Источник

Мобильная радиосвязь впервые была использована более века назад, в далёком 1921 году, полицией Детройта (USA). Но первая коммерческая сеть появилась только в 1946-м. Компании AT&T и Bell Telephone Laboratories развернули радиосеть обслуживания своих абонентов в Сент Луисе (USA) и его пригородах. Для соединения вызывающий абонент сначала сообщал голосом оператору коммутатора, с кем он хочет говорить. Вес абонентского оборудования достигал 36 килограммов, и это без учёта источника питания, поэтому первые мобильные телефоны использовались преимущественно в автомобилях.

Фактически это был просто радиоудлинитель проводной линии. Спустя год Дуглас Ринг и Рей Янг (Bell Laboratories) предложили концепцию коммерческой сотовой связи, но до привычного нам сервиса было ещё очень далеко.

С развитием элементной базы, в первую очередь полупроводниковых элементов, размеры и вес оборудования быстро сокращались. Действующий прототип первого привычного нам аппарата создал Мартин Купер (Motorola) в 1973 году. В одном корпусе удалось разместить всё оборудование. Вес аппарата составлял около килограмма. Его ещё нельзя было носить в кармане, но элемент питания уже был внутри и обеспечивал его работу более 15 минут!


Первый коммерческий мобильник Motorola DynaTAC 8000X (1983 г.)

Первый коммерческий мобильник также выпустила Motorola в 1983 году. Это был DynaTAC 8000X стоимостью около $4 000.

Однако связь всё еще оставалась аналоговой (поколение 1G). Только с появлением мало потребляющих цифровых микросхем появилась возможность перейти к цифровым каналам. Основным стандартом сотовой мобильной связи стал стандарт GSM (поколение 2G). Разработка стандарта началась в 1982 году группой из 26 компаний. Его первая спецификация была опубликована в 1991-м. Это был выдающийся пример сотрудничества компаний-производителей и провайдеров связи, благодаря которому мобильная связь стала стремительно развиваться. К 2000 году мобильник надёжно обосновался в кармане потребителя и перестал быть предметом роскоши.

Следующим важным этапом стала «война» за место в этом кармане между наладонными компьютерами и сотовыми телефонами. Специализированные производители наладонников пытались привлечь покупателей дополнительной функцией связи, а телефонные гиганты не имели ничего против дополнительных новых задач для своих процессоров. Никто не победил, но в результате родился смартфон.

В 1999 году был выпущен первый стандарт пакетной передачи данных GPRS, миллионы пользователей получили возможность мобильного использования сервисов Интернета. С этого момента человечество вступило в следующую эпоху своего развития — Homo SmartPhonus.


Homo SmartPhonus

К настоящему времени доля продаж смартфонов среди всех устройств голосовой мобильной связи стала преобладающей. В городах мобильная связь стала уверенно вытеснять проводную, а о таком анахронизме, как таксофон, многие даже и не помнят. Благодаря возможности устанавливать незаводские приложения возникла индустрия сервисов, использующих как внутренние ресурсы смартфона, так и все ресурсы, до которых смартфон может «дотянуться». Смартфоны также полностью вытеснили стационарные часы и будильники. В мегаполисах существование человека без навигатора на смартфоне стало весьма затруднительным. Для большинства пользователей задачи «накормить» свой мобильник и поддержать его баланс стали основным инстинктом.

Каких новшеств можно ожидать в наших смартфонах в ближайшее время?

Как я замечал выше, основной проблемой первых поколений смартфонов был аккумулятор. Сейчас мы подошли к состоянию, когда миниатюризация аккумулятора уже не требуется: размер определяют дисплей и удобство его захвата ладонью.

Однако разработчики продолжают бороться за длительность работы без подзарядки, которая в первую очередь зависит от удельной ёмкости. Самая развитая и распространённая на сегодня технология Li Ion практически достигла предела своего развития. Дальнейшее повышение ёмкости приводит к увеличению вероятности перегрева и высоким требованиям к процессу зарядки. Многие компании пытаются решить эту проблему модификацией слоя электролита до твердотельного состояния. Например, Qing Tao (Kunshan) Energy Development обещает скоро запустить в производство такие аккумуляторы.

Да и сам литий — не такой уж распространённый на планете металл, особенно если учитывать аппетиты индустрии электромобилей. Поэтому активно продолжаются поиски новых материалов для аккумуляторов. Например, исследователи Иллинойского университета (USA, Chicago) ведут работы по замене лития на оксиды магния и хрома. Корейский институт науки и технологий (KIST) разрабатывает аккумуляторы на основе Na Ion-технологии, что обеспечит значительное удешевление производства и повысит его экологичность.

Одним из интересных решений является замена аккумулятора на топливный элемент питания. Это позволит пользоваться смартфоном при недоступной силовой сети. Компания MTI MicroFuel Cells анонсировала малогабаритное устройство, работающее на капсулах с метанолом. Заправка смартфона производится сменой капсул. Несколько граммов топлива позволяют смартфону работать не менее суток.

К сожалению, пиковая мощность малоразмерных топливных элементов пока остаётся невысокой, поэтому производители разрабатывают тандемы: топливный элемент заряжает аккумулятор, который подключается на высоких нагрузках. Коммерческих предложений таких устройств пока не видно, да и «заправлять» смартфон топливом менее удобно, чем подключать его к зарядке. Для «диких» мест вполне может подойти сцепка смартфон + PowerBank, которую можно сделать на базе производительного топливного генератора и заряжать от него и другие устройства.

Кстати, о зарядке. Совсем недавно мы сыпали проклятия на головы производителей за разнообразие интерфейсов зарядки. Похоже, эта неприятность уходит в прошлое. Большинство производителей внедряет беспроводные системы зарядки, которые уже стали обязательными в топовых моделях. Зарядка происходит на расстоянии до нескольких сантиметров от зарядного блока.


Одновременная беспроводная зарядка WattUp многих устройств от одного зарядного блока

Компания Energous предлагает новый стандарт WattUp беспроводной зарядки маломощных устройств, позволяющий заряжать гаджеты на расстоянии до одного метра (теоретически — до пяти при получении соответствующего сертификата от местного органа контроля совместимости). Увеличение расстояния достигается за счёт направленного излучения зарядной станции, сфокусированного на одном из заряжаемых устройств. Контроллер зарядки автоматически осуществляет поиск подходящих заряжаемых устройств, настраивает канал зарядки и производит её. Energous также заявляет о совместимости WattUp с некоторыми существующими стандартами беспроводной зарядки. Такой способ заряда особенно подходит для подзарядки носимых устройств и сенсоров. Аналогичную технологию Mi Air Charge разрабатывает Xiaomi.

А если недоступны ни силовая сеть, ни PowerBank? Можно ли зарядить севший аккумулятор? Оказывается, некоторые производители уже предлагают резервную возможность подзарядки от другого смартфона также беспроводным способом, например, модели Samsung из линейки Note10.

Это позволяет надеяться на создание носимых устройств без собственного источника питания, использующих аккумулятор внешнего устройства. Их потребление может быть очень малым, меньше затрат на передачу данных. Компания Wiliot разрабатывает элементы питания, работающие на излучении сетей Wi Fi и Bluetooth. Они работают на расстоянии нескольких метров от активного устройства сети (похожая технология NFC уже работает с 2004 года, но обеспечивает питание на расстояние до 10 сантиметров). Такое решение очень подходит для съёма данных с различных датчиков, расположенных в одежде, на теле или даже внутри человека.

Исследователи из Национального Университета Сингапура пошли ещё дальше: раз основные расходы энергии приходятся на передачу сигнала, то нужно просто ограничить расстояние передачи и снизить её скорость. Требуемая мощность передатчика при этом снижается приблизительно с «квадратом» расстояния. Таким образом, можно будет сделать сеть, беспроводным способом передающую питание и сигналы от узла к узлу, а подстраивать в зависимости от текущей задачи и ресурса питания. Такую сеть можно имплементировать в полотно и использовать его для изготовления одежды. Если узлы будут прочными и герметичными, то такую одежду можно будет даже стирать.

IDC прогнозирует значительный рост поставок на мировом рынке носимых устройств. Годовой прирост в 2021 году достиг 32,3 %. Каким будет прирост, если считать каждый узел такой ткани за единицу продаж?!

Ну раз уж экономить энергию, то можно подумать и о главном «жруне» смартфона — дисплее. Уже сейчас многие производители предусматривают несколько режимов его работы, а некоторые даже размещают несколько дисплеев, специализированных под определённые задачи. Правда, такие форм-факторы (например, дисплеи, расположенные с двух сторон) не пользуются популярностью на рынке, поэтому стали делать комплексы в виде слоёных тортов из дисплеев разных технологий или параметров. Например, специальные зоны на экране с пониженным потреблением для индикации часов, статусов и другой медленно меняющейся информации. Очень интересным было бы комбинирование слоя «электронных чернил» (e-Ink). Представляете, сколько времени можно было бы не заряжать смартфон при чтении книг или документов!

Фантасты давно пишут о 3D-экранах для смартфона, но такая технология уже реализована. Исследователи Университета Куинс (Канада) разработали прототип смартфона с 3D-дисплеем без применения очков. Технология получила имя HoloFlex. На экран наносится сетка из линз, каждая из которых покрывает группу пикселей. Линза формирует раздельные изображения для каждого глаза от соответствующего пикселя группы. Однако убрать такую сетку для перехода в нормальный режим затруднительно, да и итоговое разрешение будет пропорционально «квадрату» размера группы, а размер группы влияет на глубину 3D-эффекта.

А можно ли вообще отказаться от дисплея на смартфоне? В самом деле, если беспроводная связь уже позволяет передавать видео в высоком разрешении (5G нам в помощь), то дисплей можно физически отделить от «мозгов». Получается DeskTop-компьютер, «надетый» на пользователя. Вы можете спросить: зачем? Согласен, что совсем удалять дисплей не стоит, но можно сделать его более простым или мало потребляющим либо просто отключать, когда он не нужен, а просмотр делать на других устройствах, например, в очках-дисплеях. Раз нет ограничения на поток данных, то картинку с камер этих очков можно отправить в смартфон на обработку. Здравствуй, новая реальность! И беспроводные наушники, и микрофоны — уже не новость.

Кстати, про audio. С вами может говорить не только человек, но и сам смартфон. Современные синтезаторы речи очень далеко ушли от простых «говорилок» начала века. Компания Google анонсировала систему синтеза речи, которая способна преобразовывать текст в речь, максимально приближённую к человеческой. Алгоритм получил название Tacotron 2. И если робота раньше было просто разоблачить по характерным оборотам речи, не прибегая к его пристрастному допросу, то сегодня для этого приходится прикладывать определённые усилия.
Решена и более сложная задача распознавания речи. На рынке уже существует множество известных продуктов от Microsoft, Google, Yandex.

Ну, раз мы уже понимаем друг друга, то постойте: а на каком языке? И это, похоже, тоже перестаёт быть проблемой. Все уже активно используют Google Переводчик, следовательно, добавив функции автоматического преобразования в текст на входе и функцию синтеза на выходе, мы получаем карманного C-3PO.

Таким образом, смартфон можно превратить просто в носимый системный блок с накопителем, а периферией может оказаться любое подходящее устройство, подключаемое по беспроводной связи: носимая электроника, попавшийся под руку телевизор, другой компьютер.

Intel серьёзно рассматривает такой вариант. При создании соответствующей общественной и технологической инфраструктуры это не такая уж и утопия.

Компания Canonical в довершение минимализма предлагает из оставшегося ещё и «вынести мозг», переведя ресурсоёмкие задачи на вычисление в облако. Смартфон низводится до функций терминала!

Я не упомянул ещё одно важное устройство — клавиатуру. Можно ли её заменить или отказаться от неё? Голосовой набор текста и управление — уже не фантастика. Но представьте себе, что все, кто раньше тихо набирал на своих экранчиках текст, прикрывая его ладошкой, вдруг заговорят! Похоже, клавиатура должна остаться.

Вёрсткой или хотя бы правкой текста голосом заниматься не слишком удобно, лучше один раз ткнуть в нужное место, чем минуту объяснять тупому редактору, что от него требуется. Здесь может помочь управление жестами. К сожалению, оно требует либо применения кистевых сенсоров (перчаток, колец), либо сложного анализа изображения кисти от внешней камеры. Значительных успехов в таких технологиях добилась компания Microsoft в проекте Azure Kinect DK.

А как же любимое домашнее «существо» каждого пользователя, в простонародье называемого мышью? Здесь просто: беспроводные мыши вполне можно было бы подключить к смартфону. Но это уже не единственное устройство «целеуказания». Уже сейчас доступны сканеры взгляда, например, Tobii PCEye. Сканер снимает положение бликов отражений инфракрасного источника света от внутренних структур глаза. По взаимному расположению бликов программа рассчитывает направление взгляда.

Может быть, комбинация всех этих средств, машинное обучение системы предпочтениям пользователя и сохранение настроек в его перемещаемом профиле позволят полностью отказаться от привычного ввода текста. Подобные возможности очень часто возникают из ниоткуда, просто при комбинации разных технологий (конвергенция).

Трансформации форм-фактора

Далеко не все будут готовы отказаться от дисплея. Именно он сегодня определяет форм-фактор смартфона: не хочет ли кто-нибудь внести новые идеи?

По исследованию Samsung более 70 % покупателей готово переплачивать за модели с большими дисплеями и хорошим разрешением. Как результат вы уже, наверно, видели современные раскладушки от Samsung, линейки Galaxy Z Fold 2, где единое гибкое полотно дисплея разворачивается из сложенного вдвое положения. Проблема, неудачно присев, раздавить в заднем кармане очень большой телефон, вроде уходит.

А можно сделать «гармошку» из нескольких изгибов?


Раскладушка Samsung Galaxy Z Fold 2

Некоторые производители лелеют надежды сделать смартфон прозрачным. Конечно, можно придумать массу приложений, где пользователь будет смотреть на что-то или на кого-то сквозь смартфон, но вот возможность смотреть на вас уже реализована: на многих моделях стали скрывать фронтальные камеры и сенсоры за прозрачным для них дисплеем, что позволяет сделать телефон полностью безрамочным.

Кстати, про камеры. Большому количеству потребителей не нравится, что их заставляют покупать модели с ненужными им дорогими устройствами. Всё равно смартфон никогда не заменит качественный фото/видеоаппарат. Так что хвастаться большим количеством сенсоров изображений становится немодным, и за последний год рост количества камер снизился. Но Джуси Хонг из исследовательской компании Omdia считает, что это вызвано не запросами потребителей, а всего лишь нехваткой модулей сенсоров.

Отмечу ещё одну тенденцию — премиальные аппараты становятся монолитными. Как я уже отмечал ранее, порты связи и зарядки уже не нужны. Встроенной памяти достаточно для типовых приложений, всё, что не влезло, можно хранить вовне. Аккумулятор также стал несъёмным, его хватает не только на срок морального устаревания аппарата, но даже и на заявленный срок эксплуатации. Единственным элементом, требующим физического доступа, остаётся SIM-карта.

Вы уже, наверно, слышали про встроенные SIM-карты eSIM, позволяющие программно привязать номер оператора? Обсуждать их начали ещё в 2010 году, а первая спецификация была опубликована в 2016-м. Однако только в последние годы появились коммерческие продукты. Это очень обидная для потребителя ситуация. Технологически реализовать eSIM можно было, наверно, ещё в прошлом веке (сами SIM-карты появились в 1991 году), задержка была вызвана скорее юридическими и организационными проблемами. Пока эти проблемы решались, известный производитель процессоров Qualcomm уже предлагает технологию iSIM — встраивание элементов привязки непосредственно в процессор смартфона или любого другого устройства.

Теперь можно не только петь под проливным дождём, но и разговаривать по мобильнику.

Продолжение интеграции человек-машина

Источник

Как говорил один известный персонаж: «У каждого человека есть кнопка», но зачем же так узко смотреть на мир? У каждого человека должен быть интерфейс!

Если бы была возможность подключить смартфон напрямую к мозгу, как упростилось бы общение с машинами! Увы, пока цивилизации похвастаться нечем. Вспомним историю поддержки выдающегося учёного и человека Стивена Хокинга. Для работы ему была доступна только одна лицевая мышца, напрягая которую, он «кликал» по циклически предлагаемым на дисплее вариантам символов и действий. Движение этой мышцы считывалось оптическим сканером, размещённым на очках Стивена. Такое ограничение всё же позволило ему общаться с научным миром и даже писать книги (управление взглядом протестировать не удалось из-за проблем с опущенными веками).

Для повышения производительности последовательность вариантов постоянно корректировалась, предлагая ожидаемые слова и фразы. Да, это были те самые технологии контекстного поиска и семантического анализа.

Работы по неинвазивному подключению к мозгу (без хирургического вмешательства) ведутся многими компаниями. Датчики активности определённых участков мозга позволяют имитировать нажатие кнопок (есть активность или нет). Однако количество таких участков ограничено и плохо контролируется.

Проект Alter Ego использует сенсоры на височной части черепа и датчики движения подбородка. Информация снимается во время произношения слов, причём проговаривания вслух не требуется.

Наиболее надёжным решением было бы инвазивное подключение к отдельным нейронам мозга или мышечным нервам. Над этой технологией работает несколько компаний. Наиболее известный проект — NeuraLink Илона Маска.

Подключение к компьютеру выполняется через беспроводной контроллер-интерфейс, жёстко закреплённый на черепе. К контроллеру проводниками подсоединяется до 1 024 сенсоров-электродов, располагаемых около синапсов нейронов. Установка сенсоров и подключение проводников к контроллеру выполняются хирургическим роботом. И это довольно деликатное решение, если сравнить с интерфейсом человек-машина из Matrix.

Команде NeuraLink удалось добиться высокой достоверности считывания отдельных сигналов управления мышцами. В этом году Илон заявил, что готов к испытаниям на людях.
Конечно, сейчас речь идёт только о протезировании, но проблем с добровольцами у Илона, похоже, не будет.

Ну а что полноценные люди? Среди них уже сейчас находятся добровольцы, готовые вживлять в своё тело электронику. Первой компанией в США, в которой будет применяться идентификация сотрудников с помощью чипов, станет Three Square Market. По словам её генерального директора Тодда Уэстби, подобная технология уже применялась их шведским партнёром — компанией BioHax International. Чип размером с рисовое зёрнышко, сделанный по технологии RFID, вводится под складку кожи между большим и указательным пальцами. Он незаметен как снаружи, так и для носителя. Проект является частью теста для оценки перспективы широкого внедрения этой технологии. Чипированные сотрудники получат возможность авторизоваться в различных закрытых системах компании мановением руки.

Общественность пока воспринимает это в штыки, но, по сути, это ничем не хуже паспорта, который некоторые государства заставляют добропорядочных граждан постоянно носить с собой.

А если добавить к чипу источник питания? Тогда можно подумать не только о хранении данных, но и о более энергозатратных функциях: Bluetooth для связи со смартфоном, узлами одежды, носимой электроникой. Сеть можно организовать и прямо в теле человека, чтобы правая нога могла общаться с левой рукой. А почему только внутри одного индивидуума? Вот вам и реальная неестественная социальная сеть. А как вам, например, имплантированные наушники или накопитель?

Оптимальным источником питания для имплантированных устройств был бы биологический генератор, работающий от той же «силовой» сети человека, что питает мышцы и поддерживает температуру. Обычный человек в состоянии поднять груз в несколько десятков килограммов, эта энергия сравнима с затратами на питание серьёзного процессора в течение нескольких минут.

Ещё один способ получить энергию от тела человека такой: использовать перепад температуры тело — окружающая среда. Уже сейчас доступны наручные часы Matrix PowerWatch, работающие на основе эффекта Зеебека.

Продолжаются работы и по подключению главного канала получения мозгом информации — зрения. По сути, это такая же технология возбуждения отдельных синапсов от глазного нерва, которые удачно подходят к зрительной коре мозга в его затылочной части.

Вы спросите: ну и кто же согласится на такой UpGrade? Да, сейчас человеку вполне хватает каналов общения с миром. Но не исключено, что в скором времени на HeadHunter никого не удивит требование — наличие исправного интерфейса NeuroLink 2-й редакции и новее.