Come fa il tuo telefono a sapere quando ruotare lo schermo?

Stavi guardando un video su YouTube in modalità verticale e lo spazio sullo schermo non era abbastanza. Per risolvere questo problema, hai fatto quello che farebbe qualsiasi persona con uno smartphone. Capovolgi il telefono su un lato.

Non appena l'hai fatto, il video ha inghiottito l'intero schermo e tutte le opzioni di menu erano invisibili, ma come faceva il tuo telefono a sapere del suo orientamento?

Bene, oltre allo schermo ad alta frequenza di aggiornamento e un'ottima interfaccia utente, il tuo telefono ha diversi sensori che rilevano il suo orientamento nello spazio, ma come funzionano questi sensori?

Comprendere le forze fondamentali della natura

Anche se puoi sentire il vento sul viso e l'acqua sulle mani quando piove, ciò che non riesci a sentire sono le forze fondamentali della natura.

Queste forze includono la forza gravitazionale e la forza elettromagnetica. Anche se queste forze sono intangibili, influenzano tutto ciò che facciamo. Infatti, lo schermo del tuo smartphone rileva piccoli cambiamenti nelle forze elettromagnetiche per rilevare il tuo dito. Non solo questo, ma anche il tuo peso corporeo è definito a causa delle forze di gravità.

In poche parole, la gravità applica una forza sugli oggetti facendoli accelerare a una velocità di 9,8 m/s^2. A causa di questa accelerazione, le cose ricadono a terra quando le lanci.

D'altra parte, la forza elettromagnetica non può essere percepita come le forze di gravità. Detto questo, se dovessi posizionare una bussola in qualsiasi parte del mondo, rileverebbe il campo magnetico terrestre in quell'area e si allineerebbe al Polo Nord.

Sebbene le forze elettromagnetiche abbiano consentito diversi progressi tecnologici, non sono tutte per sempre, e radiazioni elettromagnetiche in dosi elevate può essere pericoloso per il corpo umano.

Comprendere la tecnologia dei sensori sul tuo smartphone

I sensori del tuo smartphone rilevano i cambiamenti nelle forze della natura per comprenderne l'orientamento nello spazio, ma come funzionano questi sensori?

Bene, il tuo smartphone ha migliaia di sensori sulla sua scheda madre, ma tre tipi di sensori principali che consentono al telefono di rilevare i cambiamenti nel suo orientamento.

Questi sensori di rilevamento dell'orientamento utilizzano sistemi microelettromeccanici (MEMS) per misurare le forze della natura. Per misurare i dati, i dispositivi MEMS utilizzano parti meccaniche incorporate nel silicio per generare un segnale elettrico. Utilizzando questi segnali, il tuo smartphone rileva i cambiamenti nelle forze che agiscono su di esso.

Di seguito è riportata una breve spiegazione di come funzionano questi sensori.

• Accelerometro: Come suggerisce il nome, un accelerometro viene utilizzato per rilevare i cambiamenti di accelerazione su uno smartphone. Per rilevare questi cambiamenti, l'accelerometro utilizza la legge di inerzia che afferma che un corpo a riposo rimarrà a riposo fino a quando ea meno che non venga applicata una forza esterna. Per utilizzare questo concetto, una massa fissa è sospesa tra strutture a molla in un sensore MEMS. Pertanto, la massa fissa rimane in posizione quando il telefono viene accelerato a causa della sua inerzia che comprime le molle. Questa compressione a molla genera un segnale elettrico che informa lo smartphone che è in fase di accelerazione.
• Giroscopio: Il giroscopio monitora le forze di rotazione sul tuo smartphone. Questa rotazione misura la forza di Coriolis che agisce sullo smartphone per stimare quanto ha ruotato attorno al suo baricentro. In poche parole, la forza di Coriolis agisce su qualsiasi corpo all'interno di un oggetto rotante a causa della sua rotazione. Il giroscopio utilizza un design simile a un accelerometro ma viene modificato per rilevare i cambiamenti quando lo smartphone ruota.
• Magnetometro: A causa delle correnti che scorrono nel nucleo terrestre, un campo magnetico lo avvolge. Il rilevamento di questi campi aiuta lo smartphone a capire il suo orientamento con il vero nord del campo magnetico terrestre. Gli smartphone sono dotati di un sensore ad effetto Hall a tre assi per rilevare questi cambiamenti. Questo sensore utilizza le leggi dell'induzione elettromagnetica di Faraday per rilevare i campi magnetici. Secondo questa legge, un conduttore percorso da corrente genera una forza elettromotrice quando cambia il campo magnetico circostante. A causa di queste variazioni di tensione, i sensori possono essere utilizzati per rilevarne l'orientamento rispetto ai poli magnetici terrestri.

Ora che abbiamo una conoscenza di base dei sensori nei nostri smartphone, possiamo vedere come funzionano insieme per rilevare la posizione del tuo smartphone.

Come fa il tuo telefono a sapere quando girare lo schermo?

Come spiegato in precedenza, l'accelerometro può rilevare i cambiamenti nell'accelerazione, ma questi dati da soli non possono essere utilizzati per rilevare l'orientamento di uno smartphone. Il motivo è che le forze di gravità agiscono sempre sull'accelerometro ed è difficile per il sensore rilevare quando le variazioni di accelerazione sono destinate a ruotare lo smartphone.

Gli smartphone utilizzano la fusione dei sensori per risolvere questo problema, che consente a diversi sensori di comunicare tra loro. Per rilevare l'orientamento di un telefono, l'accelerometro comunica con il giroscopio e il magnetometro.

Pertanto, quando un telefono ruota, l'accelerometro rileva i cambiamenti nell'accelerazione e quindi comunica con il giroscopio. Grazie a questa comunicazione, lo smartphone può capire se le variazioni di accelerazione sono destinate alla rotazione.

Detto questo, il giroscopio è suscettibile di errori in quanto non può considerare le forze di gravità agenti sullo smartphone. Pertanto, è necessario un terzo sensore per rilevare i cambiamenti nell'orientamento di uno smartphone. Questo sensore non è altro che il magnetometro sul tuo dispositivo.

Questo magnetometro viene utilizzato per rilevare i cambiamenti nella posizione dello smartphone rispetto al campo magnetico terrestre. Questi dati, insieme ai dati dell'accelerometro e del giroscopio, vengono utilizzati per decidere se lo schermo deve essere in modalità verticale o orizzontale.

La tecnologia dei sensori è il futuro?

L'accelerometro, il giroscopio e il magnetometro rilevano i cambiamenti nelle forze fondamentali della natura utilizzando le leggi dell'inerzia e dell'induzione elettromagnetica.

Gli smartphone utilizzano queste leggi fondamentali per abilitare funzionalità come l'autorotazione e la stabilizzazione ottica dell'immagine. Detto questo, gli smartphone ora offrono funzionalità innovative combinando i dati di diversi sensori.

Un ottimo esempio di ciò è il rilascio del rilevamento degli incidenti sui dispositivi Apple che consente ai dati di questi sensori di rilevare un incidente e allertare i servizi di emergenza.