«Эта интеллектуальная клавиатура меняет традиционный способ использования клавиатуры для ввода информации, — сказал Чжун Линь Ван, профессор школы материаловедения и инженерии Технологического института Джорджии. «Каждый удар по клавишам производит сложный электрический сигнал, который можно записать и проанализировать».Обычные клавиатуры записывают, когда нажатие клавиши приводит к механическому контакту, указывая на нажатие определенной клавиши. Интеллектуальная клавиатура записывает каждое прикосновение к букве, но также фиксирует информацию о силе, приложенной к клавише, и времени между нажатием одной клавиши и другим. Такой стиль набора текста уникален для отдельных людей и может обеспечить новые биометрические параметры для защиты компьютеров от несанкционированного использования.
В дополнение к подаче небольшого электрического тока для регистрации нажатия клавиш новая клавиатура также может генерировать достаточно электричества для зарядки небольшого портативного электронного устройства или питания передатчика, чтобы сделать клавиатуру беспроводной.Эффект, известный как контактная электризация, генерирует ток, когда кончики пальцев пользователя касаются пластикового материала, на который нанесен слой электродного материала. Напряжение генерируется за счет эффектов трибоэлектрической и электростатической индукции.
Используя трибоэлектрический эффект, небольшой заряд может быть произведен всякий раз, когда материалы контактируют, а затем раздвигаются.«Наша кожа диэлектрическая, и в наших пальцах есть электростатические заряды», — отметил Ван. «Все, к чему мы прикасаемся, может стать заряженным».Хотя функция автономного питания может обеспечить удобство и потенциально устранить необходимость в батареях в беспроводных клавиатурах, Ван считает, что основное влияние устройства может заключаться в обеспечении безопасности компьютеров за счет использования индивидуальных шаблонов набора текста или привычек в качестве биометрических данных.«Это может стать новым средством идентификации пользователей», — сказал он. «С этой системой скомпрометированный пароль не позволит киберпреступнику проникнуть в компьютер.
То, как каждый человек набирает даже несколько слов, индивидуален и уникален».Чтобы оценить потенциал аутентификации клавиатуры, исследовательская группа попросила 104 человека набрать слово «прикосновение» четыре раза и записала полученные электрические рисунки. По словам Ванга, с помощью методов анализа сигналов они смогли различать отдельные шаблоны набора текста с низким уровнем ошибок.
Вместо отдельных механических клавиш, как на традиционных клавиатурах, интеллектуальная клавиатура Wang состоит из вертикально уложенных прозрачных пленочных материалов. Исследователи начинают со слоя полиэтилентерефталата между двумя слоями оксида индия и олова (ITO), которые образуют верхний и нижний электроды.Затем на поверхность ITO наносится слой фторированного этиленпропилена (FEP), который служит в качестве слоя электризации, который генерирует трибоэлектрические заряды при прикосновении кончиками пальцев. Массивы нанопроволок FEP формируются на открытой поверхности FEP посредством реактивного ионного травления.
Работа клавиатуры основана на связи между электризацией контактов и электростатической индукцией, а не на традиционном механическом переключении. Когда палец соприкасается с FEP, заряд передается на границе контакта, инжектируя электроны из кожи в материал и создавая положительный заряд.
Когда палец удаляется, отрицательные заряды на стороне FEP индуцируют положительные заряды на верхнем электроде и равные количества отрицательных зарядов на нижнем электроде. Последовательные нажатия клавиш создают периодическое электрическое поле, которое возбуждает возвратно-поступательные потоки электронов между электродами. Хотя в конечном итоге заряды рассеиваются, они остаются на поверхности FEP в течение длительного периода времени.Ван считает, что новая интеллектуальная клавиатура будет конкурировать с существующими клавиатурами как по стоимости, так и по долговечности.
В основе нового устройства лежат недорогие материалы, которые широко используются в электронной промышленности.В рамках исследования его исследовательская группа оценила клавиатуру в сложных условиях, включая воздействие влаги, грязи и масла. «Вы можете налить кофе на клавиатуру, и она не будет повреждена», — сказал Ван. «Поскольку он основан на листе пластика, жидкости не повредят его».Об исследовании было сообщено 30 декабря онлайн в журнале ACS Nano.
Он был спонсирован Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США.Помимо Вана, в исследовательскую группу входили первый автор Джун Чен из Школы материаловедения и инженерии Технологического института Джорджии; Гуан Чжу из Пекинского института наноэнергетики и наносистем; Цзинь Ян из Чунцинского университета; Циншэнь Цзин, Пэн Бай, Вэйцин Ян и Юаньцзе Су из Технологического института Джорджии; и Сюэви Ци из Калифорнийского университета в Риверсайде.
Этот материал основан на работе, поддержанной Министерством энергетики США в рамках награды DE-FG02-07ER46394.