Что внутри s pen
Эволюция S Pen
Делать заметки прямо на экране смартфона – эта инновационная идея Samsung Electronics, которая воплотилась в жизнь, когда S Pen впервые появился в серии Galaxy Note 10 лет назад. С тех пор S Pen получил ряд инноваций и превратился из простого стилуса в самостоятельное устройство. Например, пользователю больше не нужно нажимать на кнопку затвора камеры на смартфоне, чтобы сделать фото – S Pen справится с этой задачей.
Минувшая с момента дебюта S Pen декада была наполнена бесчисленными инновациями и вызовами. Мы представляем ретроспективу основных вех этого гаджета, от его первого появления в качестве простого аксессуара для смартфона и до новейшей итерации – отдельной категории интеллектуальных устройств.
Идентичность: что S Pen позаимствовал у обычной ручки
S Pen создан для того, чтобы предоставлять пользователям максимально реалистичные ощущения от письма на смартфоне или планшете. С момента своего появления вместе с первым смартфоном Galaxy Note в 2011 году S Pen продолжал совершенствоваться, с 256, 1024 и 2048 до впечатляющих 4096 уровней чувствительности к давлению. Этот показатель определяет, насколько легко пользователю изменять ширину линий, которые он рисует с помощью S Pen; чем он выше, тем точнее перо реагирует на изменение силы нажатия. Высокая чувствительность S Pen к давлению позволяет контролировать толщину штриха, а благодаря уменьшению диаметра кончика стилуса 1,6 мм до 0,7 мм штрихи при рисовании могут быть предельно тонкими.
У каждого пользователя есть свои привычки ведения заметок, кому-то нравится выделять важные фрагменты в тексте маркером, а кто-то предпочитает использовать тонкое перо для письма. S Pen, изначально имевший четыре типа грифеля – ручка, карандаш, кисть и маркер, – сегодня предлагает широкий спектр вариантов, включая перьевую ручку и перо для каллиграфии. Реалистичные ощущения от S Pen создаются в том числе за счет звукового сопровождения при письме разными типами пера. Еще одним приятным дополнением стал аудио эффект, напоминающий закрытие ручки колпачком при постановке S Pen обратно в корпус мобильного устройства. Для настройки цвета превосходно подходит инструмент «пипетка», который позволяет подбирать нужный оттенок.
Время отклика S Pen обеспечивает по-настоящему реалистичные впечатления от письма. При работе с перьями на новейших мобильных устройствах Galaxy используются технологии искусственного интеллекта, которые ускоряют передачу данных и гироскопические датчики для прогнозирования движения стилуса и повышения его точности, в результате чего время отклика на 80% выше, чем у предыдущей модели. В сочетании с дисплеем с частотой 120 Гц это предоставляет ни с чем несравнимый плавный опыт при работе пользователя с устройством.
Производительность
Один из ярких моментов эволюции S Pen – меню Air Command. Когда пользователь достает перо или нажимает на клавишу на нем, на экране появляется серия иконок с основными функциями cтилуса. Для одновременного отображения большего количества значков в современных устройствах меню Air Command отображается в виде линии, в отличие от формы веера на более ранних устройствах. Пользователи могут даже выбрать действия S Pen и соответствующие им иконки, чтобы получить легкий и мгновенный доступ к наиболее часто используемым функциям.
Яркие сообщения, записанные с помощью функции Запись заметок на выключенном экране
Еще одна примечательная функция S Pen – Запись заметок при выключенном экране. Она появилась, чтобы пользователи могли делать записи прямо на экране блокировки, просто достав S Pen. После этого все написанное сохраняется на Always On Display или в приложении «Заметки». С годами у этой функции появилось больше вариантов пера, цветов и размеров холста.
В S Pen, входящем в комплект с Galaxy Note9, установлен суперконденсатор (Super Capacitator), который обеспечивает сверхбыструю зарядку и поддерживает Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE)
Сегодня S Pen по-настоящему самостоятельное устройство. Электронное перо поддерживает подключение по Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), благодаря чему пользователи могут управлять музыкой, камерой и другими задачами, используя с S Pen в определенном радиусе, как пульт дистанционного управления.
Жесты Air Actions позволяют взаимодействовать с приложениями на смартфоне, через нажатие на клавишу на S Pen. С помощью этих интуитивно понятных действий можно переключаться между режимами камеры и съемки, менять масштабирование кадра и управлять множеством других удобных функций.
В новейших моделях S Pen управление жестами стало проще благодаря появлению пяти действий Anywhere Actions. Пользователи могут выбрать действия для команд «Назад», «Домой», «Недавнее приложение», «Умный выбор» и «Запись с экрана», что делает S Pen еще более полезным для управления устройством, чем когда-либо прежде.
Дизайн
Samsung постоянно совершенствует дизайн S Pen, от закругленной до плоской симметричной формы и цельного корпуса, чтобы обеспечивать более плавное письмо и максимальный комфорт для пользователей. В результате стилус превратился в эргономичное перо, которое удобно держать в руке. Современные модели S Pen могут похвастаться элегантным дизайном, а последнее воплощение – самый легкий (всего 3,04 г) и тонкий (5,8 мм) S Pen на сегодняшний день.
Упаковка Galaxy Note9 с изображением S Pen
S Pen доступен в различных цветовых вариантах, что придется по душе тем пользователям, которые хотят продемонстрировать свою индивидуальность с помощью гаджетов. Каждый цвет сочетался с дизайном соответствующего смартфона. Одним из самых заметных цветовых сочетаний в истории S Pen – это синий смартфон с ярко-желтым стилусом. Перо даже изображено на коробке Galaxy Note, подчеркивая, что S Pen стал ключевой особенностью этой серии смартфонов Samsung.
Чтобы предоставить пользователям максимально реалистичные впечатления от взаимодействия с устройством, Samsung сотрудничает с рядом производителей ручек. Одним из первых гаджетов, выпущенных в результате такого партнерства, стала модель S Pen Lamy Safari Stylus, гибрид классического S Pen и фирменного продукта всемирно известного бренда перьевых ручек с более тонким кончиком для более точного письма. Еще один уникальный S Pen, выпущенный Samsung совместно с корейским производителем шариковых ручек Monami, получил несколько специальных функций, в том числе колпачок для безопасного хранения.
Экосистема
Стилусы S Pen, поставляющиеся в комплекте с планшетами Galaxy Tab S7
Сегодня S Pen можно пользоваться и на больших экранах, таких как планшеты и ноутбуки, и на смартфоне. Стилусы поставляются в комплекте с устройствами серий Samsung Galaxy Tab A и Tab S, а также Galaxy Book. Модели S Pen, идущие в комплекте с планшетами и ноутбуками Samsung, отличаются от стилусов для смартфонов своим округлым, цельным дизайном и глянцевой поверхностью.
Пользователи Galaxy Tab S6 и Tab S7 могут легко хранить S Pen сбоку или сзади (соответственно) благодаря специальному магниту, что помогает не потерять стилус, а также легко его заряжать.
Расширение экосистемы S Pen также дает больше возможностей для профессионального использования. Galaxy Tab S7 стал первым планшетом с предустановленными приложениями Clip Studio Paint для рисования иллюстраций, веб-сайтов и анимации, Noteshelf для создания заметок, и Canva для графического дизайна. Таким образом, S Pen играет ключевую роль в превращении планшета в устройство, способное удовлетворить потребности и интересы каждого пользователя.
S Pen – отличительный признак серии смартфонов Galaxy Note и новых планшетов Samsung, но выход Galaxy S21 Ultra в начале 2021 года предоставил пользователям S Pen еще больше возможностей. Новейшие устройства Galaxy S позволяют использовать стилус для рисования, создания заметок и редактирования видео. Кроме того, владельцы Galaxy S21 Ultra могут применять S Pen для редактирования видео, это удобно – поскольку кончик пера намного тоньше человеческих пальцев. Внедрение поддержки S Pen в устройства серии S – это нововведение, которое повышает портативность и производительность смартфона. В дальнейшем Samsung намерена расширить возможности S Pen, чтобы повысить удобство более широкого диапазона гаджетов.
Появление стилуса S Pen стало знаковой инновацией. Этот элегантный инструмент, позволяющий пользователям творить на цифровых экранах, превратился из простого аксессуара в самостоятельное интеллектуальное устройство. Как будет дальше развиваться S Pen и его функциональные возможности покажет время.
* Все функциональные возможности, характеристики, спецификации и другая информация о продукте, представленная в этом документе, включая, помимо прочего, преимущества, дизайн, цены, компоненты, производительность, доступность и возможности продукта, могут быть изменены без предварительного уведомления. Доступность зависит от рынка, оператора связи и подключенного устройства.
Что внутри s pen
Теперь коротко о фактах, которые удалось выяснить после разборки.
3. При нажатии на кнопку стилуса срабатывает обыкновенная контактная микрокнопка. Она расположена ближе к катушке.
4. На тоненькой печатной плате, которая имеется в корпусе пера, расположено несколько конденсаторов и резисторов.
Катушка-датчик нажатия L1 индуктивностью 18 мкГн припаяна с обратной стороны платы.
Конструкция датчика нажатия тоже оказалась простой. Она состоит из резинового кольца 1, которое лежит между катушкой L1 с ферритовым сердечником и ферритовой чашкой 2. Пластмассовый наконечник пера 3 прижимает ферритовую чашку 2 к ферритовому сердечнику катушки L1. Чем пользователь сильнее давит на перо, тем ферритовая чашка ближе к катушке. Таким образом, сила нажатия влияет на индуктивность катушки L1.
Теперь становится понятным принцип действия пера. В пере встроен колебательный контур, частота которого зависит от состояния кнопки S1 (частота резонанса меняется скачкообразно) и от силы давления на перо (частота резонанса также меняется, но плавно и незначительно). Простой расчет показывает [5], что при отпущенной кнопке частота резонанса составляет примерно 678.5 кГц (L=18 мкГн, C=3057 пф), а при нажатой кнопке примерно 641.5 кГц (L=18 мкГн, C=3418 пф). В самом телефоне наверняка есть генератор, частота которого близка к частоте резонанса контура в пере, и также есть приемник электромагнитного поля вблизи экрана. По интенсивности электромагнитного поля определяется сила нажатия на перо, и факт замыкания кнопки. Однако остается все же неясно, как определяются координаты X и Y пера на экране (т. е. в каком месте оно рисует).
Перемычки J1..J5, наборы конденсаторов C3..C11 и подстроечные конденсаторы C1 и C2 нужны для подстройки частоты резонанса колебательного контура пера.
Как работает супер-батарейка в ручке S Pen от Samsung? Или мир статического электричества!
Мы уже рассказывали о том, как работает перо S Pen в смартфонах Samsung Galaxy Note и Galaxy S21 Ultra. Это действительно интересная технология, которая не использует сенсорный экран, а передает координаты ручки при помощи электромагнитного излучения, прямо как Wi-Fi или 5G.
Но в упомянутой статье был упущен один очень интересный момент, на который обратил внимание наш читатель и который я хотел бы полностью раскрыть в этой статье.
Как многие знают, начиная с Galaxy Note 9 в S Pen появилась поддержка Bluetooth. И если для рисования по экрану перу не нужен никакой аккумулятор (так как энергию излучают антенны смартфона), то для питания Bluetooth-передатчика этого оказалось недостаточно.
И проблема заключается в том, что использовать обычный литий-ионный аккумулятор — не вариант. Даже если аккумуляторы таких крошечных размеров и существуют, у них есть серьезные недостатки, которые просто не совместимы с самой идеей S Pen.
Прежде всего, Li-ion аккумулятор (как тот, что используется в любом смартфоне) не очень любит высокое напряжение и температуру. Когда мы заряжаем смартфон до 100%, напряжение на его аккумуляторе достигает почти критического значения (4.2-4.4 вольта).
Находиться долго в таком состоянии вредно для батарейки, так как это ускоряет нежелательные химические реакции (деградацию аккумулятора). А ведь S Pen большую часть времени находится постоянно «на зарядке» внутри смартфона.
Кроме того, ручка должна быть всегда готова к использованию. Когда вы вставляете S Pen в смартфон, перо должно полностью зарядиться не за часы и минуты, а за считанные секунды. Обычный аккумулятор даже малой емкости не способен заряжаться так быстро.
Но что еще важнее, пользователь может доставать перо десятки раз в день и, соответственно, за день может проходить 10-20 циклов заряда-разряда аккумулятора. А как мы знаем, обычный срок жизни батареек — 800-1000 циклов. То есть, при очень активном использовании батарейка S Pen могла бы заметно потерять в емкости уже через пару месяцев.
Некоторые производители соглашаются на все эти недостатки и используют большие аккумуляторы, увеличивая и размер ручек. Сравните, к примеру, как выглядит Apple Pencil с обычным Li-ion аккумулятором в сравнении с крохотным Samsung S Pen (слева):
Думаю, вы уже догадались, что никакого аккумулятора внутри S Pen нет. Вместо него Samsung решила использовать статическое электричество! Что же это такое и как оно работает?
Из чего сделан «аккумулятор» S Pen?
Для начала вспомним, что такое статическое электричество. Для этого возьмем обычную ручку и хорошенько потрем ее об голову в течение нескольких секунд. Теперь ручка в прямом смысле слова зарядилась электричеством.
Если поднести ее к металлическому предмету, по нему с характерным треском пройдет ток (искра). Если же поднести ее к листку бумаги, ручка притянет его к себе.
Как это происходит? Просто ручка при трении оторвала множество электронов от атомов волос и на ее поверхности образовался переизбыток этих электронов, то есть, произошла электризация ручки, в результате которой она получила отрицательный заряд. Это и есть пример статического электричества.
Мы можем использовать этот же эффект и в технике, для чего достаточно взять две металлические пластинки и к одной из них подключить «плюс» батарейки, а к другой — «минус»:
До того, как мы подключили батарейку, количество протонов («плюсов») и электронов («минусов») в атомах металла пластинок было одинаковым, а потому они не имели никакого заряда.
Но теперь батарейка силой (электрическим напряжением) «затолкала» электроны на одну из пластинок, а из другой — «вытолкнула», ведь у батарейки на одном полюсе — переизбыток электронов и они выталкиваются оттуда, а на другом — недостаток и они притягиваются сюда.
В результате получилось так, что одна пластинка стала отрицательно заряженной (как ручка в нашем эксперименте), а другая — положительно заряженной (как волосы):
Это и есть простой элемент питания, эдакая батарейка. Если теперь к этим пластинкам подключить лампочку, она загорится на короткое время, пока все лишние электроны из одной пластинки не переползут через лампочку на вторую пластинку:
Можно ли использовать две маленькие металлические пластинки внутри S Pen?
С одной стороны, такая «батарейка» действительно может быть любого размера и способна заряжаться мгновенно. Но, к сожалению, количество электронов, которое она может накопить, слишком маленькое и этого заряда не хватит для работы Bluetooth-модуля. И тем не менее, именно этот принцип используется в «батарейке» S Pen.
Когда мы брали две пластинки, важнейшим условием было то, чтобы они не соприкасались друг с другом, поэтому между пластинками было пространство. Но тут есть одна важная особенность. Чем ближе эти пластинки будут находиться друг к другу, тем сильнее между ними будет действовать электрическое поле (сила, которая притягивает «минусы» и «плюсы» или положительные и отрицательные заряды).
Получается, если бы мы максимально приблизили пластинки, то могли бы «затолкнуть» туда больше электронов. Поэтому обычно между пластинками помещают изоляцию (кусочек бумаги или пленки) и прижимают их друг к другу, чтобы сила электрического поля удерживала больше заряда.
Но и этого недостаточно. Нужно сделать так, чтобы расстояние между пластинками было в тысячи, а лучше в миллионы раз меньше одного миллиметра!
Кроме того, мы могли бы увеличить емкость нашей супер-батарейки, если бы увеличили площадь пластинок. Ведь, чем больше пластинка, тем больше туда поместится электронов. Но мы не можем увеличивать размер, так как перо очень компактное. Что же делать?
На помощь приходит суперконденсатор, он же — ионистор!
Если мы разломаем S Pen и Apple Pencil, то увидим совершенно разную картину внутри. Вот как выглядит обычный аккумулятор внутри Apple Pencil:
Что же такое этот суперконденсатор? И как «батарейка» столь крошечного размера может уместить столько заряда, чтобы питать Bluetooth-модуль пера в течение 30 минут, заряжаясь при этом от нуля до 100% за секунды?
Повторюсь, в S Pen используется статическое электричество, то есть, внутри такой «батарейки» не происходят химические реакции, как в обычном аккумуляторе. Это значит, что S Pen без проблем выдерживает сотни тысяч и даже миллионы циклов заряда-разряда.
Именно химические реакции внутри литий-ионного аккумулятора и ограничивают срок его службы. Каждая зарядка/разрядка смартфона вызывает окисление электролита, внутри на аноде и катоде батарейки образуются пленки из атомов лития (SEI) и его количество сокращается. А вот в суперконденсаторе ничего подобного нет, так как там нет химических реакций.
Также мы можем без проблем сколь угодно долго держать такой «аккумулятор» полностью заряженным или разряжать его до реального нуля. Напомню, литий-ионные аккумуляторы боятся глубокой разрядки (это не 0% заряда на экране смартфона, а гораздо ниже).
Поэтому аккумулятор в Apple Pencil может легко испортиться, если разрядить его до нуля, а затем не пользоваться в течение нескольких месяцев. В этом случае может произойти глубокий разряд и останется только выбросить устройство. А вот «батарейка» в S Pen может пролежать несколько лет и потом снова работать, как новенькая.
Кроме этого, работа суперконденсатора не зависит от окружающей температуры и он не разряжается быстрее на морозе.
Как устроен суперконденсатор внутри S Pen
Прежде всего, как вы помните, нам нужно сделать так, чтобы расстояние между пластинками было минимальным. И в «батарейке» S Pen это действительно минимально возможное (даже в теории) расстояние. Оно равняется одной молекуле.
Но как возможно так сильно прижать две пластинки, чтобы между ними была изоляция, толщиной в одну молекулу? На самом деле, никак! Да и изоляции между пластинками как таковой нет.
Вместо этого между двумя пластинками размещают электролит — вещество, в котором находится множество положительно и отрицательно заряженных ионов (молекул с электрическим зарядом). Например, солевой раствор:
Кроме того, сами пластинки нужно сделать либо из пористого материала, либо покрыть их пористым материалом (например, активированным углем). Причина этому очень простая — площадь поверхности такого материала в 100 тысяч раз больше площади гладкой пластины. Соответственно, мы очень сильно увеличиваем площадь пластин, сохраняя при этом маленький размер суперконденсатора:
Если бы мы сравнили электроны с водой, то металлическая пластинка из рассмотренного вначале примера — это кусочек ткани, а пористая пластинка суперконденсатора — это губка, которая, естественно, способна впитать гораздо больше воды.
А теперь давайте внимательно посмотрим, что произойдет, когда мы захотим зарядить такую супер-батарейку:
Электроны из «зарядного устройства» мгновенно начнут заполнять всю поверхность первой пластинки. И когда их станет слишком много, они начнут отталкиваться друг от друга и пытаться притянуть к себе положительный заряд.
Но вместо того, чтобы использовать вторую пластинку с положительно заряженными частицами, мы используем электролит!
Так как между пластинками находится вещество, в котором уже много как положительных, так и отрицательных зарядов, все положительно заряженные ионы внутри электролита вплотную приближаются к первой пластинке:
Они-то и формируют якобы вторую пластинку с противоположным зарядом! Причем между отрицательно заряженной пластинкой и слоем положительно заряженных ионов находится тончайший «изолятор» — молекула вещества электролита (например, воды, если в качестве электролита мы использовали соль, растворенную в воде).
Ровно то же происходит и на второй пластинке, только она зарядилась положительным зарядом и притянула к себе все отрицательно заряженные ионы из электролита. Фактически, в одном суперконденсаторе находятся как бы два конденсатора (по две пластинки с противоположными зарядами), соединенные последовательно:
Сравните этот большой заряд суперконденсатора с ничтожным зарядом двух обыкновенных пластинок, разделенных изоляцией:
Именно такое устройство и используется в S Pen в качестве «аккумулятора». Остался лишь один вопрос — как же заряжается этот суперконденсатор?
Конечно же, по беспроводной зарядке! Внутри смартфона, в том месте, куда нужно вставлять перо, спрятана маленькая беспроводная зарядка в виде катушки, прикрытой наклейкой:
Когда смартфон подает ток на эту катушку, вокруг нее появляется магнитное поле. Осталось лишь поместить в это магнитное поле катушку S Pen и по ней потечет ток. Это явление в природе называется электромагнитной индукцией.
Давайте я еще раз покажу внутренности S Pen, чтобы вы обратили внимание на ту самую катушку внутри пера:
Конечно, основное назначение этой катушки — принимать и отправлять «сигнал» во время рисования пером по экрану. Но когда перо прячется в смартфон, катушка используется в качестве беспроводной зарядки.
Вот такие удивительные технологии спрятаны внутри такого, казалось бы, простого устройства, как перо S Pen!
Алексей, глав. редактор Deep-Review
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!
Как бы вы оценили эту статью?
Нажмите на звездочку для оценки
Внизу страницы есть комментарии.
Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!
Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?