پن-تبلت های گرافیکی Wacom بدون باتری چطور کار می کنند؟

قلم های دیجیتالی و پن-تبلت ها (تبلت های گرافیکی) یکی از ابزارهای حرفه ای گرافیست ها به شمار می روند. این ابزار جانبی که هنوز بسیاری آنها را با نام قدیمی قلم های نوری یاد می کنند، به کاربران این امکان را می دهد که با کامپیوتر شخصی به طراحی و نقاشی دیجیتال بپردازند، با دستخط خود بنویسند یا کارهایی نظیر ویرایش عکس را دقیق تر، راحت تر و بهتر انجام دهند. قلم های دیجیتالی علاوه بر سازگاری بهتر با آناتومی دست، ویژگی هایی نظیر توانایی تشخیص مقدار فشار وارده بر نوک قلم و بعضا تشخیص زاویه با افق را دارند؛  قابلیتی که در ماوس ها و سایر ابزارهای ورودی گرافیکی متداول وجود ندارد.

در طول سال ها، روش های گوناگونی برای ردیابی قلم و تبدیل حرکات آن به داده های دیجیتالی در تبلت های گرافیکی استفاده شده که بسیاری از آنها نیاز به تغذیه جداگانه مثل باتری و یا اتصال سیم برای قلم (استایلوس) دارند. نیاز داشتن به منبع تغذیه برای قلم ها، محدودیت هایی را در طراحی و بکارگیری قلم به وجود می آورد؛ برای مثال وزن و ضخامت زیاد قلم به واسطه قرار گیری باتری در آن موجب عدم راحتی کار با آن بوده است. همچنین، دردسر تعویض مرتب باتری و کنار آمدن با سیمی که همیشه مزاحم دست است از جمله محدودیت هایی هستند که هر کسی به آسانی با آنها کنار نمی آید. از سوی دیگر، پن-تبلت هایی هستند که قلم شان نیازی به تغذیه جداگانه ندارند و در نتیجه، تجربه بهتری را برای کاربر فراهم می سازند. در این میان، محصولات شرکت ژاپنی Wacom بیش از سایر تولیدات توجه هنرمندان و گرافیست ها را به خود جلب کرده است.

در ادامه مطلب توضیحات بیشتری در رابطه با این محصولات و نحوه کارکرد آنها مطالعه کنید.

پن-تبلت های واکوم مدت هاست که با قلم های بدون باتری به بازار عرضه می شوند؛ قلم هایی که با وزن و ضخامت مناسب، بسیاری از کاربران مبتدی و حرفه ای را به خود جذب کرده اند. جالب است بدانید که قلم ها و دیجیتایزرهای سامسونگ سری Note نیز بر پایه فناوری توسعه داده شده توسط واکوم، ساخته می شوند. همانطور که می دانید، قلم S Pen یک وسیله ساده نیست؛ این قلم می تواند مقادیر مختلف فشار را از هم تفکیک کند. از این رو فبلت ها و تبلت های نوت هم قادر هستند تا موقعیت نوک قلم را در چند میلیمتری سطح نمایشگر تشخیص دهند. علاوه بر این، این استایلوس یک کلید هم بر روی بدنه دارد که با توجه به عدم وجود باتری داخلی، روش عملکرد آن را عجیب جلوه می دهد. اما سوال اینجاست که این قلم ها چطور می توانند بدون باتری کار کنند؟

سیستم ردیابی پن-تبلت های واکوم بر پایه رزونانس الکترومغناطیسی -به اختصار EMR- است. واکوم این روش را سال ها پیش در محصولاتش به کار گرفت و از آنجا که حق امتیاز آن را در اختیار داشت، دیگر سازندگان تا همین چند سال پیش نمی توانستند از این شیوه در تبلت های گرافیکی خود استفاده کنند. در روش EMR (یا Electro Magnetic Resonance)، قلم نیازی به باتری یا سیم تغذیه ندارد. این در حالی است که تعداد زیادی از پن-تبلت های غیر تماسی به منبع تعذیه نیاز دارند تا قلم بتواند با تامین انرژی از آن، سیگنالی را تولید و جهت اعلام موقعیت به صفحه زیرین (تبلت) ارسال کند. اما در رزونانس یا تشدید الکترومغناطیسی نیازی نیست که قلم با سطح صفحه حسگر تماس داشته باشد، بلکه در صورت قرارگیری آن در ارتفاع چند میلیمتری صفحه، باز هم مختصات قلم تشخیص داده می شود. جالب تر این که برخورد اتفاقی دست یا دیگر اشیای خارجی با سطح تبلت هم باعث بروز مشکل در این سیستم ردیابی نمی شود. اما EMR چیست؟

احتمالا با پدیده تشدید در فیزیک آشنا هستید. در ویکی پدیا می‌ خوانیم: "در فیزیک، رزونانس یا تشدید عبارت است از تمایل سیستم به نوسان با بیشینه دامنه در فرکانس‌ هایی خاص که به آنها فرکانس رزونانس و یا فرکانس تشدید می گویند. در چنین فرکانس‌ هایی انرژی ارتعاشی در جسم ذخیره می ‌شود و در نتیجه نیروبی کوچک و متناوب می ‌تواند باعث حرکتی نوسانی با دامنه بزرگ شود."

به طور خلاصه، در روش EMR تبلت با ایجاد یک میدان مغناطیسی توسط لایه حسگر و با بهره گیری از پدیده رزونانس یا تشدید، انرژی اندکی را در مدار داخلی استایلوس القا می کند (اگر بخواهیم ساده بگوییم، چیزی شبیه به فرآیند کوک کردن سازها با استفاده از دیاپازون). سپس قلم با استفاده از این انرژی، یک سیگنال الکترومغناطیسی را به سوی تبلت باز می گرداند. تکرار این چرخه در کنار تحلیل سیگنال دریافتی در تبلت، موقعیت، زاویه قلم و همینطور سرعت و فشار وارده بر نوک آن را مشخص می کند. این توضیح کار قلم های واکوم به عبارت ساده است اما اگر می خواهید موضوع را دقیق تر بفهمید می توانید ادامه مطلب را دنبال کنید. در ادامه مطلب نگاهی به اجزای داخلی تبلت و قلم می اندازیم.

لایه حسگر از یک ورقه نازک (ساخته شده از رزین اپوکسی شفاف یا ترکیبی از پلی آمید و پلی اتیلن ترفتالات) تشکیل شده که شامل تعداد زیادی شبکه سیم پیچ (به گفته واکوم آنتن) در دو راستای X و Y است. در پشت این صفحه یک لایه محافظ قرار گرفته تا تاثیر نویزهای به وجود آمده از مادربورد و دیگر مدارها (از جمله مدار نور پس زمینه در تبلت هایی با نمایشگر داخلی) را خنثی کند. ضخامت کل صفحه حسگر، که شامل بخش های بالا می شود، تنها ۰.۶ میلیمتر است.

مسلما این قسمت به تنهایی نمی تواند کار ردیابی قلم را انجام دهد و نیازمند یک بخش کنترل کننده است. مدار کنترل کننده ای که در بدنه تبلت جای گرفته، این وظیفه را بر عهده دارد. این مدار شماری از سیم پیچ های صفحه حسگر را تعیین کرده و جریان متناوبی را بر آن ها اعمال می کند. این کار باعث می شود که در فضای پیرامون سیم پیچ ها میادین مغناطیسی ایجاد شود. قلم با عبور از میان این میدان ها مقداری انرژی الکتریکی به دست می آورد و آن را در مدار رزونانس (مدار تشدید) خود، که در نوک قلم قرار گرفته و شامل سیم پیچ و خازن می شود، ذخیره می کند. در ادامه، سیگنال دریافتی پس از عبور از بخش مدولاسیون، به همراه اطلاعات مربوط به حسگر تشخیص فشار و وضعیت کلیدهای روی استایلوس، به تراشه داخل قلم انتقال پیدا می کند. در پایان، شناسه قلم با این داده ها ترکیب شده و پس از عبور از مدولاتور، در قالب سیگنالی به مدار رزونانس نوک قلم منتقل می شود. در این مرحله، در اطراف نوک قلم یک میدان مغناطیسی تولید می شود که تبلت می تواند با استفاده از سیم پیچ ها آن را تشخیص دهد. درواقع مدار نوک استایلوس هم وظیفه دریافت و ارسال سیگنال را بر عهده دارد و هم انرژی لازم برای قلم را تامین می کند.

بخش کنترل کننده تبلت ابتدا با اسکن کردن سیم پیچ های روی صفحه، موقعیت تقریبی استایلوس را پیدا می کند. پس از آن، واحد کنترل وضعیت چندین سیم پیچ را که در نزدیکی نوک قلم قرار دارند مورد بررسی قرار می دهد تا با داده های دریافتی، مختصات دقیق قلم و پارامترهای مرتبط با آن را تشخیص دهد. این سیستم ردیابی حدودا هر ۲۰ میکرو ثانیه بین دو عمل ارسال و دریافت امواج جابجا می شود. در پایان هر چرخه پردازش، اطلاعات از طریق درگاه USB یا امواج بیسیم به رایانه و نرم افزار گرافیکی مورد استفاده انتقال پیدا می کنند. به این ترتیب شاهد رسم شدن خطوط و نشانه ها بر روی کامپیوتر خواهیم بود.