触摸屏：领先科幻世界二十年

科幻作家无法想象的触摸屏是由科学家首先发明的。

令人难以置信的是，几十年前，即使在科幻世界里，触摸屏技术也是一个寓言。今天，它已经成为一种无处不在的日常技术:移动电话、平板电脑、自动取款机、车站或电影院的自动售票机...这些便利背后是什么样的发明故事？

最早的触摸屏诞生于1967年的美国。恐怕这项发明是对科幻小说的极大嘲弄:即使是当时最疯狂的科幻作家也想不出触摸屏这样的东西。以尖端技术闻名的世界科幻系列《星球大战》直到1987年才提到触摸屏的概念，比真正的科学家落后了20年。

现在我们熟悉触摸屏(网络图)

1967年:第一个触摸屏诞生

人们普遍认为美国马文镇皇家雷达研究所的约翰逊是世界上第一个提出触摸屏概念的人。1965年，这位普通的计算机研究员在《电子学——字母》杂志上发表了一篇短文“触摸面板:一种新型的计算机输入设备”。在书中，他描述了他对电容式触摸屏的看法:屏幕的主体是一个复合玻璃屏幕，内表面涂有一层叫做ITO的金属氧化物，四个角有四个电极。当手指接触玻璃屏幕时，由于人体带来的电场，手指和玻璃内层的金属层之间会形成一个电容，从而在这个位置“吸”少量的电流。这种“泄漏”电流从四个电极流出，理论上流经不同电极的部分与手指到电极的距离成正比。通过控制器的精确计算，可以精确地获得手指的位置。

两年后，约翰逊将这一想法变为现实，创造了人类历史上第一个触摸屏，并在一本名为《人类工程学》的杂志上发表了触摸屏的照片和示意图。这是一个沉重但令人耳目一新的屏幕。在约翰逊的设计下，它甚至有一种神奇的效果:无论你的手指指向哪里，屏幕都会在那里发光。

约翰逊触摸屏(网络图)

当然，约翰逊的发明也有致命的缺点:首先，它只能计算一个手指的位置，如果屏幕上有多个触点，控制器的计算就会变得混乱；此外，屏幕对接触的反应是“黑色或白色”。它只记录两种信息:联系或不联系。它感觉不到接触的强度，轻轻掠过和用力按压是一样的。

约翰逊的触摸屏诞生两年后，欧洲原子能研究所的几位专家邀请他合作——他们开始一起研究一种新的空中指挥航空系统。由于这项工作不需要触摸屏有太多的功能，只要位置准确，刚才提到的缺点可以说是没有隐藏缺点的缺点。总而言之，约翰逊的电容式触摸屏应该做了很多工作，但不幸的是，不久之后，他的继任者开发了一种更灵敏、更智能的触摸屏。结果，电容式触摸屏在吸引公众注意力之前，就被后者耀眼的光线遮住了。最后，只有英国航空管理局向约翰逊伸出了橄榄枝——触摸屏指挥系统从1973年开始使用，直到20世纪90年代末。

1970年:电阻式触摸屏诞生

我们刚刚说了很多关于电容式触摸屏的不好的事情。后来来的是什么人？答案是电阻式触摸屏。与约翰逊仔细研究的电容式触摸屏不同，它的诞生实际上是一个意外。

电阻式触摸屏的发明者是美国发明家塞缪尔·赫斯特博士。当他第一次得到电阻式触摸屏的灵感时，他正带着他的博士生拼命做物理实验。后来，他的母校伯勒尔学院将事故描述如下:

"...当他们的研究团队使用范例加速器研究原子物理学时。范例加速器是一种可以高速喷射带电粒子的仪器。为了探测这些粒子，塞缪尔、帕克思、斯图尔特和其他博士生需要整夜蹲伏在屏幕前，记录粒子撞击屏幕后发光的位置。这些冗长的记录是浪费时间，所以塞缪尔想出了一个解决办法。他在加速器前竖起一块导电板来收集喷出的带电粒子，并用导电板周围的电极记录粒子位置的坐标轴信息。这既高效又准确，本来需要几天的工作现在可以在几个小时内完成。”

塞缪尔与现代触摸屏(网络图)

塞缪尔工作的肯塔基大学非常希望他能宣布这个独创性的想法为专利，以防止它被其他人复制，但塞缪尔感到困惑:虽然这种方法很巧妙，但它的应用范围实在太小，它只限于物理实验室，而且它完全不符合选择专利的标准。所以塞缪尔开始思考这种方法是否可以推广到其他用途。

1970年，当塞缪尔去橡树岭国家实验室工作时，他开始在下班后的业余时间研究这个问题。塞缪尔是一个善于团队合作的人。他知道自己可能无法独自完成这项任务，所以他邀请了其他领域有不同造诣的九位朋友参加研究活动，但目标不明。在他家的地下室里，十个朋友开始了这项研究，并把这个小组叫做“电子绘图”，意思是“电子绘图”。

很快，他们想到了触摸屏的概念，并开发出了电阻式触摸屏:就像约翰逊的电容式触摸屏一样，他们也使用了金属涂层ITO。不同之处在于，当他们将金属涂层涂在一层易于挤压的薄膜上后，当他们用手指或其他东西接触薄膜时，该位置的金属涂层会与背面的导电板接触，使电流通过。导电板的坐标轴纵横排列，可以记录通过电流的位置。值得注意的是，在这个时候，这个触摸屏实际上不是一个“屏幕”，因为它根本不显示任何东西。它看起来像一个白色的桌面板，配有一个触摸用的塑料笔，看起来像今天的数字绘图板(工作原理实际上是一样的)。

电阻式触摸屏(网络图)

如你所见，塞缪尔的触摸屏原理与约翰逊的非常相似，但它的优点是它不要求接触物体带来自己的电流，可以使用一块木头和一根塑料棒(电容式触摸屏只能用自己的电流感应物体，如手指)；同时，压紧位置的电流大小与压紧力有关。当压力较大时，导电板上的额外电流将变大。因此，它还可以承受和记录不同的压力，比约翰逊的触摸屏更加灵活和智能。

70年代:触摸屏的推广

1971年，10个合作伙伴申请了电阻式触摸屏专利，共同创建了“Elographnics”公司，开始利用非工作时间和周末制造触摸屏。他们分工明确，是一个很好的手工作坊:一些人负责制造传感器，一些人负责为计算器编程，还有一些人负责制造导电板。最后，这些部件在塞缪尔家手工组装在一起。从5月到12月，这组科学家加班加点生产了25个成品触摸屏，并将它们命名为“E-100”。

从一开始，这些科学家就充满了信心，因为他们知道触摸屏的应用范围有多广:只要是专门设计和编程的，除了实验部门和研究机构之外，工厂的质量控制和生产部门也可以使用。1971年8月15日，他们以995美元的价格将第一台触摸屏卖给了麻省理工学院。1973年，“电子表格”公司在那一年赢得了“技术产品100强”的称号。此后，生意开始滚滚而来。

1973年，塞缪尔(左)作为公司代表(网络图)获得该奖项

随着触摸屏的蓬勃发展，“电子表格”公司有了一个特殊的办公空间，开始改进和大量生产触摸屏，也开始雇佣职业经理和营销人员，把除了研究以外的一切都留给他们。该公司的第一批员工之一，一位名叫特德·威尔马特的销售代表，更是口才出众。他以每块8000美元的价格向一家地毯公司出售了60个触摸屏，说服他们用触摸屏来测量地毯上污渍的大小。具体操作方法很简单:将地毯放在触摸屏上，用塑料笔沿着污渍边缘画一次，计算器就可以计算出污渍不规则图形的面积。这是自1964年鼠标诞生以来计算机输入技术的最大突破。普通人也可以用简单的方法操作电脑和处理数据。

正在使用的E-100触摸屏(网络图)

由于发明家和销售人员的不懈努力，实用触摸屏将很快扩展到更多的领域，随之而来的是人们对触摸屏技术升级的热切渴望。1982年，有人在触摸屏后安装了一个额外的摄像头来检测触摸屏幕的手指数量。经过更复杂的数学计算，多点触控技术诞生了。1993年，IBM首次生产出世界上第一部装有触摸屏的电话——“IBM西蒙”。当然，它今天的样子并不讨人喜欢。然而，经过20多年的快速技术发展，今天我们已经熟悉了多点触控手机的生活。这曾经是连科幻作家都无法想象的事情！

1993年第一部装有触摸屏的电话(网络图)

在触摸屏诞生的短短几十年里，人类对未来的想象被颠覆了。未来会有什么变化？目前，科学家的想法很容易概括:更大、更轻、更软。也许有一天，我们可以用一种新的可折叠材料来代替触摸屏，并很容易地把它放进我们的口袋里。或者，生物学家可以迈出第一步，在皮肤下植入触摸屏，这样我们将来就可以“用手跟着心脏走”。触摸屏甚至有可能再次超出我们的预期，进化出更多不可思议的功能。今天我们只能拭目以待了！