كنت تشاهد مقطع فيديو على YouTube في الوضع الرأسي ، ولم تكن العقارات المعروضة على الشاشة كافية. لحل هذه المشكلة ، فعلت ما سيفعله أي شخص لديه هاتف ذكي. اقلب الهاتف على جانبه.
بمجرد القيام بذلك ، اجتاح الفيديو الشاشة بأكملها ، وكانت جميع خيارات القائمة غير مرئية ، ولكن كيف عرف هاتفك عن اتجاهه؟
حسنًا ، بالإضافة إلى شاشة معدل التحديث العالي وواجهة المستخدم الرائعة ، يحتوي هاتفك على العديد من المستشعرات التي تكتشف اتجاهه في الفضاء ، ولكن كيف تعمل هذه المستشعرات؟
فهم القوى الأساسية للطبيعة
على الرغم من أنه يمكنك أن تشعر بالرياح على وجهك والماء على يديك عندما تمطر ، فإن ما لا تشعر به هو القوى الأساسية للطبيعة.
تشمل هذه القوى قوة الجاذبية والقوة الكهرومغناطيسية. على الرغم من أن هذه القوى غير ملموسة ، إلا أنها تؤثر على كل ما نقوم به. في الواقع ، تكتشف الشاشة على هاتفك الذكي تغييرات صغيرة في القوى الكهرومغناطيسية لاكتشاف إصبعك. ليس هذا فقط ، ولكن يتم تحديد وزن جسمك أيضًا بسبب قوى الجاذبية.
ببساطة ، تؤثر الجاذبية قوة على الأجسام مما يجعلها تتسارع بسرعة 9.8 م / ث ^ 2. بسبب هذا التسارع ، تسقط الأشياء على الأرض عندما ترميها.
من ناحية أخرى ، لا يمكن الشعور بالقوة الكهرومغناطيسية مثل قوى الجاذبية. ومع ذلك ، إذا كنت ستضع بوصلة في أي مكان في العالم ، فستكتشف المجال المغناطيسي للأرض في تلك المنطقة وتصطف نفسها مع القطب الشمالي.
على الرغم من أن القوى الكهرومغناطيسية قد أتاحت العديد من التطورات التكنولوجية ، إلا أنها ليست كلها للخير ، و الاشعاع الكهرومغناطيسي الجرعات العالية يمكن أن تكون خطرة على جسم الإنسان.
فهم تقنية الاستشعار على هاتفك الذكي
تكتشف المستشعرات الموجودة على هاتفك الذكي التغييرات في قوى الطبيعة لفهم اتجاهها في الفضاء ، ولكن كيف تعمل هذه المستشعرات؟
حسنًا ، يمتلك هاتفك الذكي الآلاف من أجهزة الاستشعار على اللوحة الأم، ولكن هناك ثلاثة أنواع رئيسية من أجهزة الاستشعار تمكّن هاتفك من اكتشاف التغييرات في اتجاهه.
تستخدم مستشعرات اكتشاف الاتجاه هذه الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) لقياس قوى الطبيعة. لقياس البيانات ، تستخدم أجهزة MEMS الأجزاء الميكانيكية المضمنة في السيليكون لتوليد إشارة كهربائية. باستخدام هذه الإشارات ، يكتشف هاتفك الذكي التغيرات في القوى المؤثرة عليه.
فيما يلي شرح موجز لكيفية عمل هذه المستشعرات.
- مقياس التسارع: كما يوحي الاسم ، يتم استخدام مقياس التسارع لاكتشاف التغييرات في التسارع على الهاتف الذكي. لاكتشاف هذه التغييرات ، يستخدم مقياس التسارع قانون القصور الذاتي الذي ينص على أن الجسم في حالة الراحة سيبقى في حالة راحة حتى وما لم يتم تطبيق قوة خارجية. لاستخدام هذا المفهوم ، يتم تعليق كتلة ثابتة بين هياكل تشبه الزنبرك في مستشعر MEMS. لذلك ، تظل الكتلة الثابتة في مكانها عندما يتم تسريع الهاتف بسبب القصور الذاتي في ضغط الينابيع. يولد ضغط الربيع هذا إشارة كهربائية تخبر الهاتف الذكي أنه يتم تسريعها.
- جيروسكوب: يراقب الجيروسكوب قوى الدوران على هاتفك الذكي. يقيس هذا الدوران قوة كوريوليس المؤثرة على الهاتف الذكي لتقدير مقدار دورانه حول مركز جاذبيته. ببساطة ، تؤثر قوة كوريوليس على أي جسم داخل جسم دوار بسبب دورانه. يستخدم الجيروسكوب تصميمًا مشابهًا لمقياس التسارع ولكن تم تعديله لاكتشاف التغييرات عندما يدور الهاتف الذكي.
- مقياس المغناطيسية: بسبب التيارات المتدفقة في لب الأرض ، يبتلعها مجال مغناطيسي. يساعد اكتشاف هذه المجالات الهاتف الذكي على فهم اتجاهه مع الشمال الحقيقي للمجال المغناطيسي للأرض. تم تجهيز الهواتف الذكية بمستشعر تأثير هول ثلاثي المحاور لاكتشاف هذه التغييرات. يستخدم هذا المستشعر قوانين فاراداي للحث الكهرومغناطيسي لاكتشاف المجالات المغناطيسية. وفقًا لهذا القانون ، يولد الموصل الحامل للتيار قوة دافعة كهربائية عندما يتغير المجال المغناطيسي من حوله. بسبب هذه التغييرات في الجهد ، يمكن استخدام المستشعرات لاكتشاف اتجاهها فيما يتعلق بالأقطاب المغناطيسية للأرض.
الآن بعد أن أصبح لدينا فهم أساسي لأجهزة الاستشعار في هواتفنا الذكية ، يمكننا النظر في كيفية عملها معًا لاكتشاف موضع هاتفك الذكي.
كيف يعرف هاتفك متى يقلب الشاشة؟
كما أوضحنا سابقًا ، يمكن لمقياس التسارع اكتشاف التغييرات في التسارع ، ولكن لا يمكن استخدام هذه البيانات وحدها لاكتشاف اتجاه الهاتف الذكي. والسبب هو أن قوى الجاذبية تعمل دائمًا على مقياس التسارع ، ومن الصعب على المستشعر اكتشاف متى تهدف التغييرات في التسارع إلى تدوير الهاتف الذكي.
تستخدم الهواتف الذكية اندماج المستشعرات لحل هذه المشكلة ، مما يمكّن أجهزة الاستشعار المختلفة من التواصل مع بعضها البعض. لاكتشاف اتجاه الهاتف ، يتصل مقياس التسارع بالجيروسكوب ومقياس المغناطيسية.
لذلك ، عندما يدور الهاتف ، يكتشف مقياس التسارع التغيرات في التسارع ثم يتصل بالجيروسكوب. بفضل هذا الاتصال ، يمكن للهاتف الذكي فهم ما إذا كانت التغييرات في التسارع مخصصة للدوران.
ومع ذلك ، فإن الجيروسكوب عرضة للأخطاء لأنه لا يمكنه مراعاة قوى الجاذبية التي تعمل على الهاتف الذكي. لذلك ، هناك حاجة إلى مستشعر ثالث لاكتشاف التغييرات في اتجاه الهاتف الذكي. هذا المستشعر ليس سوى مقياس المغناطيسية على جهازك.
يستخدم مقياس المغناطيسية هذا لاكتشاف التغييرات في موضع الهاتف الذكي فيما يتعلق بالمجال المغناطيسي للأرض. تُستخدم هذه البيانات ، جنبًا إلى جنب مع البيانات الواردة من مقياس التسارع والجيروسكوب ، لتحديد ما إذا كانت شاشتك بحاجة إلى أن تكون في الوضع الرأسي أو الأفقي.
هل تقنية الاستشعار هي المستقبل؟
يكتشف مقياس التسارع والجيروسكوب ومقياس المغناطيسية التغيرات في القوى الأساسية للطبيعة باستخدام قوانين القصور الذاتي والحث الكهرومغناطيسي.
تستخدم الهواتف الذكية هذه القوانين الأساسية لتمكين ميزات مثل التدوير التلقائي وتثبيت الصورة البصري. ومع ذلك ، تقدم الهواتف الذكية الآن ميزات مبتكرة من خلال الجمع بين البيانات من أجهزة استشعار مختلفة.
وخير مثال على ذلك هو إصدار كشف الأعطال على أجهزة Apple والذي يمكّن البيانات من هذه المستشعرات من الكشف عن الحوادث وتنبيه خدمات الطوارئ.
