Mobilen din er full av sensorer og «vet» mer enn du tror om omgivelsene
Akselerometer, gyroskop og kompass er bare noe av det du finner i en moderne smartmobil. Vet du hva Hall-sensoren gjør?
Synes du mobildesign har stått på stedet hvil de siste fem-seks årene? Ikke la deg lure av utsiden. På innsiden skjer det nye ting hvert år, og sensorer er en svært viktig del av denne nyskapningen.
Mobilutviklerne går ganske langt for å prøve ut nye konsepter, og nylig sendte Google mobiltelefoner til den internasjonale romstasjonen. Telefonenes misjon? Å kartlegge romstasjonen, og bevegelsene til romdingser NASA har døpt «Sphere». De middels store dingsene brukes til ulike forskningsprosjekter, men hovedmisjonen skal være forskning på væskedynamikk uten at tyngdekraften blander seg inn.
Det var faktisk NASA og astronautene selv som først hektet en mobiltelefon på en Sphere, den gang en Samsung Nexus S. Ved å hente ut data fra telefonens innebygde gyroskop kunne de spore dingsens ferd med ganske god nøyaktighet. Nå har de altså fått spesialisert utstyr. Det er den såkalte Project Tango-telefonen som er sendt opp, og det spesielle med den er at den har avanserte 3D-sensorer, som lar den oppfatte rommet rundt seg.
Disse finner du i alle smarttelefoner:
Elektronisk kompass
Det elektroniske kompasset, eller magnetometeret, om du vil, måler endringer i magnetfeltet rundt deg. Dataene fra dette måleinstrumentet brukes blant annet når telefonen skal orientere deg om hva slags retning du beveger deg i.
Magnetometeret brukes imidlertid ikke bare til navigasjonsformål. De presise gyroskopene vi styrer spill med i dag, gjorde sitt inntog i mobilene første gang med Apples iPhone 4. Før den tid hadde vi ikke noen presis måte å måle svært rolige bevegelser på, og magnetometeret fikk gjøre tjeneste til dette også. Men, et magnetometer gjør ingen spillkontroller alene.
Akselerometer
Akselerometeret måler tyngdekraftens effekt på dingsen det bor i. Det betyr at det vet akkurat hvor bakken er. På grunn av massens treghet kan akselerometeret også måle akselerasjon. Men som det elektroniske kompasset har dette måleinstrumentet alltid vært notorisk upresist. Snur du mobilen opp ned vil akselerometeret merke det, men lar du mobilen ta en stående, men forsiktig piruett, vil bevegelsen neppe registreres, og dataene vil uansett bli vanskelige å tolke.
I dag er og blir akselerometerets viktigste oppgave å fungere som en slags kunstig horisont. Den mest kjente oppgaven denne delen av telefonen din har, er å sørge for at innholdet på skjermen din vises riktig vei, uansett hvilken vei du holder telefonen.
Siden akselerometeret kan måle hvilken retning som gir en rett vinkel mot jordoverflaten under enheten, kan den også finne ut hvor mye telefonen avviker fra denne linjen. Dermed kan telefonen bli et bilratt på null komma niks. Men, dette er som nevnt ikke noe presisjonsinstrument, og før gyroskopene begynte å dukke opp var det ikke uvanlig at folk foretrakk å spille bilspill med knapper på skjermen.
Gyroskop
Du har muligens sett omtrent hvordan et fysisk gyroskop beveger seg. Den klassiske snurrebassen inni en et slags globusoppheng, spinner i omtrent den samme posisjonen uansett hvordan du påvirker opphenget. Et elektronisk gyroskop fungerer på en litt annen måte, og er bygget inn i en brikke med helt ordinært utseende. Resultatet er likevel omtrent det samme som man kunne oppnå med vanlige, fysiske gyroer.
Da teknologien første gang dukket opp i Apples iPhone 4 var det ekstremt uvant å kunne peke mobilen rundt fra stillestående, samtidig som alle bevegelser ble registert av spillet eller appen. Siden har gyroskopet blitt en del av moderne smarttelefoners standardutrustning.
GPS-mottaker
I kategorien «ikke egentlig en sensor, men ...» finner vi GPS-mottakeren. Dette er først og fremst en radioteknologi som beregner posisjonen din på kloden basert på informasjon fra et antall satellitter som sirkler over oss. De 32 GPS-satellittene som sirkler over oss i dag sender ut et signal som mottas av GPS-mottakeren i mobilen din. Sammenkoblet med data fra andre kilder bruker mobilen datastrømmen fra GPS-satellittene til å finne ut hvor du er.
Datakildene som brukes kan være flere. Den aller vanligste er din egen mobiltilkobling. Ved at mobilen vet posisjonen til basestasjonen du er tilkoblet, går det langt raskere å få en god satellittposisjonering også. I tillegg har både europeiske (Gallileo), russiske (Glonass) og kinesiske (BeiDou) myndigheter tilsvarende tjenester i drift, eller på vei i drift. Tjenestene er såpass like at da Glonass-støtten dukket opp i en rekke mobiler, ble den aktivert med en enkel programvareoppdatering.
Sammen med akselerometer og kompass har GPS-mottaket vært en del av grunnlaget for de tidligste variantene av utvidet virkelighet.
CMOS-sensor
En sensor du kanskje ikke tenker på som akkurat det er kamerabrikken. Avhengig av hva slags telefon du har kan du ha alt mellom én og tre slike brikker fordelt rundtom på telefonen din. I digitalkameraenes tidlige dager konkurrerte CCD- og CMOS-sensorene om å vinne forbrukernes gunst. Den siste par årene ser slaget ut til å være vunnet helt og fullt av CMOS-sensorene, og det er også disse du finner som kamera i moderne telefoner.
I dag brukes disse sensorene primært til å ta vanlige stillbilder, men det eksperimenteres stadig mer med hva vi kan bruke disse sensorene til. Googles «Project Tango» går altså ut på å legge til ekstra sensorer som gir dingsen et komplett 3D-syn, men HTC har for eksempel valgt å bruke en ekstra CMOS-sensor til å sørge for bedre fokusering.
På, og rundt, denne fronten har det skjedd store fremskritt de siste årene. Brikkene ble langt mer lysfølsomme da de såkalte «bakbelyste» CMOS-brikkene dukket opp. De har ikke innebygget belysning, men alt av tilkoblinger er flyttet bak på brikken, slik at de ikke forstyrrer brikkens fangst av fotoner. Fasedeteksjon kan gi raskere fokusering, og dukket opp i Samsungs produkter tidligere i år, og LGs G3 ble lansert med laserstyrt fokussystem. For å nevne noe.
Kapasitiv fingersensor
Hvis det er én sensor vi bærer med oss som er helt avgjørende for hvordan vi bruker mobilteknologien i dag, er det fingersensoren som er koblet til skjermen. De kapasitive skjermene har tatt helt over for eldre berøringsteknologi.
Denne sensoren er koblet til et strømførende rutenett i skjermen som vanligvis ikke er synlig. Har du riktig belysning kan du se rutenettet over skjermene på enkelte telefoner. Sensoren sørger for at rutenettet konstant har en lading som er fordelt jevnt ut over skjermarealet. Så fort skjermen kommer borti noe som leder strøm skaper dette en forstyrrelse i dette feltet, som sensoren kan regne ut hvor er.
Ulempen med kapasitive skjermer er at de fleste av dem krever at forstyrrelsen er av en viss størrelse. En fingertupp er uproblematisk, men en penn vil mange skjermer slite med å registrere. Hansker er også en utfordring for enkelte. Det finnes imidlertid løsninger på dette. Enda en spesiell type sensor, som vanligvis omtales som en digitizer, begynner å få en viss utbredelse. Den skal vi omtale lenger ned i saken. I tillegg har nyere kapasitive berøringssensorer blitt i stand til å oppfatte endringer i magnetfelt, uten å kreve direkte kontakt med fingrene dine. Dermed kan du bruke mange nyere telefoner også med hansker på.
Stort sett i dyrere modeller:
Temperatursensor
Noen telefoner har temperatursensor, men enn så lenge er disse svært få. Det virker ikke å være noe nevneverdig system i hvilke enheter disse dukker opp i. For eksempel hadde Samsungs Galaxy S4 temperatursensor, mens Galaxy S5 ikke hadde det. Det er ikke så ofte vi ser produsenter gå ned i spesifikasjoner fra en toppmodell til den neste.
Luftfuktighet
Enkelte mobiltelefoner kan måle luftfuktigheten i omgivelsene rundt deg med et digitalt hygrometer. For at slike målinger skal bli nøyaktige må telefonen kunne måle temperatur også.
Enn så lenge går det en stund mellom hver gang det dukker opp telefoner med disse to funksjonene. En av årsakene kan være at det er komplisert å måle disse tingene fra en enhet som nesten konstant oppbevares kroppsnært, gjerne i en bukselomme. Dette kan påvirke både temperatur og målt luftfuktighet. I tillegg har telefoner i seg selv en tendens til å bli varme under belastning.
Barometrisk trykksensor
Kan telefonen din fortelle deg hvor høyt opp i terrenget du har vært? Da er det godt mulig den har en innebygget sensor som måler trykket atmosfæren utøver på den. Hva et barometer er godt for avhenger litt av hva du kalibrerer dem til å gjøre. I en værstasjon måler disse sensorene om vi har høytrykk eller lavtrykk over oss.
For en mobiltelefon er ikke dette like enkelt å måle, siden den vanligvis ikke er på samme sted hele tiden. Men, den kan altså bruke denne trykksensoren til å finne ut din relative høyde i terrenget. Går det atmosfæriske trykket ned har du beveget deg oppover. Går det opp har du beveget deg nedover.
Det er verdt å nevne at GPS-mottakere kan gi deg noenlunde nøyaktig høydeinformasjon. Kobler du denne posisjoneringen med kart som har ferdige høydedata for området du befinner deg i, kan du få vite hvor høyt du har vært også uten å ha et digitalt barometer i mobilen.
Hall-sensor
Enkelte mobilprodusenter opplyser at produktene deres har en Hall-sensor. Dette er muligens sensoren med det mest spennende navnet, og den aller minst spennende oppgaven i en mobiltelefon. Enkelt forklart er dette en bryter som oppdager magnetfelt i nærheten. Navnet stammer fra Edwin Hall, som forsket på magnetfelt på siste halvdel av 1800-tallet.
Akkurat nå titter du muligens på en telefon med et deksel som skrur skjermen av og på automatisk, og det er helt riktig syndebukk å se til. Dette er sensoren som gjør at telefonen din oppfører seg litt som et kjøleskap når du åpner og lukker dekselet. Det er verdt å nevne at man kan oppnå samme effekt med et elektronisk kompass også, men det er ikke fryktelig utbredt å opplyse om hvilken teknologi man bruker for å oppnå dette. Etter vår erfaring vil området over Hall-sensoren være svakt magnetisk, slik at nettbrett og telefoner med denne funksjonaliteten trekker til seg for eksempel løse binders.
Pulssensor
Den optiske pulssensoren er ikke så vanlig på mobiler ennå, selv om Samsung tydeligvis mener at man skal ta med seg gigantmobiler som Galaxy Note 4 på treningstur i marka. Hvis du ikke har en nyere Samsung-telefon er dette en sensor du først og fremst vil støte på i diverse treningsarmbånd og smartklokker.
Teknologien her er forholdsvis enkel, og pussig nok dukket konseptet opp i mobile apper en god stund før det ble maskinvare av det. Husker du appene som ba deg legge fingertuppen mot både kameraet og LED-lyset på telefonen for å måle pulsen? En moderne optisk pulssensor gjør akkurat det samme. Et LED-lys lyser inn mot huden din, mens en kamerabrikke leser av pulsen. I dag foregår dette ved hjelp av lys som ikke er umiddelbart synlig for øyet, ellers er prosessen lik den vi kjenner fra appene.
Denne sensoren blir imidlertid ofte beskyldt for å være svært unøyaktig. Idrettsfolk som vil ha en presis avlesing av pulsen sin kan vurdere å kjøpe et tradisjonelt pulsbelte i stedet. Disse har lang historikk på treningssentre og i lysløypene, og de fleste av dem er forholdsvis presise under aktiv bruk.
Nærsensor
Nærsensoren har muligens en like deprimerende hverdag som Hall-sensoren. Denne har nemlig også kun én eneste oppgave. Den merker om du holder kinnet opp mot telefonen, og skrur av skjermen under samtaler.
Ikke alle telefoner har denne sensoren. De rimeligste telefonene lar skjermen stå på under samtale. Det er kanskje uansett de største skjermene og dyreste telefonene som trenger denne funksjonaliteten mest. Her er det større flate du kan komme borti enn på de rimeligste telefonene. Enn så lenge har de fleste av disse sensorene brukt infrarødt lys til å detektere nærhet til øreflippen. De har vanligvis vært synlige som et lite mørkt felt oppe ved telefonens frontkamera. Her er det imidlertid nye teknologier på vei inn, og nærsensorer som føler endring i kapasitans kan være på plass i nær fremtid. Dette er omtrent samme måte som berøringsskjermen din fungerer på i dag. Hovedforskjellen er at effekten brukes til å detektere hud som er i nærheten av, men ikke nødvendigvis helt borti sensoren.
Hvis du har opplevd at berøringsskjermen din har gått amok under en samtale, er det sannsynligvis nærsensoren som ikke har gjort jobben sin godt nok.
Lyssensor
Nærsensoren er vanligvis bare en anonym sort prikk øverst på telefonen, men ved siden av den pleier det å være enda en liten sirkel. Som regel er dette lyssensoren i telefonen. Når du setter skjermen til å justere lysstyrken automatisk, er det informasjonen fra lyssensoren som brukes. I de mest påkostede telefonene kan denne også regulere hele fargegjengivelsen i skjermen, slik at kontrast og fargemetning blir optimal for en gitt lyssetting.
Fingeravtrykksensor
Vi har sett sporadiske forsøk på å inkludere fingeravtrykksensorer i mobiler og nettbrett tidligere, men med Apples iPhone 5S, og Touch ID, ser det ut til at teknologien har kommet for å bli.
HTC fulgte raskt på med en ikke fullt så velfungerende fingersensor i sin One Max, før Samsung mer eller mindre la seg midt mellom de to løsningene fra HTC og Apple med Galaxy S5, og senere Galaxy Note 4.
Her finnes det to forskjellige typer sensorer som er i bruk. Apple, og nå senere også Huawei, bruker sensorer du bare legger fingeren oppå. Samsung og HTC bruker sensorer du må stryke over. Sistnevnte variant er i praksis svært lik den mange bærbare datamaskiner har hatt lenge. Apples og Huaweis varianter baserer seg på teknologi som er svært lik den kapasitive berøringssensoren som allerede bor i skjermen på telefonen.
I praktisk bruk kan vi dra enda en parallell til mobilskjermer. Etter at første generasjon iPhone ble lansert, gikk mobilprodusentene forholdsvis raskt bort fra de gamle resistive plastskjermene. De du måtte trykke ganske hardt på for å få respons. De aller fleste foretrakk kapasitive skjermer, selv om resistive skjermer kunne by på fordeler som bedre presisjon ved bruk av penneverktøy.
Slik kan man tenke seg at utviklingen vil gå for fingersensorer også. Apple og Huawei forutsetter ingenting av brukeren for at fingeravtrykksensoren skal gjøre jobben. Ett trykk åpner telefonen, eller godkjenner kjøpet. Hos konkurrentene må man trekke fingeren i en spesifikk retning, og løsningene er dessuten følsomme for hastigheten du trekker fingeren over i.
Digitizer, eller pennesensor om du vil
I hine hårde dager var det nærmest utenkelig å snakke om en berøringsfølsom telefon som ikke ble levert med en billig plastpenn som skulle gi presisjon. I dag er det svært få mobilprodukter som leveres med penn, men andelen ser ut til å være økende etter at Samsung har oppnådd suksess med sin Galaxy Note-serie.
Mange av pennemobilene på markedet i dag har billige plastpenner med tupper som er laget for å skape forstyrrelser berøringssensoren er i stand til å forstå. Men, Galaxy Note-serien og noen av Microsofts Surface-nettbrett har i tillegg en sensor som vanligvis omtales som en «digitizer». I korte trekk er en digitizer en dingsboms som er i stand til å oversette en eller annen type handling fra den analoge verdenen til den digitale. Dermed er i grunnen også berøringssensoren i mobilen din en slik. Men, når digitizer oppgis som eget punkt på spesifikasjonslisten snakker vi som regel om sensoren som er i stand til å snakke med digitale penner.
Teknologien stammer i stor grad fra produsenten Wacom som er den dominerende produsenten av tegnebrett for vanlige PC-er. Det fins digitale penner som ikke baserer seg på digitizer også, men av de vi har prøvd har de som baserer seg på Wacom-sensor i skjermen vært noe mer responsive.
Kanskje på vei inn i telefoner:
3D-sensorer
Vi nevnte Googles Project Tango innledningsvis, men navnet flest kjenner igjen for dette konseptet er sannsynligvis Microsoft Kinect. Kort forklart går dette ut på å pare et helt vanlig mobilkamera med et par andre viktige sensorer. Et ekstra kamera, og infrarød LED-belysning er blant bestanddelene som skal til før en telefon effektivt kan skille mellom objekter rundt deg.
Det er viktig å skille denne typen sensorer og bruk fra det som skal til for 3D-filming. Alt som skal til for å filme i 3D er to kamerasensorer med tilstrekkelig avstand mellom til å gi et 3D-perspektiv, på samme måte som to høyttalere må plasseres enten med avstand mellom, eller vinklet fra hverandre for å gi stereoperspektiv på lyden. For at enheten skal være i stand til å scanne omgivelsene dine inn som et 3D-kart kreves det mer, og det handler først og fremst om typen belysning.
Den infrarøde LED-belysningen kan gi artige bivirkninger så som at du kan ta bilder i mørket. Men, enda viktigere er det at belysningen kan sendes ut i et rutemønster, som reflekteres av objekter det støter på. Dermed har mobilen en «linjal» å følge når den skal tegne opp rommet virtuelt.
Siden to kamera uansett er en del av pakken for de fleste av disse konseptene, skulle det heller ikke være noe i veien for at vanlig 3D-filming skjer ved hjelp av denne typen utstyr. Men, å forsøke å snu det andre veien med en mobil som har 3D-kamera vil ikke bli like vellykket, med forbehold om at apputviklere hele tiden finner nye måter å bruke eksisterende teknologi på.
Vil du lese mer om denne typen teknologi kan du for eksempel lese denne artikkelen om iDings-tilbehøret Occipital Structure, eller du kan lese om Kinect-sensoren for Xbox (Gamer.no). Den første utgaven ble utviklet av Microsoft og det israelske selskapet PrimeSense, sistnevnte var forøvrig også delaktige i utviklingen av Occipital Structure.
Ultralydsensing med flere mikrofoner
Flere aktører jobber med avansert oppfanging av det som foregår rundt mobilen. Blant de som er verdt å nevne er brikkegiganten Qualcomm, og det norske selskapet Elliptic Labs.
Konseptene er forholdsvis like, og baserer seg på at brettet eller telefonen sender ut ultralyd, og fanger opp ekkoene gjennom en rekke sensitive mikrofoner rundt skjermen. Foreløpig har det ikke dukket opp så mange praktiske anvendelsesområder for teknologien som vi først støtte på i Qualcomms referansenettbrett for Snapdragon S4-plattformen et par år tilbake.
Den opplagte bruken er muligens styring av selve telefonen på avstand, men samtidig er det gjerne ikke alle som har bruk for akkurat denne funksjonaliteten. Er det noe apphistorien har vist, er det at så fort ny maskinvare er på plass, finner utviklere verden rundt noe spennende å bruke den til.
Blodtrykk, blodsukker og telemedisin
En sjanger produkter som enn så lenge har levd på siden av mobilteknologien er de elektroniske sensorene som hjelper oss å overvåke helsen vår, ofte sammen med fastlegen. Mange diabetikere måler blodsukkeret sitt selv med en liten innretning, og folk med høyt blodtrykk kan kjøpe blodtrykksmålere til bruk i ro og mak hjemme i stuen. Dermed kan målingene gjøres når som helst, og påvirkes ikke av stress forbundet med å rekke legetimer eller andre ting som kan oppstå når undersøkelsene må foregå i normal arbeidstid.
Det vanskelige med denne typen sensorer er at de må være nøyaktige nok, og ha minimal risiko for brukerfeil. I alt som handler om vår personlige helse å gjøre følger det med en viss risiko på kjøpet. Dersom risikoen forsterkes av produkter som ikke virker slik de skal, kan elektronikkprodusentene kjapt kollidere med svindyre søksmål.
Like fullt ser vi at telemedisin øker, og at de store, generelle, elektronikkprodusentene så smått begynner å lukte på teknologien. Støtte for trådløst overførte data fra digitale vekter og blodtrykksmålere har dukket opp litt rundtom.
Mobilkameraet har tatt over mye av det vi brukte dedikerte kamera til gjennom de siste fire-fem årene. Vi kommer neppe til å erstatte fastlegen med mobilen, men ser vi på utviklingen de siste par årene virker det stadig mer sannsynlig at vi vil bære med oss også noen av fastlegens funksjoner i lommen i årene som kommer.
Har vi glemt noe?
I denne oversikten har vi forsøkt å gå generelt gjennom det du har med deg av sensorer i hverdagen. Telefonen din kan vite veldig mye mer om deg enn det du legger igjen i form av tekst og søkehistorikk gjennom nettleseren og apper.
I en ny rapport fra analysehuset IHS anslås det at markedet for mobile sensorer vil øke fra 2,3 milliarder dollar i 2012, til 6,5 milliarder i 2018. En annen rapport fra samme selskap tar for seg spesifikt sensorene som bygges inn i armbånd og andre løse småenheter. Antallet slike sensorer som selges og bygges inn skal øke med sjugangeren fra 2013 til 2019. Dersom prognosene stemmer ser det altså ut til at denne delen av industrien er på vei til å vokse inn i himmelen.
Rapporten peker blant annet på fingeravtrykksensorer som en av dagens viktigste faktorer, og på at nye sensorer for oppdaging av gass i miljøet rundt mobilen er under oppseiling.
Denne listen er neppe komplett, men favner mye av det en moderne smarttelefon er. Har vi glemt noe? Syng ut i forumtråden under.
Skal du bytte, eller selge mobiltelefonen din? Pass på at du ikke overleverer sensitive data. Les hvordan du kan sikre deg og dataene dine i denne saken.
