Смартфон - NEXT Generation

Мініатюризація компонентної бази і винос переважної кількості функцій в хмара дозволить істотно скоротити енергоспоживання в смартфонах майбутнього, дасть можливість використовувати безконтактні способи підзарядки мобільних пристроїв. А бездротова передача енергії, про яку більше 100 років тому мріяв великий винахідник Нікола Тесла, здійсниться наяву.

У салонах зв'язку нам доводилося спостерігати картину: непідготовлений покупець, консультуючись у продавця, ніяк не може вирішити, на чому зупинити вибір. З одного боку, його погляд привертають розрекламовані смартфони, керовані операційними системами типу Android або Apple iOS. А з іншого, консультант торгової точки запевняє, що виглядають архаїчними кнопкові телефони в режимі очікування здатні «тримати» заряд батареї більше місяця. І якщо для людини телефон - це робочий інструмент, а не модний аксесуар, то швидко разряжающийся акумулятор «дуже розумних» телефонів може стати серйозною проблемою для їх використання. Тому, збільшення терміну служби батареї через підвищення її ємності одна з головних завдань, яку доведеться вирішити в смартфонах майбутнього.

В смартфонах майбутнього, нарівні зі зростанням ємності акумуляторної батареї, важливу роль гратимуть нові технології бездротової передачі енергії на відстань. Ці технології допоможуть частково зняти проблему наростаючого енергоспоживання електронної начинки при збільшенні потужності і функціональності смартфонів. Нарешті те, про що колись мріяв Нікола Тесла, початок втілюватися в життя. Так групою фізиків з Массачусетського технологічного інституту (MIT) деякий час тому був випробуваний метод бездротової передачі електроенергії на відстань у кілька метрів з втратою менше 5% енергії. У цьому випадку передача енергії здійснювалася завдяки технології відомої під назвою «сильно пов'язаного магнітного резонансу». У разі запровадження такої технології підзарядки акумуляторів мобільних девайсів в життя, фактично про зарядний пристрій сьогоднішнього типу можна буде забути. Залишиться лише проблема зарядки смартфонів хіба що в Антарктиді або на Південному полюсі.

При активному використанні заряд батареї смартфона, вона зазвичай «вигорає» за п'ять-вісім годин залежно від моделі телефону. Тому активні користувачі мобільного інтернету, щоб не втрачати зв'язок зі світом, носять з собою блок запасних батарей. Скажемо прямо, не найбільш інноваційне рішення проблеми, і навряд чи разом зі смартфоном прийдешнього буде видаватися додатковий блок живлення. Звичайно, з часом акумулятори стануть могутніше, однак енергоспоживання зростає швидше. Смартфони все менше нагадують телефон і все більше мобільний комп'ютер: їх екран стає більше, процесор могутніше, а функціонал ширше. Наприклад, цілий ряд виробників - Apple, LG, HTC, Huawei та інші - анонсували в кінці 2011 року перші смартфони з високопродуктивними чотирьохядерними процесорами. А випущений на ринок тоді ж Samsung Galaxy Note з пятидюймовым екраном, навіть зовні більше схожий на планшетний комп'ютер, ніж на телефон.

Звичайно, навряд чи варто очікувати, що у смартфонів з'являться блоки вбудованої пам'яті порівнянні з обсягами з тими, якими оснащуються ноутбуки. Хоча і в цьому відношенні прогрес не стоїть на місці, так наприклад, група фахівців з IBM Research експериментально домоглися неймовірною щільності зберігання інформації. Один біт інформації дослідники змогли записати всього на 12 атомах, в той час діючі технології зберігання інформації для запису біта використовують мільйони атомів речовини.

Ні у кого немає сумнівів, що надалі електронна начинка буде все більше ускладнюватися, а функціонал пристрою розширюватися. Проте разом з цим буде створюватись нова база мікроелектронних компонентів. Начинка телефону стане мініатюрніші і енерго ефективніше. Так зовсім недавно, експериментально отримано перший транзистор розмірів з атом. За такої щільності елементної бази, процесори будуть схожими на шпилькові головки. І, незважаючи на те, що продуктивність таких процесорів істотно зросте, енергоспоживання у них буде значно нижче, ніж у існуючих нині процесорів.

З високою часткою ймовірності, смартфону майбутнього просто не знадобиться величезна обчислювальна потужність. Внутрішня архітектура абонентських пристроїв зміниться. Самі подумайте, зараз сучасні комунікатори нагадують швейцарські ножі з тисячею лез. Ви напевно бачили такі на прилавках: незграбні пристрої з вбудованими ложками, виделками, штопорами, викрутками, манікюрними ножицями і ще купою різних функцій. У цих пристроїв є пристосування на всі випадки життя, от тільки використовувати ці пристосування в рівній мірі незручно.

Телекомунікаційна індустрія знайшла вихід із цієї ситуації - хмарні обчислення. Ну, скажіть, навіщо вбудовувати в телефон потужний процесор і великий масив оперативної пам'яті, які потрібні для обробки відеоінформації у високому дозволі... Обробити її можна і в хмарі, а потім по каналах бездротового широкосмугового передачі даних вже у високій якості передати на смартфон, аналогічно можна вступати зі звуком і прикладними програмами. Все, що сьогодні в силу рівня розвитку технологій знаходиться в смартфоні, в майбутньому, найімовірніше, перейти на хмари. Там будуть організовані кластери з обслуговування певних функцій смартфонів і комунікаторів майбутнього. В хмарах буде розміщений всілякий софт, файли пам'яті, поштові та інші сервіси.

Втім, програмним забезпеченням з хмари нікого не здивуєш, у деяких компаніях офісний софт вже сьогодні використовують із хмари. І недалекий той день, коли з хмари можна буде брати навіть операційну систему. І тоді один і той же комунікатор зможе працювати на будь-який «операційці» (якщо вони, звичайно, збережуться в тому вигляді, до якого ми звикли). Тобто користувачеві смартфона, щоб перейти, наприклад, з Apple iOS на Android або назад досить натиснути одну кнопку. Доказом тому китайський клон Nokia N9, який вже сьогодні здатний працювати з сімома операційними системами: MeeGo, iOS 5.0, HTC Sense, Windows Phone 7, BlackBerry, Samsung TouchWiz 3.0 і Symbian Anna.

Звичайно, для отримання важких додатків або операційної системи з хмари потрібні широкі канали бездротової передачі даних. Але, як показали тести, швидкості передачі даних за допомогою нових високошвидкісних технологій - наприклад, LTE - близькі до того, до чого ми звикли будинку, використовуючи дротовий доступ. Вже сьогодні нові технології не прив'язані до конкретної смузі частот, а використовують широкий спектр. Так, технологія LTE здатна працювати в декількох частотних діапазонах, від 700 МГц до 3,5 ГГц. Втім, з високою часткою ймовірності з'явиться нова технологія передачі даних, яка об'єднує всі нині існуючі. Наприклад, буде розроблена, передбачена ще в середині XX століття Клодом Шенноном, можливість передавати інформацію з допомогою додаткових компонент електромагнітних хвиль. За рахунок цього можна буде збільшити кількість каналів передачі на одній частоті. В результаті, величина потоку даних на одній частоті може зрости на порядок.

У недалекому майбутньому смартфон будуть вибирати тільки за зовнішнім параметрами: кольором, формою, вагою і так далі, а вся «розумна начинка» буде «лежати» в хмарі. І як влучно зауважив один із блогерів: «...Вся інформація буде зберігатися на серверах, включаючи софт. Власне, сам пристрій просто буде консоллю для доступу до Вашої інформації на сервері. Поняття карти пам'яті зникнуть, поняття стандарту зв'язку зникнуть, поняття з'єднання через інтернет, телефонні лінії, bluetooth, вайфай і т.д. зникнуть...». Робота з хмарні сервісами дозволить істотно знизити споживання електроенергії смартфонами майбутнього.

В найближчому майбутньому не зміниться тільки зовнішній вигляд комунікаційних пристроїв, але і модель їх використання. Смартфон майбутнього буде допомагати людині взаємодіяти, не тільки з іншими людьми, але і з навколишнім світом. Смартфон майбутнього буде самостійно підключатися і налаштовувати під нас різноманітні електронні пристрої. Наприклад, якщо ми сіли в крісло літака або легкового автомобіля, то він підлаштовує під наші інтереси монітор, вбудований в спинку першого крісла, і інтерактивну розважальну систему. Якщо увійшли додому, то смартфон може стати універсальним пультом управління для побутової техніки. Завдяки всіляких сенсорам, датчиків і високочутливим камерам персональний пристрій стане основою для цілого ряду нових сервісів. Наприклад, вбудовані газоаналізатори, датчики радіації і т.п. можуть передавати інформацію в Єдиний центр обробки даних, а людина в обмін буде отримувати довідку про те наскільки безпечне навколишнє його середовище і, якщо це необхідно, попередження про можливу небезпеку.

Високого ступеня інтеграції смартфона майбутнього в навколишній світ дозволить його власникові зовсім не замислюватися про необхідність заряджання пристрою. Оскільки, з одного боку, рівень споживання електроенергії в смартфонах майбутнього буде вкрай низький, а з іншого, пристрої будуть підживлюватися сонячним світлом, «сміттєвими» випромінюваннями побутових приладів, безконтактно заряджатися поруч зі стаціонарними електронними пристроями. Тобто ми можемо констатувати, що ера дротових зарядних пристроїв підходить до кінця.

Наступним кроком на шляху створення смартфона майбутнього має стати створення технології управління мобільним пристроєм за допомогою погляду. І наша команда розробників вже працює над цим. В ході практичних робіт буде зроблено вибір обладнання (різні варіанти камер і їх розташування, різні варіанти підсвічування), дослідження в області алгоритмів і технологій, які здійснюють оцінку напрямку погляду, а також маркетинговий аналіз.

І вже вироблені перші конструктивні рішення. Так, комунікатор наступного покоління, повинен бути обладнаний двома камерами, спрямованими в одну сторону й утворюють стереопару. Завдяки цим камерам процесор мобільного пристрою може обчислювати напрямок погляду користувача за положенням зіниці і часу його фіксації на віртуальній клавіатурі мобільного пристрою. У результаті можна реалізувати функцію «touchscreen» без фізичного дотику дисплея. Наявність двох відкаліброваних камер дозволить значно поліпшити якість візуальної оцінки погляду, оскільки з'являється можливість взаємного перехресного контролю положення зіниці, а також можливість використовувати більш точну оцінку позиції голови людини, необхідну для розрахунку напрямку погляду.

Система, що здійснює оцінку точного місця розташування точки погляду на екрані мобільного пристрою, буде мати модульну структуру. Пристрій повинен, по-перше, вміти знаходити особу власника і відрізняти його від інших елементів зображення з камери. По-друге, точно оцінювати стан особи щодо смартфона. По-третє, виявляти область очей. По-четверте, знаходити зіниці. -П'ятих, визначати «область погляду» на екрані. І якщо перші дві опції вже реалізовані в сучасних смартфонах, то решта ще тільки належить розробити.

Ні, звичайно, нам не доведеться розробляти технології з чистого аркуша. Так, створюючи прототип, ми використовуємо вже описані методи. Наприклад, для оцінки ключових точок особи (необхідно для визначення його положення щодо камер) ми припускаємо скористатися модифікованим для двох відкаліброваних камер методом Active Shape Model.

Одна з найбільш серйозних завдань, з якою ми зіткнулися, розробляючи технологію управління мобільним пристроєм за допомогою погляду, визначення позиції зіниць на зображенні. Алгоритми детектування зіниць нестійке працюють на камерах з низьким дозволом. Експерименти показали, що для підвищення ефективності визначення зіниці, необхідно застосування інфрачервоного підсвічування, яка дозволяє збільшити контрастність зображення камер.

Колектив однодумців, працюючи над створенням прототипу мобільного пристрою керованого поглядом, досліджував і порівняв кілька вже існуючих методів оцінки положення зіниці. Так, ми провели порівняння методів Starburst і Swirski. Метод Swirski показав добрі результати на слабоконтрастних зображеннях, але не на всіх тестових даних він перевершував метод Starburst. Тому в рамках проекту буде здійснено додаткове дослідження, спрямоване на створення гібридного методу, який увібрав б кращі частини описаних вище методів і працював більше стійко при різних умовах зйомки. Оскільки точність визначення позиції зіниці повинна бути максимальна, ми плануємо створити метод, який працює з суб-піксельною точністю, що дозволить знаходити зіниці на більшій відстані особи від камери мобільного пристрою. Використання двох відкаліброваних камер дозволить істотно зменшити число помилкових детекції і підвищити точність оцінки центру зіниці. На додаток буде створена система стеження за зіницями, в якій буде врахована динамічна складова системи.

Наявність активної інфрачервоного підсвічування в мобільному пристрої дозволяє гарантувати наявність відблисків на зіниці. Детектіруя відблиски і зсув зіниці щодо цих відблисків, а також знаючи орієнтацію голови щодо мобільного пристрою, ми можемо оцінити точне напрямок погляду.

Розробка мобільного пристрою керованого поглядом захищена патентом РФ № 118140. Причому, в швидкому завершенні досліджень зацікавлений не тільки масовий споживач, розроблювальна технологія життєво необхідна людям з обмеженими можливостями. Це питання активно обговорювалося на науковій конференції COGAIN 2008 ‘Communication, Environment and Mobility Control by пильно дивляться.