¿Cómo funciona una pantalla táctil?

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Hace unos días, uno de los seguidores del blog, y hermano mío por más señas, me pidió que explicara aquí cómo funciona una pantalla táctil. No pensaba que la cosa fuera a ser tan larga como al final ha resultado, así que voy a comenzar con un poco de historia.

Los dispositivos táctiles destinados al gran público son bastante recientes: la consola Nintendo DS se comercializó en 2004, y en 2007 aparecieron el teléfono iPhone de Apple y la tableta Surface de Microsoft. Nos parece una tecnología muy novedosa, pero eso es porque no recordamos que ya en 1992 salieron a la venta las primeras PDA de pantalla táctil: Apple Newton y Amstrad PenPad. Ambas fracasaron comercialmente, pero eso importa poco, porque la historia de las pantallas táctiles tampoco empezó ahí; en realidad hay que remontarse más de medio siglo, hasta 1953.

Entre 1945 y 1973, el físico y músico canadiense Hugh Le Caine construyó uno de los primeros sintetizadores de la historia, al que llamó sacabuche electrónico, quizá por la capacidad de su instrumento de modificar de forma continua el volumen, el timbre y el tono del sonido, igual que con un trombón de varas se puede variar el tono de forma continua. (El sacabuche, un instrumento musical renacentista, es el antepasado del trombón de varas.) En 1953, Le Caine creó para su sacabuche electrónico el primer sensor táctil de la historia, un condensador eléctrico sensible a la presión que le permitía controlar el timbre y el volumen del instrumento.

Entre 1960 y 1972, la Universidad de Illinois (EE.UU.) desarrolló las primeras pantallas táctiles, de tecnología infrarroja, dentro del proyecto PLATO (Programmed Logic for Automated Teaching Operations, "Lógica Programada para Operaciones Docentes Automatizadas"), que permitía a los estudiantes cumplimentar cuestionarios tocando la pantalla de un ordenador. Este proyecto desembocó en la comercialización, por parte de IBM, de la primera pantalla táctil en 1972. Las pantallas de tecnología infrarroja utilizan haces de rayos infrarrojos entrecruzados sobre la pantalla, que son captados por diodos fotoeléctricos situados en los bordes. La interrupción de los haces indica la presencia de un objeto en contacto con la pantalla, y permite calcular su posición. Estas pantallas son muy resistentes, y en la actualidad se usan principalmente en aplicaciones militares.

Entre 1965 y 1967, E.A. Johnson, del Royal Radar Establishment de Gran Bretaña, inventó la pantalla táctil capacitiva, que es la que usan hoy en día muchos teléfonos móviles, tabletas y PDA. Estas pantallas incorporan una placa muy fina de un material conductor transparente, como el óxido de indio-estaño, cargada electrostáticamente. El contacto con la pantalla de un material conductor, como un dedo, altera el campo eléctrico medido en los extremos de la placa. Estas pantallas no se pueden usar con guantes o con otros objetos aislantes de la electricidad. Sin embargo, la tecnología capacitativa llamada NFI (Near Field Imaging), en la que las variaciones del campo electrostático se miden debajo de la placa conductora, permite detectar el contacto a través de guantes, o aunque la superficie esté sucia.

En 1971, Sam Hurst, investigador del Oak Ridge National Laboratory (EE.UU.) desarrolló la pantalla táctil resistiva, basada en dos superficies conductoras paralelas separadas por una distancia muy pequeña. Cuando se hace presión sobre la pantalla, las dos superficies entran en contacto en ese punto y la corriente eléctrica generada permite detectar la posición. Estas pantallas son baratas y muy resistentes a las salpicaduras, por lo que se usan principalmente en fábricas, restaurantes, hospitales... Pero la calidad de su imagen es mediocre, y las superficies conductoras se van degradando con el tiempo, por lo que es necesario recalibrarlas de vez en cuando.

En 1982, el investigador Nimish Mehta, de la Universidad de Toronto, concibió el primer dispositivo multitáctil, una alfombrilla táctil capaz de detectar varios puntos de contacto simultáneos. Dos años más tarde, la empresa Bell Labs desarrolló la primera pantalla multitáctil, y en 1986, la Universidad de Toronto creó el primer sistema táctil que se manejaba con las dos manos independientemente.

En 1991, el canadiense Bill Buxton inventó la primera pantalla bidireccional, una pantalla LCD en la que la captación táctil y la visualización se llevaban a cabo en la misma superficie, no en dos capas superpuestas como se había hecho hasta entonces.

En 2001, los investigadores de Mitsubishi Research Labs presentaron la pantalla Diamond Touch, la primera capaz de interpretar gestos complejos, como el ángulo de aproximación y la velocidad y dirección de movimiento de los dedos sobre la pantalla.

EN 2002, 3M desarrolló la tecnología de señal dispersiva. La pantalla está equipada con sensores piezoeléctricos que detectan directamente la presión, y son muy resistentes a los arañazos y a la suciedad, por lo que pueden utilizarse al aire libre, o en lugares expuestos al vandalismo, como estaciones de transporte público.

En 2005, Jefferson Han, de la Universidad de Nueva York, inventó la tecnología FTIR (Frustrated Total Internal Reflection, "Reflexión Total Interna Frustrada"), que permite construir pantallas multitáctiles de gran tamaño a muy bajo coste. En estas pantallas, una placa de plexiglás sirve de guía de ondas para la luz infrarroja emitida en su interior por diodos infrarrojos. Los rayos infrarrojos inciden en las caras de la placa con un ángulo superior al ángulo de reflexión total del material, de modo que no pueden escapar de su interior. Cualquier contacto con la placa modifica su geometría y hace que los rayos se difundan en todas direcciones, de manera que algunos escapan por la superficie inferior de la placa y pueden ser captados por una cámara situada bajo ella.

En 2006, Tyco International presentó el sistema de reconocimiento de pulso acústico, que a través del sonido producido por el contacto con la pantalla, captado por cuatro transductores situados en los bordes de la misma, es capaz de identificar el punto exacto de contacto. Como la pantalla es de vidrio ordinario, la calidad de imagen no se ve mermada; además, tampoco se ve afectada, dentro de ciertos límites, por la suciedad ni por los arañazos.

Existen aún más tecnologías: las pantallas termorresistivas, cuya resistencia eléctrica se altera con el calor de las manos, son lentas y poco sensibles; las pantallas de ondas acústicas de superficie, que utilizan ondas ultrasónicas que circulan por la superficie de la pantalla, son muy sensibles a la suciedad y los arañazos; la tecnología óptica, que incorpora haces infrarrojos entrecruzados y microcámaras en las esquinas de la pantalla, es barata y permite construir pantallas de gran tamaño; las pantallas equipadas con medidores de fuerza que permiten determinar directamente la minúscula deformación producida por la presión sobre la pantalla... Así que a la pregunta de mi hermano, "¿cómo funciona una pantalla táctil?", sólo puedo responder: "depende de cuál".