Как это работает: Electronic Ink (E-Ink)

В нынешнем мире, полном мониторов и электронных дисплеев, изготовленных по технологии применения жидких кристаллов, светодиодов и газовой плазмы, вы, вероятно, не думаете о бумаге, как о революционной технологии, но китайское изобретение бумаги в 105 году нашей эры навсегда изменило способ, которым общается мир. Без бумаги книги сегодня могли бы всё ещё быть напечатаны на шёлковых свитках, которые могли позволить себе только богатые, делая грамотность редким умением.

Осмотритесь вокруг: было бы невозможно жить, не входя в контакт с бумагой в некоторой форме. В этом году мир будет потреблять приблизительно 280 миллионов тонн бумаги, согласно Национальной Ассоциации Бумажных Продавцов в Англии. Это равно 56 триллионам листов офисной бумаги. 
В течение почти 2000 лет чернила на бумаге были единственным способом показать слова и изображения, и это всё ещё лучший способ в отличии от дисплеев компьютеров, когда дело доходит до мобильности и цены. Бумага также не требует внешнего энергоснабжения, но всё же у неё действительно есть некоторые ограничения: как только вы напечатали или написали слово на бумаге, оно не может быть видоизменено и редактировано, по крайней мере, не оставляя различного рода следов. 

Сегодня учёные находятся бок о бок к разрабатыванию революционной технологии, которая может заменить бумагу — она называется электронные чернила. В сегодняшней статье вы узнаете, как данный материал работает, как электронные чернила устроены, как вы можете коллекционировать целую библиотеку в одном устройстве и как это могло бы использоваться для более дешёвых дисплеев компьютеров. Читайте самое интересное далее — под катом.

Создание электронных чернил

В настоящее время две компании одновременно разрабатывают аналогичные электронные чернила — E-Ink в Кембридже, штат Массачусетс, и Xerox в Пало-Альто, штат Калифорния. На первый взгляд электронные чернила выглядят как обычные чернила, но при ближайшем рассмотрении становится понятно, что они значительным образом отличаются друг от друга. Хотя продукты обеих компаний незначительно отличаются, далее я перечислю вам три составляющие обоих типажей электронных чернил:

• Миллионы крошечных микрокапсул или резонаторов
• Чернила или маслянистое вещество для заполнения микрокапсул или резанаторов
• Пигментные чипы или шарики с отрицательным зарядом плавающей внутри микрокапсулы

Электронные чернила могут быть применены к тем же самым материалам, на которых могут быть напечатаны обычные чернила. В случае цифровой книги страницы будут сделаны из какого-либо ультратонкого пластика. Чернила в данном случае будут охватывать всю страницу, разделённые клетки, которые напоминают клетки на миллиметровой бумаге. Думайте об этих клетках как о пикселях на экране вашего компьютера, каждая ячейка которого подключена к микроэлектронике, встроенной в этот пластиковый лист. Эта микроэлектроника затем будет использоваться для применения положительного или отрицательного заряда, чтобы создать нужный текст или изображение посредством микрокапсул.
Xerox и Electronic Ink используют различные методы, чтобы развивать свои электронные чернила. Чтобы помочь людям понять, как работает технология E-Ink, компания сравнивает миллионы микрокапсул внутри чернил с обычными надувными мячами. Каждый из этих мячей будет наполнен сотнями крошечных, белых шаров пинг-понга, и вместо воздуха мяч будет наполнен синим красителем. Если бы вы смотрели на этот мяч сверху, то вы видели бы, что шары пинг-понга плавают в жидкости, и надувной мяч будет казаться белым. Но если смотреть с нижней части мяча, он будет казаться синим.

Теперь представьте, что вы должны взять тысячи этих надувных мячей и выложить их на поле, заставив шары пинг-понга перемещаться между вершиной и основанием надувных мячей — тогда вы бы могли изменить цвета поля. Этот принцип лежит в основе продукта E-Ink.
В действительности эти микрокапсулы только 100 микронов шириной, и примерно 100000 микрокапсул могут вписаться в квадратный дюйм бумаги. В каждой из данных микрокапсул существуют сотни мелких пигментных чипов. В прототипах Electronic Ink в настоящее время работает с белыми чипами и синими чернилами, но работа ведётся для того, чтобы развивать и другие цветные чернила, которые могут привести к многоцветным дисплеям.

Когда электрический заряд применяется к микрокапсуле, чипы будут либо подниматься на вершину, либо потянуться на днище. При достижении вершины чипы сделают так, что капсулы будут выглядеть белыми, но когда они постигнут дна, человек увидит только тёмные чернила. Модели белых и тёмных чернил затем могут быть созданы в форме слов и предложений.

Xerox работает над собственной версией электронных чернил, называемой электронной бумагой, которая была впервые разработана в 1970-х годах. Тем не менее, вместо того чтобы использовать кусочки краски, плавающие в тёмной жидкости, компания воспользовалась микроскопическими шариками, которые имеют чёрный цвет на одной стороне и белый на другой. Подобно технологии E-Ink, эти микроскопические шарики реагируют на электрический заряд, который вращает мяч от чёрного до белого, чтобы произвести образцы на странице. Для получения страниц для цифровых книг Xerox разрабатывает резиновые листы, в которых эти микроскопические шары будут взвешены в маслянистой жидкости.

Одним из препятствий в развитии цифровых книг из электронных чернил была проводка страницы, чтобы создать электрический заряд, сохраняя при этом страницу толщиной с лист бумаги. В этом аспекте компания Electronic Ink взяла на себя инициативу в разработке цифровых книг, подписав соглашение с Lucent Technologies, которая даст компании права на использование пластиковых транзисторов, разработанных Lucent Technologies. Данные крошечные транзисторы могут быть напечатаны на странице для обеспечения адекватного заряда, необходимого для переключения чипов технологии E-Ink от одного цвета к другому.

Использование электронных чернил

Святой Граалью технологии электронных чернил является цифровая книга, которая сможет содержать в себе тысячи книг и читатели могли бы пролистывать её так же, как если бы она была сделана из обычной бумаги. Подобная книга может быть запрограммирована для отображения текста из Эрнеста Хемингуэя «Старик и море», и как только вы закончили читать историю, вы сможете автоматически заменить её на последнюю книгу «Гарри Поттер» из компьютерной базы данных. В мае 2002 года генеральный директор Electronic Ink Джим Лулиано предсказал, что электронные книги могут стать реальностью к 2003 или 2004 году. Xerox также представила тогда свои планы, заявив, что сможет оснастить устройства стольким объёмом памяти, что пользователи смогут хранить более 10 книг.

Так же, как электронные чернила могут радикально изменить способ, которым мы читаем книги, это может изменить то, каким способом мы получаем свои ежедневные газеты. Технологии вполне способны положить конец доставке газет такой, какой мы её знаем. Вместо людей, которые доставляют газеты бросая их едя на велосипеде или из окна автомобиля, новый высокотехнологичный способ будет представлять собой простое нажатие кнопки на компьютере, за которым последует одновременное обновление тысячи электронных газет. Несомненно, всё это будет казаться не новым, но вам больше не придётся волноваться о газетной бумаге, пачкаемой ваши пальцы, и также будет устранена проблема касательно потребности утилизации старых газет.

До развития цифровых книг и газет Electronic Ink будет развивать электронные дисплеи для сотовых телефонов, КПК, пейджеров и цифровых часов. Компания уже получила финансовую поддержку от коммуникаций тек-гиганта Motorola. Электронные дисплеи, основанные на чернилах, будут иметь ряд преимуществ по сравнению с нынешними технологиями дисплеев, в том числе:

• Низкое энергопотребление
• Гибкость
• Читабельность

Electronic Ink представила свой первый продукт с использованием электронных чернил — Immedia с большим экраном — в 1999 году. Продукт расходовал только 0.1 Вт энергии, а это значит, что такая же мощность требуется одной 100-ваттной лампочке, которая могла бы привести 1000 устройств Immedia в действие. Компания заявила, что в электронных устройствах электронные чернила будут использовать в 50-100 раз меньше энергии, чем жидкокристаллические дисплеи, потому что электронные чернила нуждаются в электроэнергии только при изменении отображаемых объектов на экране. По этой же причине цифровая книга может отображать один и тот же текст в течение нескольких недель без дополнительной зарядки.
Электронные чернила могут быть напечатаны на любой поверхности, включая стены, рекламные щиты, этикетки и футболки. Домовладельцы вскоре смогут мгновенно менять свои цифровые обои, посылая сигналы на электронные чернила, которые используют данные обои. Гибкость чернил также позволит развивать ролл-ап-дисплеи (рулонные дисплеи) для электронных устройств.

Ещё одно преимущество электронных чернил по сравнению с традиционными компьютерными дисплеями — это читаемость. Электронные чернила в любом случае больше похожи на обычный печатный текст, поэтому они намного легче для глаз. Тем не менее, Xerox и Electronic Ink должны улучшить разрешение своих продуктов, чтобы устройства были способны отображать различные публикации мелких шрифтов. Xerox уже сделала дисплей, который обладает плотностью пикселей 200 точек на дюйм (dots per inch, dpi), что более чем в два раза превышает разрешение средних жидкокристаллических дисплеев. Пригодные для печатания транзисторы Lucent Technologies позволят компании Electronic Ink увеличивать разрешение фирменных продуктов, чтобы комфортно отображать печатные изделия.