苹果发明突破性触敏量子隧道材料，完全触控时代已经来临？

小心愿

2月9日，美国专利与商标局（US Patent & Trademark Office）发布了一份来自苹果的专利申请，该专利描述了一种称为可变形的“触敏量子隧道材料”（Touch-SensitiveQuantumTunneling Material）的突破性新型材料。
　　这种新型材料可用于iPhone智能外壳，使外壳背面的触摸区域实现手势识别及多指触控功能。更重要的是，该材料还可用于iPhone本身的制造材料。这种具备量子隧道效应的材料有望彻底摒弃笨拙的机械按键，从而有可能实现真正意义上的“全防水”和“全触控”iPhone手机。
　　
　　此外，这种材料还可用于新型Apple Watch智能表带。可以说，苹果公司对于AppleWatch智能表带的创意早就“蓄谋已久”，目前已经有一系列有趣的专利创意如可穿戴模块化智能表带链节、具备3D触摸及液体冷却功能的可变色智能表带），以及可连接至MacBook快速充电的智能表带。而将这种量子隧道效应材料用于智能表带的触控区域，就能在没有机械按键的情况下实现触控操作。
　　这种材料还可应用于众多智能配件，如未来的EarPods，从而彻底抛弃笨重的线控方式。这种突破性新材料可以让苹果摒弃所有的机械按键，并将智能设备做到前所未有的超薄、超轻感。
　　当下这个时代比以往任何时候都充满了令人激动和兴奋的发明专利，苹果公司新一波的创新发明浪潮更是点燃了果粉们的热情。虽然这些新发明专利可能仍需要一些时日才能真正上市，但这就已经足以为下一代具备炫酷设计的产品而代言。
　　苹果发明专利概述
　　从技术上讲，苹果这次的专利主要包括一个智能iPhone外壳，其中壳体主要由一种可变形材料制作的用户输入区域（userinput region）构成，这种可变形材料的电阻值会随着其上施加的触摸力而减小。
　　此外，壳体还含有一对与可变形材料相接触的电极，该电极对被配置为耦合于感测电路。所谓感测电路，主要用来检测用户触摸力所引起的可变形材料的电阻值变化。同时，壳体还包括一个连接器，用于将电极对耦合于电子设备。
　　该智能壳体的背面是由量子隧道材料制成的用户输入区域，在其中置有感测电路，该电路主要检测量子隧道材料电阻特性随着用户输入时触摸力变化而产生的变化量。
　　该发明还包括一个Apple Watch智能表带，该表带引入了由触敏材料制成的用户输入区域。这种触敏材料直接与处理单元相耦合，处理单元则主要是基于触敏材料电特性变化来检测用户输入区域的变形量。
　　智能iPhone外壳
　　通常，电子设备的输入装置主要由第一触敏材料层以及置于其下的第二触敏材料层组成。并且，对于施加于第一层材料上的外部触摸力，第一层与第二层材料的电阻特性的变化还有一定的差异性。
　　
　　图1A显示了iPhone以及新型智能外壳的等轴视图。图2A显示了智能外壳的背面，包含有触敏材料及触摸区域。
　　
　　如图3所示，我们可以看到智能外壳的电池放置位置、电池充电指示灯以及用户输入区域。
　　
　　图4是智能iPhone外壳背面的另一透视图，外壳四周具有多个触摸输入区域。
　　苹果公司表示，专利图4中标注的输入区域（＃403），可用于检测用户手势以及（或者）多点触控行为，例如轻扫、缩放、多手指触摸等。手势以及（或者）多点触控行为则能让iPhone执行一些适当的功能，如滚屏、用户界面导航等。
　　又一个AppleWatch智能表带的概念
　　
　　图5显示了一个AppleWatch以及嵌入触敏材料的智能表带的例子。图6A显示了带有触敏材料智能表带的AppleWatch的局部分解等轴视图。图11是整个智能手表系统的流程图。
　　苹果公司表示，当在新型智能表带的任一输入区域（＃506和＃508）检测到触摸事件，AppleWatch（＃500）将会做出相应的响应。例如，触摸任一输入区域能使Apple Watch进入或退出“睡眠模式”、显示时间、显示消息信息（如近期电子邮件、文本消息、通话记录等）、滑动图形用户界面的元素或控制媒体回放、回答或终止电话呼叫，以及任何其它适当的功能。
　　又或者，表带上的一个滑动手势可以控制媒体音量的增减，或者使跳过当前媒体列表中的文件（如，“向前跳过”或“向后跳过”功能）。
　　秘密武器：量子隧道材料
　　该发明专利的关键在于使用了触敏量子隧道材料（touch-sensitivequantum tunneling material）。当然，想要知道“量子隧道材料”（quantum tunnelingmaterial）是什么，首先需要搞清楚“量子隧道效应”（quantum tunneling effect）是什么。
　　“量子隧道效应”是最基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。比如说，电荷通常无法通过绝缘材料（比如硅胶树脂）。然而，如果在绝缘材料的基质中悬浮有导电粒子，则量子隧道效应可允许电荷在导电粒子之间通过，即使导电粒子被绝缘材料所分离。
　　“量子隧道材料”指的是一类新型材料，材料中特定物质的量子隧道效应会导致材料的电阻响应特性随着材料的形变而发生改变。例如，内部悬浮有导电颗粒的可变形基质材料可作为一种量子隧道材料。当基质材料处于未变形状态时，量子隧道材料的电阻值相对很高；当基质材料处于变形状态时，例如用手指对材料施加压力后，材料的电阻值则能大幅下降。
　　利用量子隧道材料制造iPhone
　　随着更深入的剖析该发明专利，我们发现量子隧道材料不仅仅局限于制造iPhone智能外壳，甚至可以扩展为iPhone本身的制造材料。
　　苹果公司指出：“电子设备能够通过耦合于外壳电极对的感测电路来测量量子隧道材料的电阻变化，从而检测用户是否触摸输入区域。通过这种方式，量子隧道材料（或其他触敏材料）或能取代或者辅助常规机械按键作为电子设备的输入装置。
　　新型触敏材料，例如量子隧道材料，将为智能电子设备提供具备吸引力的、更稳定的输入机制以及其他力敏感部件。例如，智能手机后表面若能具备一个或者多个触敏材料组成的输入区域，将为用户提供更多与智能手机进行交互的新的、有趣的方式。
　　此外，由于这种触敏输入区域可以不需要任何按键、顶部开关或其他机械部件，所以这类输入设备有望比传统输入设备做得更薄、更轻。
　　随着技术的发展，量子隧道材料还可用于MacBook、iPad、家用电器、鼠标、触摸板、遥控器以及未来的其他新型配件上。
　　EarPods——“无遥控器”（No Remote）的下一代控制方式
　　最后，苹果公司指出量子隧道材料还可应用于EarPods。正是由于量子隧道材料的特殊性能，也就免去了使用笨拙的遥控器的麻烦。取而代之地，控制方式将变为对连接线的可挤压式控制，或者是对于EarPods自身的挤压来控制音量或跳过曲子等。
　　
　　图7A显示了iPhone与新一代控制方式的智能耳机。
　　如图7A，举个例子，新一代控制方式可能是在耳机扬声器的每个分线上（#734）都具有输入区域，并且该输入区域的长度可达整个分线长度。控制时，右扬声器分线上的输入区域主要用于增加音量，而左扬声器分线上的输入区域用于减小音量。
　　苹果的这项专利申请（20170038793）归档于2015年第三季度。考虑到这仅是一项专利申请，这类产品何时能上市目前尚未可知。
　　编辑：李小李