سنسورهای گوشی‌های هوشمند و نحوه‌ی کارکرد آن‌ها
گوشی هوشمند موجود در دست شما از لحاظ مهندسی یک شاهکار محسوب می‌شود. چندین گجت مختلف درون یک محصول قرار گرفته و بسیاری از قابلیت های جذاب گوشی های هوشمند به لطف سنسور های متنوع عملی می‌شوند. اما این سنسورها چه چیزهایی هستند و چگونه کار می‌کنند؟
به‌عنوان مثال گوشی چگونه می‌تواند قدم‌های شما را بشمارد و این اطلاعات را در اپلیکیشن موردنظر قرار دهد؟ آیا قابلیت GPS حجم مربوط به اینترنت را مصرف می‌کند؟ روی هم رفته وجود کدام سنسور ها در گوشی های هوشمند اهمیت زیادی دارد؟ در ادامه به تمام این موارد می‌پردازیم.
شتاب‌سنج
شتاب‌سنج‌ها حرکت در جهت‌های مختلف را زیر نظر قرار می‌دهند و به غیر از گوشی‌ها، در مچ‌بندهای هوشمند هم مورد استفاده قرار میگیرند. شمارش قدم‌های کاربر در گوشی، توسط همین شتاب‌سنج‌ها صورت می‌گیرد؛ بدون اینکه نیازی به خرید گجت پوشیدنی جداگانه باشد.این سنسورها همچنین می‌توانند جهت قرارگیری گوشی را به نرم‌افزار منتقل کنند که این موضوع به‌خصوص برای اپلیکیشن‌های واقعیت افزوده اهمیت زیادی دارد.
همان‌طور که نام این سنسور گوشی نشان می‌دهد، وظیفه‌ی اصلی شتاب‌سنج اندازه‌گیری شتاب است. خود این سنسور از سنسورهای دیگری ازجمله ساختارهای کریستالی میکروسکوپی تشکیل شده است که تحت تأثیر نیروهای شتاب‌دهنده قرار میگیرند. سپس شتاب‌سنج ولتاژ ناشی از کریستال‌ها را تفسیر می‌کند تا بفهمد گوشی شما با چه سرعتی در حال حرکت است و به چه جهتی اشاره دارد.
روی هم رفته شتاب‌سنج کارکردهای زیادی در گوشی دارد و به همین خاطر، این سنسور را می‌توان از مهم‌ترین سنسورهای گوشی به‌حساب آورد.
ژیروسکوپ
«ژیروسکوپ» (Gyroscope) برای درک جهت قرارگیری گوشی به شتاب‌سنج کمک می‌کند. این سنسور دقت گوشی را بالاتر می‌برد تا مثلا عکس‌های ۳۶۰ درجه تا حد ممکن زیبا و جذاب شوند.
هر زمانی که مشغول یک بازی رانندگی با موبایلتان هستید و برای کنترل فرمان جهت گوشی را تغییر می‌دهید، به‌جای شتاب‌سنج، این ژیروسکوپ است که وارد عمل می‌شود. به این دلیل که فقط تکان‌های کوچکی به گوشی داده می‌شود و گجت واقعا حرکتی در فضا ندارد.
سنسور ژیروسکوپ مختص به گوشی های هوشمند نیست و به‌عنوان مثال در ارتفاع‌سنج‌های هواپیما برای تعیین ارتفاع و موقعیت هم مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک استفاده‌ی دیگر برای این حسگر، کاهش تأثیر لرزش دوربین هنگام فیلم‌برداری است.
ژیروسکوپ درون گوشی مانند ژیروسکوپ استفاده‌شده در هواپیماهای قدیمی، مکانیکی نیست و از محورهای تراز و دیسک‌های چرخنده در ساخت آن استفاده نمی‌شود. ژیروسکوپ گوشی از نوع میکرو الکترومکانیکی است که به‌طور خلاصه به آن MEMS گفته می‌شود.
آیفون ۴ که در سال ۲۰۱۰ عرضه شد، اولین گوشی مهم مجهز به ژیروسکوپ MEMS محسوب می‌شود. در آن دوران، داشتن یک گوشی که بتواند جهت‌گیری را با چنین دقتی تشخیص بدهد بسیار جذاب و نوآورانه بود ولی حالا به یک پدیده عادی بدل شده است.
بیشتر بخوانید: چرا گوشی‌های هوشمند این‌قدر سنگین هستند؟
مغناطیس‌سنج
سه‌گانه‌ی سنسورهایی که مسوولیت شناسایی موقعیت گوشی را در یک فضای فیزیکی بر عهده دارند، با سنسور «مغناطیس‌سنج» (Magnetometer) کامل می‌شود. کارکرد این سنسور هم از نام آن پیداست و با اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی و با تغییر خروجی ولتاژ می‌تواند جهت شمال را به گوشی نشان دهد.
زمانی که اپ‌های گوگل مپ یا اپل مپ را باز می‌کنید، این حسگر مغناطیس‌سنج است که جهت شمال نقشه را مشخص می‌کند. همچنین این حسگر در اپ‌های قطب‌نما مورداستفاده قرار می‌گیرد. مغناطیس‌سنج‌ها می‌توانند فلزهای مغناطیسی را تشخیص بدهند که به همین خاطر، در فلزیاب‌ها هم استفاده می‌شوند. همین قابلیت باعث شده که اپ‌های فلزیاب برای گوشی‌های هوشمند ارائه شوند.
البته این سنسور به‌تنهایی نمی‌تواند کارکرد اصلی خود را داشته باشد و روی هم رفته مهم‌ترین کارکرد آن هنگام استفاده از اپلیکیشن‌های نقشه است که این سنسور به کمک داده‌های دریافتی از شتاب‌سنج و GPS می‌تواند موقعیت مکانی و جهت قرارگیری گوشی‌تان را تشخیص دهد.
GPS
GPS مخفف Global Positioning System به معنای سیستم موقعیت‌یاب جهانی است. GPS درون گوشی‌های هوشمند به‌منظور تشخیص موقعیت مکانی کاربر، اطلاعاتی را از تعدادی ماهواره در فضا دریافت می‌کند.
GPS از داده‌های گوشی استفاده نمی‌کند و به همین دلیل حتی در صورت از دست دادن سیگنال شبکه‌ی موبایل، می‌توانید موقعیت مکانی خودتان را ببینید؛ اگرچه در این شرایط احتمالا نقشه‌ی موبایل با کیفیت پایین و احتمالا به صورت محو شده به نمایش درمی‌آید.
در حقیقت، کارکرد این سنسور بدین‌صورت است که به چندین ماهواره متصل شده و سپس بر اساس زوایای تقاطع، مکان قرارگیری کاربر را مشخص می‌کند. اگر به دلایل مختلف مانند حضور در محیط داخلی یا ابری بودن هوا این اتصال انجام نشود، قادر به دیدن موقعیت مکانی خودتان نخواهید بود.
با وجود اینکه GPS از داده‌های گوشی استفاده نمی‌کند، اما تمام این ارتباطات و محاسبات می‌توانند باتری گوشی را خالی کنند. به همین دلیل در بسیاری از توصیه‌های مربوط به کاهش مصرف باتری عنوان می‌شود که سنسور GPS را خاموش کنید. برای همین معمولا در گجت‌های کوچک‌تر مانند برخی ساعت‌های هوشمند از GPS استفاده نمی‌شود.
البته استفاده از GPS تنها راهکار برای پیدا کردن موقعیت مکانی نیست؛ از فاصله‌ی گوشی با دکل‌های مخابراتی هم می‌توان برای تخمین موقعیت مکانی استفاده کرد. سنسورهای GPS که امروزه در گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شوند، برای تشخیص موقعیت مکانی دقیق‌تر علاوه بر سیگنال‌های دریافتی از ماهواره‌ها از داده‌های دیگر همچون سیگنال‌های دکل‌های مخابراتی هم استفاده می‌کنند.
بیشتر بخوانید: هر آنچه درباره‌ی باتری گوشی باید بدانید
سنسورهای بیومتریک
تقریبا تمام گوشی های هوشمند موجود در بازار از سنسور تشخیص اثر انگشت یا سیستم تشخیص چهره بهره می‌برند. این سنسورهای بیومتریک را می‌توان با روش‌های خاصی فریب داد اما به طور کلی امنیت بسیار بیشتری نسبت به استفاده از PIN یا الگو دارند.
در این میان، سنسورهای اثر انگشت حالا به زیر نمایشگر هم راه پیدا کرده‌اند. سنسورهای زیر نمایشگر از نوع اپتیکال (اسکن با نور) و فراصوت (اسکن با امواج صوتی) هستند. سنسورهای اثر انگشت فیزیکی هم از نوع خازنی محسوب می‌شوند که برای این کار توسط خازن‌های الکترونیکی اثر انگشت اسکن می‌شود.
شرکت‌های سازنده برای افزایش دقت این سنسورها، انواع و اقسام ترفندها و الگوریتم‌های نرم‌افزاری را به کار میگیرند تا تشخیص اثر انگشت تا حد ممکن دقیق‌تر شود. در حال حاضر بهترین گوشی‌های اندرویدی از اثر انگشت زیر نمایشگر بسیار باکیفیتی استفاده می‌کنند که تقریبا به خوبی حسگرهای اثر انگشت فیزیکی هستند.
در این میان، در آیفون‌های پرچم‌دار و گوشی‌های پیکسل ۴ اثری از حسگر اثر انگشت دیده نمی‌شود و در عوض از سیستم تشخیص چهره بهره می‌برند. این گوشی‌ها برای این کار از چندین سنسور متفاوت بهره می‌برند ولی گوشی‌های ارزان‌تر معمولا از همان دوربین سلفی برای تشخیص چهره استفاده می‌کنند که امنیت چندان بالایی ندارد.
این گوشی‌های پرچم‌دار، برای سیستم تشخیص چهره از سنسور مادون قرمز استفاده می‌کنند که می‌توانند با بهره‌گیری از نقاط تابانده شده به صورت، نقشه‌ای سه‌بعدی از چهره ایجاد کنند. بعد از اینکار، نرم‌افزار باید این اطلاعات را تفسیر کند و هرچقدر نرم‌افزار و سخت‌افزار بهتر باشد، سرعت این فرایند بیشتر خواهد بود.
بیشتر بخوانید: آیا افزایش تعداد دوربین گوشی به معنای ثبت عکس‌های بهتر است؟
سایر سنسورهای مهم
در گوشی ها انواع و اقسام سنسورهای دیگر مورد استفاده قرار میگیرند اگرچه بسیاری از آن‌ها به اندازه‌ی مواردی که مطرح کردیم اهمیت بسیار کمتری دارند.
به‌عنوان مثال، پیکسل ۴ و پیکسل ۴ ایکس‌ال مجهز به سنسور Soli هستند که در اصل یک ماژول رادار محسوب می‌شود؛ این ماژول می‌تواند حرکات دست اطراف گوشی را تشخیص بدهد و مثلا با حرکت دادن دست خود می‌توانید تماس را رد کنید و همچنین به محض اینکه گوشی را بر می‌دارید، سیستم تشخیص چهره شروع به کار می‌کند.
در سمت گجت‌های اپل، ما با تکنولوژی LiDAR در نسل جدید آیپدهای پرو روبرو هستیم که ظاهرا قرار است تعدادی از آیفون‌های تازه‌نفس هم از آن بهره ببرند. به صورت خلاصه، این یک سنسور پیشرفته برای تابش لیزر و تجزیه و تحلیل نور بازتاب شده است که برای ایجاد نقشه سه‌بعدی از محیط مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف اصلی اپل از تعبیه این تکنولوژی، بهبود قابلیت‌های مربوط به اپلیکیشن‌های واقعیت افزوده است.
باید خاطرنشان کنیم بسیاری از گوشی‌ها مانند آیفون از فشارسنج هم بهره می‌برند که می‌تواند فشار هوا را اندازه‌گیری کند. این سنسور برای تشخیص تغییرات آب‌وهوایی و محاسبه ارتفاع نسبت به سطح دریا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
«سنسور مجاورت» (proximity sensor) هم معمولا در بخش بالایی نمایشگر در کنار اسپیکر مکالمه قرار می‌گیرد. این سنسور معمولا از دو بخش چراغ مادون قرمز و حسگر نور تشخیص شده که نزدیک شدن موبایل به گوشی یا هر سطحی را تشخیص می‌دهد و در چنین موقعیتی نمایشگر خاموش می‌شود. عملکرد این حسگر بدین‌صورت است که یک پرتوی نور را ساطع می‌کند و در صورت برخورد به یک سطح نزدیک، نور مذکور برمی‌گردد؛ البته این نور با چشم انسان قابل رویت نیست.
«حسگر نور محیط» (ambient light sensor) دقیقا همان کاری را می‌کند که انتظارش را دارید. این حسگر نور محیط را بررسی و با توجه به آن، روشنایی صفحه‌نمایش را به‌صورت خودکار تنظیم می‌کند (البته اگر تنظیمات روشنایی صفحه‌نمایش گوشی را در حال خودکار قرار داده باشید).
مانند دیگر قطعات به‌کاررفته در گوشی‌های هوشمند، این حسگرها روزبه‌روز کوچک‌تر و هوشمندتر می‌شوند و مصرف انرژی آن‌ها کمتر می‌شود. اگر دو موبایل قدیمی و جدید GPS داشته باشند، قطعا دقت این سنسور در هردوی آن‌ها یکسان نیست. روی هم رفته در این مطالب به مهم‌ترین سنسور های موجود در گوشی های هوشمند نگاهی انداختیم که تجربه کاربری این گجت‌ها را جذاب‌تر می‌کنند.
بیشتر بخوانید: نوآوری‌های دوربین موبایل پیش از اندروید و آیفون
منبع: Gizmodo
مرسی از توضیحات ساده و جالب شما
اگه بخواهیم خشک (بدون هیجان) به این موضوع نگاه کنیم، زمانی که تماس میگیریم، پیامک میدهیم، توی واتس اپ، تلگرام یا اینستاگرام هستیم (نود درصد کاربری روزانه افراد) به هیچکدام از این سنسورها نیازی جدی یا حتی عادی هم نداریم (هر چند باعث تسهیل انجام بعضی از کارها می شوند).
به نظر من شرکت ها هزینه پیشرفت این تجهیزات را از خریدار میگیرند، در ضمن اینکه اطلاعات دقیق و بی نظیر جمع آوری از مجموع این سنسورها اطلاعات دقیق مورد نیاز سازمانها را تامین می کند.