Вы смотрите на свой телефон. Вы бросаете взгляд на ноутбук. Вы проверяете телевизор. Ваши глаза прикованы к ЖК-экрану, светодиодному или плазменному дисплею. Часто забывают, что бумага изначально была оригинальным высокотехнологичным дисплеем.
Китайские изобретатели создали её в 105 году н.э. Это изобретение навсегда изменило способ общения людей. Без бумаги книги по-прежнему были бы шёлковыми свитками. Только богатые могли позволить себе грамотность. Все остальные оставались в неведении.
Бумага повсюду в наши дни. От неё невозможно спрятаться. В этом году в мире было потреблено около 280 миллионов тонн бумаги. Эту цифру оценивает Национальная ассоциация торговцев бумагой в Англии. Это эквивалентно 56 триллионам листов бумаги формата Letter. Это ошеломляющее количество мёртвой древесной массы.
На протяжении 2000 лет чернила на бумаге были единственным способом отображения текста и изображений. Она по-прежнему выигрывает в портативности. Она по-прежнему выигрывает в цене. И для неё не нужен сетевой кабель. Однако у бумаги есть и свои недостатки. После печати её нельзя изменить, не оставив следов. Вы не можете носить в кармане тысячу книг.
Учёные исправляют это. Они разрабатывают электронную бумагу (e-ink). Ожидается, что эта технология заменит бумагу. Теперь вы можете носить свою библиотеку с собой в тонком и лёгком устройстве. Это также может сделать дисплеи компьютеров дешевле. Вот как работает эта магия.
Как работает электронная бумага
Электронная бумага — это не магия. Это физика и химия. Она основана на микрокапсулах. Эти капсулы малы. Они содержат заряженные частицы пигмента. Эти частицы перемещаются, когда вы прикладываете электрическое поле.
Представьте это как группу людей. Некоторые одеты в чёрные рубашки. Некоторые — в белые рубашки. Когда вы толкаете их в одну сторону, чёрные рубашки оказываются снаружи. Толкайте в противоположном направлении, и белые рубашки окажутся внутри. Вы можете изменить изображение, изменив направление поля.
Это создаёт статическое изображение. Оно выглядит как напечатанная бумага. Но, в отличие от бумаги, оно сохраняется без питания. Изображение остаётся. Вы можете листать страницы. Вы также можете выключать устройство. Экономьте энергию.
Почему это важно для обычных пользователей
Возможно, вы думаете, что это относится только к электронным книгам. Это не так. Область применения электронной бумаги расширяется ещё дальше. Она может заменить стеклянные экраны. Стекло бьётся. Электронная бумага — нет. Она гибкая. Очень прочная.
Для студентов это означает одно устройство вместо 10 тяжёлых учебников. Для путешественников это означает меньший вес. Для планеты это означает меньше бумажных отходов. Экологический эффект значительный. Мы перестаем вырубать леса. Мы перестаем перевозить тяжелые книги через океаны.
Технология очень близка. Она очень близка. Мы находимся на пороге новой эры. Бумага не исчезнет в одночасье. Но она больше не является королём информации. Электронная бумага набирает обороты. Она тихая. Она энергоэффективная. И она готова занять место вашей книги.
E Ink и Xerox соревнуются за то, чтобы определить будущее технологий отображения, однако их подходы к разработке электронных чернил выявляют интересные различия в философии дизайна. Обе компании базируются в крупных технологических центрах — Кембридже и Пало-Альто, но настоящая история кроется в химии, заключённой в бутылках с чернилами.
На первый взгляд эта электронная жидкость выглядит как обычные принтерские чернила. Она тёмная. Она жидкая. Но если присмотреться, можно увидеть сложную систему, способную перестраиваться по команде. Основной механизм основан на трёх общих компонентах:
- Микрокапсулы (или полости) действуют как отдельные пиксели.
- Чернила или масляная суспензия заполняют эти полости.
- Микросферы, содержащие отрицательно заряженные красители, плавают в суспензии.
Это не магия. Это электростатика. Эти чернила можно наносить на гибкие подложки так же, как обычные чернила на бумагу. В цифровых книгах такими подложками служат очень тонкие пластиковые листы. Вся страница покрывается этими чернилами и разделяется на сетку, подобную миллиметровой бумаге. Каждая ячейка работает как пиксель и подключена к микроэлектронике, встроенной непосредственно в пластиковый лист.
При подаче специального заряда на эти микроэлектронные устройства система манипулирует микрокапсулами, формируя текст или изображения. В результате получается дисплей, не требующий подсветки.
Технология E-ink: пляжный мяч и шарик для пинг-понга
E Ink объяснила свою технологию с помощью простой аналогии и пояснила, почему электронная бумага не излучает свет. Представьте себе миллионы прозрачных пляжных мячей. Каждый мяч наполнен сотнями крошечных белых шариков для пинг-понга и синей жидкой краской.
Если смотреть сверху на пляжный мяч, можно чётко увидеть белый шарик для пинг-понга на поверхности. Мяч выглядит белым.
Если смотреть снизу, доминирует синий краситель. Мяч выглядит синим.
В этом суть метода E Ink. При подаче положительного заряда отрицательно заряженные белые сферы поднимаются на поверхность. Реверсирование заряда приводит к появлению синего красителя. Пиксели меняют цвет в зависимости от того, какой компонент выдвигается вперёд. Поскольку это бистабильный дисплей, он может удерживать изображение без потребления энергии.
В то же время Xerox выбирает другой путь. Хотя основная цель заключается в электрической перестановке частиц, подход к достижению высококонтрастных дисплеев с быстрой частотой обновления отличается от модели E Ink с шариками и жидкостью. Их фокус на сегодняшний день направлен на интеграцию этих технологий в более крупные рабочие процессы с документами и специализированные дисплеи.
Почему это важно для обычных пользователей
Различия между этими технологиями — это не просто академический вопрос. Это влияет на то, как мы читаем. E Ink разработана с приоритетом на читаемость при ярком солнечном свете и энергоэффективность. Аналогия с пляжным мячом объясняет, почему электронная бумага выглядит как настоящая бумага. Она не излучает свет. Она отражает окружающий свет.
Для пользователей это означает, что устройство будет работать неделями от одного заряда. Это также означает, что глаза не устанут, даже если вы будете читать в течение длительного времени. Эта технология не предназначена для создания яркого дисплея с высокой частотой обновления для игр. Она создана для формирования устойчивого, похожего на бумагу пользовательского интерфейса для текста.
Разрыв между цифровой и физической бумагой продолжает сокращаться по мере того, как обе компании совершенствуют свои методы. Чернила уже существуют. Вопрос уже не в том, работает ли это, а в том, кто владеет стандартом.
Создание цифровых страниц с использованием технологий E Ink и Xerox
Представьте себе поле, усыпанное тысячами надувных мячей. Теперь представьте, как маленький настольный теннисный шарик перемещается между верхом и низом этих мячей. Цвет поля меняется. Это базовый принцип технологии дисплеев E Ink.
В реальности всё гораздо меньше. Эти микросферы имеют ширину всего 100 микрон. На одном квадратном дюйме размещается около 100 000 таких частиц. Каждая капсула содержит сотни фрагментов красителя. Ранние прототипы использовали белые чипы и синие чернила. Целью является создание цветного дисплея.
Электрический заряд определяет положение чипов. Они либо поднимаются вверх, либо опускаются вниз. Вверху? Белый цвет. Внизу? Зритель видит темные чернила. Текст создается с помощью узора из белых и темных цветов.
Компания Xerox разрабатывает свою собственную версию. Они называют её e-paper. Разработка началась в 1970-х годах. Вместо плавающих чипов краски используются микроскопические шарики. Одна сторона черная, другая — белая. Электрический заряд вращает шарик. Страница меняется с черного на белый цвет. Xerox производит резиновые листы для цифровых книг. В них плавают маленькие шарики в маслянистой жидкости.
Проблема прокладки проводов
Создание электронной книги — сложная задача. Страницы должны быть подключены к источнику электрического заряда. При этом страницы должны оставаться тонкими, как бумага. Компания E Ink является пионером в этой области. Она заключила контракт с Lucent Technologies, предоставивший право использовать пластиковые транзисторы. Эти небольшие элементы печатаются непосредственно на странице. Они обеспечивают электрический заряд, необходимый чипу E Ink для изменения цветов.
Святой Грааль цифрового чтения
Мечта заключается в создании электронной книги, которая может автоматически форматировать контент. Читатели переворачивают страницы так же, как обычные бумажные. Вы читаете «Старик и море». Затем вы можете беспроводным способом загрузить «Гарри Поттера». Генеральный директор E Ink Джим Юлиано предсказал это в 2003 или 2004 году.
Планы Xerox предусматривают установку устройств хранения данных на корешок книги. Пользователи могут переключаться между 10 книгами, хранящимися на устройстве.
Это изменение затрагивает не только книги. Возможно, прекратится и распространение газет. Больше не нужно выбрасывать бумажные газеты из окна автомобиля. Высокотехнологичный курьер нажимает на кнопку. Каждое утро тысячи электронных газет обновляются одновременно. Они выглядят как бумага. На ощупь они как бумага. На них нет пятен. Не нужен мусорный бак для переработки.
За пределами книг: телефоны и вывески
До появления цифровых книг целевыми рынками E Ink были мобильные телефоны, КПК (персональные цифровые помощники), пейджеры и цифровые часы. Компания Motorola оказала финансовую поддержку. E Ink имеет три преимущества по сравнению с текущими типами дисплеев:
- Низкое энергопотребление
- Гибкость
- Читаемость
E Ink выпустила свой первый продукт, большую площадную дисплейную панель Immedia, в 1999 году. Эти вывески потребляют всего 0,1 ватта мощности. Лампы накаливания мощностью 100 ватт достаточно для питания 1 000 таких вывесок.
В портативных устройствах E Ink потребляет в 50–100 раз меньше энергии, чем ЖК-экраны. Энергия потребляется только в момент изменения изображения. Электронные книги позволяют просматривать один и тот же текст без подзарядки в течение нескольких недель.
Чернила можно использовать для печати на любой поверхности. Стены. Рекламные щиты. Этикетки товаров. Футболки. Домовладельцы могут менять свои цифровые обои с помощью сигналов. Гибкость позволяет создавать сворачиваемые дисплеи для электроники.
Читаемость и разрешение
E-ink бережнее относится к глазам. Он имитирует печатный текст. Xerox и E Ink требуют более высокого разрешения, чтобы обеспечить возможность печати меньшего размера. Мониторы Xerox имеют показатель 200 dpi. Это вдвое больше разрешения стандартного ЖК-экрана. Печатные транзисторы от Lucent должны помочь E Ink достичь разрешения, сопоставимого с печатными книгами.
Разработчики не ожидают, что люди сразу откажутся от бумаги и экранов. E-ink будет работать параллельно с традиционными методами. Влияние на издательскую индустрию может составить много миллиардов долларов.
