настоящих рыб. Изначально эти изобретения были направлены на решение научных задач и для изучения образа жизни подводных обитателей. В нашу повседневную жизнь уже давно вошли разные роботизированные устройства: бытовые и промышленные, автомобильные, медицинские, космические и даже. развлекательные. Не стала исключением и аквариумистика.

Однако, очень быстро это стало основой для массового создания увлекательных игрушек для детей и даже взрослых. Сегодня самые разнообразные высокотехнологичные игрушки-киборги в большом количестве продаются во многих странах мира. И спрос на них с каждым годом только растет.

Интересно заметить, что эти искусственные рыбки часто имитируют самые настоящие виды живых рыб.

Некоторые модели оборудованы светодиодами, что придает им еще большую схожесть с живыми подводными обитателями.

«Рыбка» представляет собой электронный прибор, который не работает на суше, а включается в момент соприкосновения с водой. Подобно живым рыбам эти устройства могут замирать и ускоряться, плавать в различных направлениях, меняя скорость, и даже – огибать препятствия! В аквариуме они ведут себя вполне естественно – иногда опускаются к самому дну или, наоборот, поднимаются к его поверхности.

Придумана была такая интересная игрушка в первую очередь для таких «любителей», которые не хотели утруждаться уходом за аквариумом и заботами о живых рыбках. Им не требуется своевременное кормление и лечение в случае болезни, не нужно приобретать техническое оборудование и аквахимию. Замена элементов питания достаточно проста, к тому же, одного набора батареек хватает для непрерывной работы в течение нескольких часов.

А если в аквариуме с такими роборыбками, разместить декорации и искусственные растения, то можно создать интересный уголок, имитирующий подводный мир. Для ребенка такой аквамирокбудет первой ступенькой на пути к настоящему живому аквариуму!

По сравнению с этими милыми роборыбками, роботы, которые и используются для подводных научных исследований, устроены гораздо серьезнее и сложнее. В настоящее время в разных странах периодически создаются изобретения, которые имеют форму рыб и передвигаются в водной среде.

Российским ученым удалось создать уникальный беспилотник, который внешне полностью копирует обычного тунца. Его использование планируется для решения разных задач – специальные датчики позволят оценить степень загрязнения водоема, подсчитать численность рыб или даже найти затонувшее судно!

А ученые в США разработали новый вид мягкой роботизированной рыбы-шпиона, которая может спокойно плавать среди других рыб не привлекая к себе внимания. Ее тело выполнено из специального мягкого полимера, мощный источник питания позволяет находиться в течение долгого времени на большой глубине, что очень важно для серьезных исследований, а в корпус встроены несколько видеокамер, которые передают оператору изображение и видео высокого разрешения.

Это уникальное создание предназначено для максимально близких наблюдений за сообществом коралловых рифов не приносящее при этом никаких разрушений и беспокойство ее обитателям.

В настоящее время рыбо-робототехника развивается быстро и во всех направлених.

Какими будут роботы-рыбы будущего? Чем они будут заниматься?

Несомненно, этот пловец не из плоти и крови – новейшее оружие ученых в борьбе за чистоту окружающей среды, а военные ведомства давно разрабатывают роборыб, способных тихо и неприметно подбираться к кораблям противника. Ученые уже в недалеком будущем планируют с помощью роботов-вожаков управлять стаями настоящих рыб, уводя их от угрозы или опасности. А может, с помощию роботов можно будет просто привлечь интересных и красивых рыбок, что значительно упростит тяжелый труд подводного фотографа.

Автономный мягкий робот впервые погрузился в Марианскую впадину

Автономный мягкий робот, прообразом которого является рыба Pseudoliparis swirei, выдержал невероятное давление глубин Марианской впадины.

Читайте также:  Планируется реорганизация заводов SONY

Бездна Челленджера – глубочайшая из глубин Мирового океана. Она уходит примерно на 10990 метров ниже уровня моря. В этом месте огромный слой воды оказывает на морское дно колоссальное давление, более чем в тысячу раз превышающие показатели атмосферного давления на уровне моря, что соответствует приблизительно 108,6 МПа. Это сравнимо с давлением веса целого слона, который балансирует на кончике Вашего большого пальца. Подобные условия заметно усложняют работу инженеров, которые занимаются разработкой устройств для глубоководных исследований. Традиционные управляемые и беспилотные подводные аппараты имеют жёсткую усиленную конструкцию, однако даже при железных боках сохраняется риск структурных поломок. К тому же подобные устройства обычно довольно громоздкие, что затрудняет доступ в самые укромные уголки подводного мира.


Для создания подводных роботов, предназначенных для работы на небольшой глубине, учёные уже обращались к примеру мягкотелых морских существ вроде осьминогов. К счастью для инженеров, подобные «образцы» обитают и на абиссальных глубинах, например, Pseudoliparis swirei, которые стали вдохновением для мягких роботов нового поколения. Лучепёрая рыба Pseudoliparis swirei из семейства липаровых (или морских слизней) существует исключительно в Марианской впадине на глубинах до 8200 метров. В 2014 году первым эту мягкую и прозрачную рыбу описал Макензи Геррингер из Университета штата Нью-Йорк в Дженесио. Геррингер также первым распечатал на 3D-принтере имитацию этого существа в форме мягкого робота, чтобы лучше понять, как ему удаётся жить и передвигаться под огромным давлением морской толщи.

Впрочем, у команды робототехника Гожуя Ли из Чжэцзянского университета была ещё более сложная задача: создать по подобию рыбы Pseudoliparis swirei автономного мягкого робота, который смог бы эффективно исследовать глубоководные экосистемы. Такой робот нуждается в богатом наборе электроники, способной не только питать его движения, но и выполнять сложные исследовательские задачи – тестировать химический состав воды, подсвечивать и снимать на камеру жителей океанических бездн, собирать различные образцы и доставлять их на поверхность. Под давлением километровых пластов воды такой робот может выйти из строя из-за того, что все его внутренности окажутся сдавленными.

Гожуй Ли и его коллеги решили позаимствовать у рыбы её адаптации к жизни на абиссальной глубине. Прежде всего они обратили внимание на особое строение черепа: его кости не окостеневают и не сливаются полностью. Дополнительная пластичность позволяет рыбе компенсировать перемены давления при изменении глубины. Следуя этому образцу, робототехники решили разместить элементы «мозга» на большем расстоянии друг от друга, чем обычно, и поместить их внутри мягкого силиконового чехла, чтобы робот также мог адаптировать своё «внутричерепное» давление. Инженеры также отчасти повторили основные формы тела морского слизняка. К примеру, они оборудовали его двумя «плавниками», при помощи которых робот будет передвигаться в водной толще. За их «взмахи» отвечают искусственные мышцы, питаемые небольшими аккумуляторами: между двух мембран учёные поместили два электрода, которые деформирует мембраны, задавая плавникам нужное положение.

Робот прошёл испытания в различных средах: в пресноводном озере на глубине 70 метров, в Южно-Китайском море на глубине 3200 метров и, наконец, в Марианской впадине. В ходе первых двух тестов искусственная рыба имела возможность плавать совершенно свободно, однако для путешествия в Бездну Челленджера её зафиксировали на площадке глубоководного аппарата. Мягкий робот успешно выдержал колоссальное давление морских глубин, однако ему ещё рано отправляться в свободное плавание. Пока что он слишком медлителен и неспособен противостоять силе подводных течений. Однако, по словам Ли, данное устройство уже заложило основы для развития будущих роботов, которые помогут ответить на многочисленные вопросы о тайнах морских глубин.

Читайте также:  Законопроект Великобритании об отказе от бензиновых и дизельных авто

Смотрите глубже. 5 новых роботов, которые помогут в освоении морских глубин

Кадр из игры Bioshock 2

Убийца морских вредителей, деликатная ловушка и пластиковая рыба. Самые интересные подводные роботы этого года в подборке Фокуса

Сколь много бы человечество ни узнало о родной планете за минувшие века, она все еще хранит множество тайн. Значительная часть их скрывается в морских глубинах. Не даром NASA ищет там ответы на загадки космоса, а австралийские ученые – “затерянные миры”. А чтобы углубляться в подводный мир Земли было легче, инженеры разных стран проектируют механических помощников – роботов, способных наблюдать за течением жизни в нем, бережно взаимодействуя с местной фауной и пополняя копилку знаний человека.

Будь всегда в курсе событий вместе с телеграм-каналом Быстрый Фокус.

Робот-каракатица

Инженеры немецкой компании Festo тяготеют к природным формам. На их счету уже были робот-стрекоза и робот-паук. В этом году они решили вдохновиться обитателями морских глубин. Они спроектировали робота-каракатицу, предназначенного для сбора и передачи данных о температуре и давлении воды, содержании в ней кислорода и других показателях.

Их детище получило имя BionicFinWave. Робот оснащен двумя изготовленными из силикона цельными плавниками, которые способны работать независимо друг от друга. Каждый из них крепится к девяти рычажкам, приводящимся в движение при помощи пары электромоторов. Еще один обеспечивает сгибание-разгибание шарнирного корпуса.

Таким образом, конструкция позволяет каракатице передвигаться под водой в любом направлении. Она может плыть как вперед, так и назад, поворачивать и менять глубину погружения. Ориентироваться в пространстве ей помогают датчики давления и ультразвуковые сенсоры.

Кроме того, BionicFinWave оснащается батареями, поддерживающими его работу, а управление роботом осуществляется дистанционно. Весит он всего 430 грамм, а его длина составляет 37 см.

Робот-рыба SoFi

Массачусетский технологический институт

Если творение Festo призвано наблюдать за морской средой, то разработка инженеров Массачусетского технологического института должна следить за ее обитателями. Тем более, что она вполне сойдет за своего. Робот по имени SoFi (сокращенно от soft robotic fish) и выглядит, и двигается как рыба.

Его корпус выполнен из гибкого пластика и силиконового каучука, а внутри размещены электронные датчики, модуль управления, камера и литий-полимерный аккумулятор. В районе “хвоста” размещаются воздушно-шлюзовые камеры, которые обеспечивают SoFi плавучесть. Робот умеет двигаться по прямой, совершать повороты и нырять. При этом он достаточно силен, чтобы справляться с подводным течением.

Руководить SoFi должен находящийся неподалеку водолаз при помощи водонепроницаемого пульта управления с джойстиком, подобным тем, что используются в игровых консолях. В настоящее время роборыба способна погружаться на глубину более 15 метров, но в будущем разработчики намерены увеличить этот показатель. Она умеет вести фото- и видеосъемку, оставаясь под водой до 40 минут.

Робот-медуза

Флоридский Атлантический университет

Чтобы наблюдать за коралловыми рифами и изучать их, не причиняя вреда хрупкой экосистеме, ученые из Флоридского Атлантического университета и Управления военно-морских исследований создали биомиметического мягкого робота, использующего принцип движения медузы.

Он укомплектован восемью щупальцами и парой насосов. При помощи последних робот закачивает воду из окружающей среды в щупальца для совершения плавательного рывка. Как только насосы отключаются, вода выводится обратно, а щупальца приходят в исходное положение.

Таким образом, медуза способна неспешно передвигаться по морским глубинам. Ее диаметр составляет всего 20 см, но разработчики уверяют, что она может пробираться через более узкие участки. При этом в отличие от компактных подводных лодок, используемых для наблюдений за кораллами, у роботов нет пропеллеров, способных повредить их. Для производства механических медуз используется 3D-принтер.

Робот-защитник Большого Барьерного рифа

Квинслендский Технологический университет

Читайте также:  Создан умный прибор, печатающий на 3D принтере нарисованные макеты

Если ученых из США интересовало исследование коралловых рифов, то австралийские исследователи поставили во главу угла их защиту. Еще в 2016-м они предложили концепцию, выигравшую приз зрительских симпатий на конкурсе Google Impact Challenge. Два года спустя они представили подводного робота RangerBot, призванного оберегать Большой Барьерный риф.

Как и герой фильма “Заложница”, RangerBot имеет “особый набор навыков”. Помимо умений наблюдать за состоянием рифов и качеством воды, передвигаться в любом направлении, ориентироваться в пространстве и избегать препятствий, в него входит возможность идентификации и устранения морских звезд вида Терновый венец, уничтожающих кораллы. Распознав вредителя (с точностью до 99,4%) он может сделать ему смертельную инъекцию, которая приведет к гибели Тернового венца.

Впрочем, с начала ноября миссия RangerBot радикально изменилась. Вместо того чтобы отбирать жизни, исследователи из Квинслендского Технологического университета, создавшие робота, поручили ему жизни дарить. Теперь “подводник” распространяет личинки коралловых полипов по поврежденным участкам Большого Барьерного рифа с целью их восстановления. Робот даже получил новое имя – LarvalBot.

Робот-ловушка

Институт Уайс при Гарвардском университете

Поимка морских обитателей для дальнейшего изучения – не самая простая задача, требующая деликатности. Ведь ловить их нужно так, чтобы не навредить. Именно с этой целью исследователи института Уайс при Гарвардском университете создали ловушку RAD (rotary actuated dodecahedron).

В вытянутом состоянии RAD вовсе не похожа на морское существо, а скорее напоминает кисть руки. Пять “пальцев” плавно складываются в камеру в форме двенадцатигранника. Девайс оснащается единственным мотором и управляется дистанционно.

Разработчики уже провели испытания, в ходе которых им удалось поймать несколько медуз, не причинив им ни малейшего вреда. После этого их тут же отпустили на волю. Тесты проводились на глубине 700 метров, но робот разрабатывался с прицелом на куда большие глубины. Создатели RAD отмечают, что механизм их творения весьма прост, и в нем нечему ломаться.

Гибкие экраны — как такое возможно

Содержание

Содержание

Гибкие экраны долгое время относились к тому особому виду инноваций, которые уже много лет существуют в виде концептов, но в серийные модели все никак не материализуются. И вот свершилось — в продажу поступили первые «сгибаемые» смартфоны от Samsung и Huawei. А значит, пришло время разобраться, как была реализована технология гибкого дисплея, какие проблемы преследовали разработчиков, и какие фишки им удалось предложить.

Кому это нужно

1. Прежде всего, конструкторы и маркетологи рассматривали гибкие экраны как возможность создавать устройства, которые можно раскладывать. Идея заключается в том, чтобы иметь в распоряжении компактный девайс, вмещающийся в карман, но при необходимости трансформировать его в устройство с вдвое большей диагональю экрана. Только представьте: легким движением руки смартфон превращается… смартфон превращается… превращается смартфон — в элегантный планшет!

Однако, ничего смешного. Все у них получилось!

2. Еще один возможный плюс — создание больших мультимедийных устройств с рулонным экраном, которые бы могли сворачиваться в и разматываться, что позволит экономить пространство и при этом «не портить» современный интерьер. Такое уже имеется и продается — рулонные телевизоры выпускает компания LG.

3. Очевидно, что нелинейная форма экрана может быть полезна при производстве каких-то «опоясывающих» изделий, типа браслетов-ремешков для ношения в виде смарт-часов на запястье. Либо для инсталляции дисплея в какие-то криволинейные конструкции, например, в торпеду автомобиля.

4. В качестве плюшки к гибкому девайсу (как бы по умолчанию) прилагается повышенная стойкость дисплея к ударам. Очевидно, что мягкий экран не должен разбиваться при падении, также он не должен ломаться/трескаться в кармане джинсов.

5. Если в гибком экране не используется стекло (а его там быть никак не может из-за известной жесткости этого материала), то в целом устройство должно стать существенно тоньше, а также заметно потерять в весе. И, теоретически, по этой же причине себестоимость гибкого дисплея должна получиться ниже.

Читайте также:  Новая система ИИ будет отфильтровывать спам в интернете

Проблемы изготовления гибких экранов

Как водится, в бочке с медом всегда должна быть парочка ложек дегтя. Список проблем, обязательных к решению, оказался не таким уж и маленьким.

1. Допустим, сам экран удалось сделать гибким, и сам по себе он может спокойно работать, например, как фоторамка. Но как быть со сложными устройствами, в которых он покрывает всю площадь корпуса (смартфоны, планшеты)? Ведь невозможно изогнуть модуль камеры, динамик или чип с процессором и памятью. А еще пока не придумали гибких аккумуляторов, а они достаточно большие.

2. Гибкий экран не будет иметь в составе стекла, которое выполняет защитную и, если можно так выразиться, формообразующую/несущую функцию для размещения тонкопленочных транзисторов. Вместо него нужно использовать пленку для наружной защиты и гибкую полимерную подложку в качестве основы. Сразу возникает ряд вопросов: насколько надежно пленка защитит матрицу от механических повреждений, как быстро после многократных изгибов и переломов она получит повреждения и потеряет герметичность, получится ли нанести на нее практичное олеофобное покрытие, и как долго оно прослужит?

3. Разумеется, актуальной для гибких матриц является проблема уменьшения допустимого радиуса перегиба, а также увеличения количества циклов до появления так называемых «артефактов». Дело в том, что обычная относительно эластичная OLED-матрица даже при одном нормальном перегибе получает повреждения проводящих слоев и выходит из строя.

4. Также оказалось очень непросто сделать так, чтобы зона экрана, которая постоянно изгибается, в полной мере сохраняла свои способности тач-управления.

5. Если гаджет с гибким экраном будет иметь формфактор «раскладушки», то как добиться долговечности механических частей (петли, шарниры, шлейфы) в зоне перелома? Параллельно с этим нужно как-то реализовать надежный механизм фиксации устройства в разложенном и сложенном состоянии.

6. Раскладывающиеся смартфоны, выполненные с использованием такой технологии, будут иметь экран с примерно вдвое большей площадью. А это означает, что девайс будет потреблять больше энергии — придется бороться за повышение автономности.

Становление технологии

Фантасты мечтали о гибких экранах давно. Технологи работали над их разработкой десятилетиями, но постоянно упирались в необходимость использования стекла. Первые более-менее функциональные гибкие девайсы удалось изготовить с использованием технологии E-Ink. Электронная бумага примечательна тем, что внутри силиконового листа в капсулах с темным маслом находятся отрицательно заряженные светлые частицы. В зависимости от того, подается ли напряжение к конкретной капсуле-пикселю, пользователь будет видеть ее либо белой, либо черной — так и появляется характерного вида чёрно-белый текст/изображение.

Сначала на «электронных чернилах» делали читалки с использованием стеклянных подложек, потом научились ставить в качестве подложки пластик, это позволило создавать экраны в виде гибкого полимерного листа. Тогда появились разные девайсы с изогнутыми экранами, типа браслетов. Однако тягаться с обычными дисплеями электронная бумага не смогла — в первую очередь, из-за неприемлемо большого времени обновления экрана, что делает невозможным полноценное интерактивное использование девайсов на E-Ink.

Следующий шаг на пути к триумфу — развитие экранов с технологией OLED (organic light-emitting diode), AMOLED, PMOLED. Ключевыми стали две особенности дисплеев на органических светодиодах:

  • Многослойную тонкопленочную структуру можно собирать с использованием гибких полимеров вместо стекла.
  • Каждый светодиод подсвечивается отдельно, поэтому они могут нормально работать на изогнутой матрице.

Сначала в 2011 году, тогда еще подающая признаки жизни, фирма Nokia показала свой прототип эластичного смартфона Kinetic. Он мог не только изгибаться и скручиваться, но также управлялся посредством различных «телодвижений».

Читайте также:  В Индии открылся крупнейший завод компании Samsung

В 2013 свое первое веское слово сказала компания Samsung, когда представила гибкий дисплей YOUM. Он стал праобразом “фирменной” технологии FAMOLED (Flexible Active Matrix Organic Light Emitting Diode — гибкая активная матрица из органических светоизлучающих диодов), которая была применена в 2019 году в смартфоне Galaxy Fold.

Тогда разработчики южнокорейского концерна сделали эффектную мягкую фоторамку. А вот с перспективным смартфоном такого фурора не случилось. Максимум, что удалось создать на тот момент — это сформировать (и потом таки «застеклить») из гибкой OLED-матрицы изогнутый край экрана, который зашел на боковую кромку смартфона. Получилось красиво, плюс к тому же на эту боковину экрана бегущей строкой вывели текстовые сообщения — их можно было читать, даже не открывая смартфон в чехле-книжке.

Затем на несколько лет водрузилась относительная тишина. Гибкие экраны создать удалось, а вот сделать полноценно гибкий смартфон — тут конструкторы уперлись в неумолимые законы физики. Но рынок требует постоянного движения, поэтому что-то новенькое все-таки должно было увидеть свет.

2019. Складываемые смартфоны от Huawei и Samsung

Итак, стартовали продажи долгожданных моделей Samsung Galaxy Fold и Huawei Mate X. Что можно о них сказать? Первопроходцы! «Прикоснуться к будущему», «новая глава в истории мобильных технологий», «открыть невероятное» — все это, конечно, есть.

По факту перед нами девайсы, которые можно использовать одновременно как смартфоны и как планшеты. Устройство Galaxy Fold в раскрытом состоянии имеет диагональ AMOLED экрана 7,3 дюйма, а дисплей Mate X — 8 дюймов. Кстати, производители предупреждают, что посреди гибкого экрана могут просматриваться следы от складывания устройства — это нормальное явление для него.

Оба аппарата трудно назвать полноценно гибкими — они как раз именно складываемые, то есть состоят из двух половин, объединённых петлями-шарнирами с блокирующим механизмом. Инженеры провели работу над ошибками — после первых неудачных тестов конструкцию соединительного модуля усовершенствовали и теперь нам обещают до 200 000 плавных закрывании и открываний.

Разложенные экраны практически квадратной формы хорошо приспособили для работы в нескольких окнах с несколькими приложениями. Приложения легко и быстро трансформируются под уменьшенный экран при закрытии девайса.

Батарея в обоих устройствах реализована двойной (по одному аккумулятору расположили в каждой половинке «книжечки»), суммарная емкость составляет 4380 у Galaxy Fold и 4500 мАч у Mate X. В результате девайсы обеспечивают до 13 часов работы в Интернете (по Wi-Fi или LTE) и до 20 часов воспроизведения видео. Естественно, в них есть быстрая зарядка и ряд умных систем энергосбережения.

Что касается производительности, камер, связи, дизайна — тут, что называется, полный фарш. Большинство недостатков, которые были выявлены у сырых тестовых экземпляров, инженеры, вроде бы, исправили. Хотя сделать более-менее обоснованные выводы касательно надежности и практичности можно будет после некоторого времени использования серийных моделей обычными пользователями в реальных полевых условиях. Цена (более 2-ух тысяч долларов) на эти флагманы пока совсем не гуманная, но она обязательно просядет, когда немного пройдет ажиотаж, и компании-первооткрыватели хоть немного «отобьют» затраченные на разработку средства.

На данный момент сгибаемые смартфоны, фоторамки и рулонные телевизоры — выглядят апофеозом гибких экранов. Но вполне может быть, что это не предел, время покажет.

Как все начиналось: гибкие и складные дисплеи — история появления и выход «в люди»

Samsung представила складной смартфон Galaxy Fold, а Huawei тут же ответила ей гибкой моделью Mate X. Похожие устройства разрабатывают и другие компании, причем не только смартфоны — Lenovo анонсировала скорое появление ноутбука со складным дисплеем. Складывающиеся экраны — одна из разновидностей гибких дисплеев, правда, гибкое там не всё, а лишь одна область. Пока такие матрицы — это еще редкость, поэтому вопросов о них больше, чем ответов, но попробуем разложить все по полочкам.

Читайте также:  Смартфоны бренда Palm снова появятся в продаже

От мечты к реальным прототипам

Первыми были фантасты. В книгах и кинофильмах главные герои использовали самые необычные устройства, среди которых встречались гаджеты с гибкими и складными экранами всех цветов и размеров.

1974 — первая реальная попытка

Практическую реализацию идеи предложила компания Xerox, а вернее, одно из ее подразделений — PARC. Разработчики создали гибкую электронную бумагу Gyricon. Она появилась в 1974 году, технология стала началом эволюционного пути гибких дисплеев. «Бумага» состояла из полиэтиленовых сфер от 20 до 100 мкм в диаметре. Каждая сфера составлялась из отрицательно заряженной чёрной и положительно заряженной белой половины. Все сферы помещались в прозрачный силиконовый лист, который заполнялся маслом, чтобы сферы свободно вращались. Полярность подаваемого напряжения на каждую пару электродов определяла, какой стороной повернется сфера, давая, таким образом, белый или чёрный цвет точки на дисплее. Gyricon был гибким, стирать и перезаписывать изображение на чувствительном слое можно было тысячи раз.

1989 — Gyricon как вариант гибкого дисплея


Электронная бумага Gyricon, версия 1989 года. Источник: Сomputerworld

Николас Шеридан, работая в Xerox Palo Alto Research Center (PARC), искал возможность избавить офисы от бумаги, предоставив альтернативу — электронную бумагу, которая выдерживала тысячи циклов использования. Gyricon, по его мнению, был отличным кандидатом на эту роль. В 1989 году у него появилась и новая идея — разрабатывать гибкие дисплеи на основе своего изобретения.

90-е годы XX века — Xerox пробует продвинуть на рынке свои гибкие дисплеи

В 90-х годах прошлого века технологию запатентовали и стали работать над проектом более активно. Правда, использовать такие дисплеи для коммерческих целей впервые попробовали лишь в 2003 году. Компания Xerox надеялась, что вскоре можно будет наладить массовые поставки гибких дисплеев на основе Gyricon на рынок, тем более, что как раз в это время стали массово появляться мобильные телефоны, для которых гибкий дисплей был отличным вариантом — ведь гибкий материал не разобьётся, это не стекло. К сожалению, себестоимость дисплеев от Xerox оказалась слишком высокой для того, чтобы она заинтересовала вендоров электронных устройств. Проект решили закрыть в 2005 году, но компания Xerox до сих пор является держателем патента.

2005 — новая разработка от HP

В 2005 году другая команда исследователей, на этот раз из компании HP, начала работать над созданием гибкого цветного дисплея. Но и этот проект пришлось закрыть, поскольку разработчики не успели подготовить рабочий демонстрационный прототип к запланированному сроку. У HP осталась технология, с которой компания пыталась работать. Но в 2010 направление окончательно закрыли, поскольку оказалось, что тонкие и легкие стеклянные экраны выгоднее более массивных гибких экранов.

2010 — цветной гибкий дисплей от Samsung

В 2010 году Samsung показала отличный цветной гибкий дисплей, который отображал все цвета яркими и сочными. Размер экрана составлял 4,5 дюйма, а его разрешение было 800 х 480 точек. После той демонстрации стало понятно, что в течение нескольких лет гибкие дисплеи выйдут на рынок.

Следом появился гибкий E-ink дисплей, разработанный в компании Human Media Lab. Он был не просто гибким — датчики, расположенные в экране, отслеживали степень изгиба поверхности, вырабатывая электрический сигнал в качестве обратной связи.

Это дало возможность разработать экраны, выполнявшие определенные действия в ответ на приложенное пользователем усилие. Например, изогнув правый уголок, можно было вернуться на предыдущую страницу, левый — запустить приложение.

Читайте также:  Microsoft объявила о продлении техподдержки телефонов с ОС Windows 10

Был представлен даже гибкий телефон с E-ink экраном, который изгибался в ответ на входящий звонок или сообщение. Таким образом, человек сразу мог понять, что с ним кто-то хочет связаться.

К сожалению, обе технологии были очень сырыми. Это была просто демонстрация возможностей инженеров, поэтому в продакшн все это не пошло, оставшись на уровне концепции. Разработать реальное устройство, которое могло бы стать популярным на том уровне развития гибких дисплеев, было все еще невозможно.

2013-2017 — появление современных перспективных проектов

Аналогичным концептом был и гибкий телефон Nokia, представленный в 2011 году. Затем создала собственный концепт и корпорация Samsung, показав прототип в 2013 году.

Именно эта южнокорейская компания стала активно развивать и продвигать идею гибких экранов для смартфонов. Не менее рьяно бросилась изобретать «велосипед» и LG. На CES 2013 компания продемонстрировала несколько устройств с гибкими экранами. Это были уже вполне функциональные гаджеты. Чуть позже одна из технологий — закругленный по краям экран, покрытый обычным стеклом — стал частью продуктовой линейки Samsung в качестве смартфонов Edge.

В течение нескольких следующих лет компании продолжали демонстрировать концепты, пока в 2017 году Sony не представила первый коммерческий продукт — умные часы FES Watch U с изогнутым экраном E-ink с интегрированными электронными компонентами. Собственно, часы и были экраном — как циферблат, так и ремешок. Пользователь мог изменять как цвет всего устройства, так и отдельных его элементов.

Концептов было очень много, все просто нереально перечислить в рамках одной статьи. И большая часть их так и остались проектами, идеями, которые никогда не были реализованы.

Реальные проекты, а не proof of concept

Первым стал малоизвестный стартап Royole. Компания показала свой телефон на CES в январе 2019 года и вскоре запустила его в продажу. Диагональ гаджета в разложенном состоянии — 7,8 дюйма. По словам журналиста, который опробовал устройство в работе, у гаджета оказалось множество недостатков, продукт был сырым.

Затем последовала очередь Samsung с ее Galaxy Fold. Компания анонсировала устройство в конце января 2019-го, сообщив цену — $1980.

Корпорация разослала устройство журналистам западных СМИ, которые быстро обнаружили в конструкции девайса большое количество недоработок.

Аналогичный смартфон Huawei получил название Mate X.

По словам представителей компании, устройство можно сложить около 100 000 раз безо всякого вреда. Правда, в Samsung говорили примерно то же, но, как оказалось, не все так просто.

Еще один телефон со складывающимся дисплеем представила Xiaomi — Mi Flex Dual. Его дисплей состоит из трех частей, а не двух. Пока это рабочий концепт, и его стоимость неизвестна.

Компания Lenovo рассказала о готовящемся к выпуску ноутбуке со складным дисплеем. Это безымянный пока представитель семейства ThinkPad X1, который появится в продаже только в следующем году. Известны некоторые характеристики дисплея. Диагональ экрана — 13,3 дюйма, тип — OLED, разрешение — 1920×1440. Изготавливать экран для Lenovo будет компания LG.

Еще одно получило название Nubia Alpha. Гибкий экран позволяет надеть гаджет на руку на подобие часов. Устройство обладает функциями смартфона и будет стоить 499 евро. С его помощью можно совершать звонки, отправлять и принимать сообщения, смотреть фильмы фотографировать.

Почему так дорого

Во-первых, потому, что компании вкладывают большие деньги в разработку новых технологий. В текущую технологию гибких OLED-дисплеев только Samsung вложила не меньше $2 млрд за несколько лет. Все это компания надеется вернуть, так что телефоны с гибкими экранами не могут быть дешевыми.

Читайте также:  Sony запатентовала новую модель игрового контроллера

Во-вторых, основной материал для OLED-дисплеев — оксид индия-олова — дорогой. Килограмм стоит около $800, и стоимость постоянно растет, поскольку увеличивается спрос.

В-третьих, пока что компании выпускают устройства с гибкими и складными экранами небольшими партиями. Чем меньше объем поставок, тем выше стоимость одного устройства.

В-четвертых, несмотря на то, что устройств нового типа немного, в их продвижение вкладываются огромные суммы. Эти средства нужно возвратить, так что они тоже являются частью цены устройства.

В чем сложность производства

Детали производства компании не раскрывают. Но сложность не только в том, что нужно просто сделать дисплеи гибкими или складными. Это также означает и то, что необходимо искать новые материалы для корпуса, подумать над энергосбережением (больший по размеру экран потребляет много энергии) и выработать новые техпроцессы.

Та же корпорация Samsung представила первые гибкие OLED экраны шесть лет назад. Сам по себе OLED-дисплей — сложная и тонкая структура, которую нельзя подвергать сильному внешнему воздействию. Такой дисплей представляет собой тончайшие пленки органического материала между электродами, которые доставляют энергию отдельным пикселям. Электричество активирует пиксель или выключает его.

Классическую OLED-матрицу в обычном телефоне нельзя согнуть без вреда для промежуточных слоев. При изгибании проводящий слой изменит свои характеристики, и нормально работать такой экран не будет. Чтобы дисплей продолжал работать и в сложенном состоянии, нужен специальный наполнитель, структура, которая создает что-то вроде гибкого каркаса, удерживающего все элементы на месте даже во время изгибания.

И это только часть проблемы, поскольку важным элементом экрана является еще и тач: сенсорная поверхность не должна терять свои свойства при деформации.

Плюс ко всему, при увеличении поверхности дисплея растет его энергопотребление, так что разработчикам приходится искать новые способы увеличения энергоэффективности устройств. Они не должны разряжаться быстрее, чем привык современный пользователь. В противном случае покупать новые телефоны никто не будет.

Почему технологичный продукт не популярен

Одна из основных проблем — это высокая стоимость устройств. Решить ее прямо сейчас нельзя, поскольку в технологию вложили много денег, и их надо возвращать. А выпускают устройства пока очень небольшими партиями.

Вторая сложность — техническое несовершенство устройств. Об этом можно судить по случившемуся Samsung Galaxy Fold. Несмотря на уверения производителя в том, что сгибать/разгибать экран можно тысячи раз без вреда, реальность оказалась иной. В первые же дни стали ломаться устройства, которые попали на тест к журналистам техно-СМИ. Портила экран даже попавшая внутрь пыль, не говоря уже о механическом воздействии на дисплей. Эту проблему компания пообещала решить, после того, как инженеры Samsung изучили вышедшие из строя телефоны и поняли, в чем причина. Понятно, гарантии, что после выхода в массовую продажу не появятся другие проблемы, никто не даст.

Третья — неопределенность спроса. Пока платить большие деньги за необычные устройства, которые, к тому же, еще и ломаются, готовы лишь гики-энтузиасты. А если покупать телефоны не будут, технология останется невостребованной. Решить проблему можно, лишь снижая цену, повышая надежность и проводя удачные маркетинговые кампании.

Представители Samsung предсказывают, что к 2022 году объем рынка гибких дисплеев вырастет минимум в четыре раза. Но на самом деле, компания озвучивает собственные ожидания. Вложив в проект несколько миллиардов долларов, корпорация надеется отбить их в будущем. В действительности не знает, насколько удачным и востребованным является это решение.

Ссылка на основную публикацию