Pur proseguendo sulla strada dell'automazione di molte attività noiose, l'interfaccia umana è da sempre (e sarà sempre) un elemento fondamentale per il corretto funzionamento di alcuni strumenti e macchinari. La realizzazione di questa interazione passa attraverso una varietà di dispositivi attualmente disponibili, ma sono pochi quelli che forniscono un feedback tattile all'utente. Questo articolo di CUI Devices fornisce informazioni sugli interruttori tattili, compresa la struttura, le specifiche di progettazione, il cablaggio e non solo.
La nascita degli interruttori tattili si può far risalire agli inizi degli anni '80, quando emersero per la prima volta come interruttori a membrana o serigrafati, destinati principalmente all'uso in tastiere e tastierini. Inizialmente, tuttavia, hanno dovuto superare una notevole resistenza da parte degli utenti, viste le scarse prestazioni e l'assenza di un feedback tattile. La conseguente necessità di un miglioramento ha condotto, alla fine degli anni '80, all'introduzione di interruttori con cupole metalliche incorporate nel design.
L'integrazione di cupole metalliche ha migliorato notevolmente il feedback tattile, che fornisce agli utenti una precisa sensazione al momento dell'azionamento. Inoltre, questa modifica al design ha migliorato il metodo di attivazione e la longevità degli interruttori, risolvendo i problemi di durata riscontrati in precedenza.
Grazie ai progressi fatti, i moderni interruttori tattili vengono utilizzati quasi ovunque come dispositivi di input, in una varietà di prodotti consumer e commerciali. L'ampia diffusione testimonia l'importanza e il valore che apportano a un'ampia gamma di dispositivi elettronici e interfacce.
Nozioni fondamentali sugli interruttori tattili
Quando l'utente esercita una pressione su un interruttore tattile, chiude il circuito e consente quindi il passaggio della corrente. L'azione provoca una sensazione "tattile", rappresentata spesso da un clic o una risposta percepibili, che conferma il funzionamento dell'interruttore. Il rilascio della pressione interrompe il flusso di corrente, disattivando così l'interruttore. In sostanza, un interruttore tattile è un dispositivo ad azione momentanea che fornisce un feedback percepibile attraverso il tocco e indica all'utente che l'interruttore ha svolto la sua funzione e che il segnale è stato trasmesso. Alcuni modelli di interruttori tattili, inoltre, sono progettati come "normalmente chiusi": ciò significa che la corrente viene disattivata con la pressione dell'interruttore e viene riattivata con il suo rilascio. CUI Devices offre anche una selezione di interruttori tattili "normalmente chiusi".
La terminologia utilizzata per descrivere gli interruttori tattili, che spesso sono definiti interruttori a pulsante, può effettivamente confondere l'utente. Nonostante le somiglianze tra i due tipi di interruttore, è importante distinguerne bene le caratteristiche.
L'interruttore a pulsante è progettato per consentire il flusso di corrente all'interno di un circuito quando l'attuatore viene premuto e percorre una distanza specifica; il flusso di corrente si interrompe quando l'attuatore viene premuto nuovamente. Questi interruttori possono essere montati su pannelli o direttamente su circuiti stampati (PCB). Per approfondire ulteriormente l'argomento degli interruttori a pulsante, visita il blog Push Button Switches 101 di CUI Devices.
L'interruttore tattile, invece, consente il flusso di corrente quando l'attuatore viene tenuto premuto, interrompendolo quando viene rilasciato, o viceversa. La distanza percorsa dall'attuatore è minima. Gli interruttori di questo tipo rientrano nella categoria "ad azione momentanea"; anche alcuni pulsanti sono ad azione momentanea, ma tutti gli interruttori tattili rientrano in questa classificazione. In particolare, gli interruttori tattili sono in genere molto più piccoli di quelli a pulsante e il design ne determina spesso valori di tensione nominale e rating di corrente più bassi. Inoltre, forniscono un feedback acustico o tattile e sono progettati esclusivamente per il montaggio diretto su circuiti stampati.
Struttura di base
Un interruttore tattile tipico è costituito da quattro parti principali: una base in resina stampata (4), una cupola di contatto (3), uno stantuffo (2) e un coperchio (1). Questa semplicità e il numero estremamente ridotto di parti mobili permettono, in genere, agli interruttori tattili di durare più a lungo rispetto ad altri interruttori meccanici.
La cupola di contatto ha una forma ad arco che si inserisce nella base, dove si trovano i terminali e i contatti per il montaggio su circuiti stampati. Quando è sottoposta a una forza, la cupola subisce una deflessione o un'inversione di forma che genera il caratteristico clic acustico e tattile. Inoltre, la flessione della cupola collega due contatti fissi all'interno della base, chiudendo di fatto il circuito. Quando la forza viene rimossa, la cupola riacquista la forma originale e questo provoca l'interruzione del circuito. Le cupole possono essere realizzate in vari materiali, anche in metallo, a seconda del livello di feedback tattile e acustico desiderato.
In cima alla cupola di contatto si trova lo stantuffo, la cui funzione è spingere e flettere la cupola, attivando l'interruttore. Gli stantuffi possono essere realizzati in materiali quali metallo, gomma o altro e possono essere dotati di un attuatore piatto o rialzato. Il materiale utilizzato sia per lo stantuffo che per la cupola di contatto condiziona significativamente la sensazione tattile e il suono del clic.
Sopra lo stantuffo è appoggiato il coperchio, che protegge il meccanismo interno dell'interruttore. La scelta del materiale per il coperchio, che può essere realizzato in metallo o in altri materiali, dipende dall'utilizzo previsto dell'interruttore e dal livello di protezione desiderato. Alcuni coperchi possono includere un terminale di terra per ridurre il rischio di scariche elettrostatiche.
Specifiche chiave
La scelta dell'interruttore tattile più adatto al prodotto va ben oltre la semplice lettura delle specifiche su una scheda tecnica. La "sensazione" e il "suono" specifici di un interruttore tattile possono influire significativamente sulla qualità complessiva del prodotto percepita dall'utente. Anche se difficile da quantificare, questa percezione ha un ruolo fondamentale nella soddisfazione dell'utente.
La forza necessaria per attivare l'interruttore e il feedback tattile percepito dall'utente devono essere in linea con l'applicazione specifica; queste caratteristiche possono variare notevolmente a seconda che si tratti di un prodotto consumer o industriale. È quindi consigliabile testare l'interruttore vero e proprio in fase di prototipo, per fare in modo che le caratteristiche corrispondano all'applicazione prevista. Ad esempio, un interruttore automobilistico può richiedere una forza di azionamento maggiore per contrastare gli errori di input dovuti alle vibrazioni del veicolo; mentre un interruttore utilizzato in una stampante o in un prodotto per il gaming potrebbe essere meno sensibile. Tuttavia, indipendentemente dall'applicazione, l'interruttore deve mantenere una funzionalità affidabile durante tutto il ciclo di vita del prodotto.
Ecco alcune delle specifiche di progettazione rilevanti per gli interruttori tattili:
- Tensione nominale: indica la tensione massima che l'interruttore può sopportare quando è aperto o chiuso. Gli interruttori tattili presentano in genere una tensione nominale bassa.
- Rating corrente: specifica la corrente massima (espressa in ampere) che un interruttore può sopportare senza subire danni.
- Forza di attivazione: anche detta forza d'esercizio, rappresenta la quantità di forza o di pressione (misurata in grammi forza o gf) necessaria per azionare l'interruttore.
- Deflessione: anche detta corsa dell'attuatore, indica la distanza complessiva della corsa di un interruttore premuto.
- Forza di contatto: indica la quantità di forza o di pressione (espressa in grammi) necessaria affinché l'interruttore stabilisca un collegamento tra i terminali e consenta il flusso di corrente.
- Altezza attuatore: indica l'altezza dell'attuatore sopra il corpo dell'interruttore e influisce sull'esperienza tattile dell'utente (vedi la figura 3).
- Ciclo di vita: indica la durata prevista di un interruttore in condizioni operative normali ed è un dato fondamentale per valutarne la durata.
- Intervallo di temperatura: specifica le temperature di funzionamento entro le quali l'interruttore presenta un funzionamento ottimale ed è conforme alle specifiche.
- Stile di montaggio: descrive il metodo utilizzato per montare l'interruttore sul circuito stampato, che può essere a foro passante o a montaggio superficiale.
- Protezione IP: standard internazionale che classifica i gradi di protezione di interruttori e altri prodotti contro l'infiltrazione di polvere e liquidi e fornisce informazioni preziose per condizioni ambientali specifiche.
- Illuminazione: gli interruttori tattili sono disponibili in una varietà di colori LED illuminati, per fornire agli utenti un'ulteriore identificazione visiva e un feedback nell'applicazione.
Cablaggio degli interruttori tattili
La maggior parte degli interruttori tattili include 4 pin, collegati internamente in 2 serie. La presenza di 4 pin serve a migliorare la stabilità del dispositivo quando viene montato su un circuito stampato. Per quanto riguarda il cablaggio, anche se tecnicamente sono necessari solo 2 dei cavi, è consigliabile utilizzare tutti i pin disponibili, tenendo presente che le coppie sono interconnesse internamente. Esistono anche interruttori tattili con solo 2 pin disponibili o versioni a 5 pin, progettati specificamente per consentire un controllo simile a un joystick in un package compatto.
Riepilogo
Gli interruttori tattili hanno guadagnato popolarità grazie alle dimensioni compatte, all'altezza ridotta e alla lunga durata, che li rendono adatti a un'ampia varietà di prodotti consumer e industriali. Grazie ai progressi tecnologici, gli interruttori tattili vengono ora impiegati in nuove applicazioni, ad esempio nei dispositivi indossabili, che ne sfruttano le dimensioni ridotte, la leggerezza e la durata. Questi interruttori si dimostrano la scelta ideale per prodotti che richiedono l'input di dati o un controllo della potenza ad azione momentanea e a basso consumo e in cui il feedback tattile e acustico è una caratteristica appetibile. CUI Devices offre una linea completa di interruttori tattili disponibili in package compatti, varie altezze dell'attuatore e più opzioni di configurazione, fornendo soluzioni versatili per diversi requisiti di progettazione.