Один из прототипов, разработанных в Microsoft Research
Электронная бумага (e-ink) широко используется в электронных книгах. Благодаря сверхнизкому энергопотреблению простенькие чёрно-белые «читалки» месяцами работают от одной зарядки. На солнце текст читается лучше, чем на самом дорогом планшете.
Cверхнизкое энергопотребление — великолепное преимущество электронной бумаги. Может быть, его можно использовать не только для электронных читалок, но и в производстве других гаджетов? Ведь если подключить к дисплею обычный фотоэлемент, то прибор вообще не нуждается во внешних источниках питания на протяжении всего срока эксплуатации. Когда дисплей оснащён Bluetooth, то вообще отлично.
В принципе, эти приборы могут быть полезны как своеобразные информационные дисплеи, встроенные в окружающую среду. Такие «ситуативные» устройства действительно удобны во многих областях. Например, как ежедневники и «напоминалки» о событиях, вместо жёлтых наклеек Post-it на мониторе или на стене.
Маленький дисплейчик на стене рядом со столом готов постоянно показывать актуальную информацию из интернета — например, сообщать о температуре воздуха за окном или напоминать о текущем балансе сберегательного счёта. Он отлично выполняет функцию информера, показывает важную информацию из логов сервера. Например, количество пользователей онлайн или текущую статистику. Только часто обновляться не сможет, да это не всегда требуется.
Ещё один прототип
Казалось бы, технология хорошо изученная, освоенная. Спрос на такие приборы определённо существует. По какой-то причине даже в самых богатых китайских магазинах такие устройства представлены слабо либо не представлены вообще. Почему так? Непонятно.
Вероятно, здесь существует какая-то проблема с удобством интерфейсов. Дизайнеры не могут угадать вкусы людей, разработать такие устройства, которые лучше всего вписываются в интерьер и удовлетворяют нужды пользователей. Чтобы гаджеты были удобными и красивыми. На помощь китайцам в решении этой задаче пришли инженеры из научно-исследовательского подразделения Microsoft Research. Они провели немалую исследовательскую работу — и опубликовали отчёт с примерами прототипов удобных ситуативных дисплеев, сделанных на технологии электронных чернил, с фотоэлементами и Bluetooth-приёмниками.
По мнению инженеров, именно такое сочетание может представлять перспективную возможность для массового производства. Это маленький дисплей, фотоэлемент для извлечения энергии из окружающей среды (рассеянного освещения в офисе или жилом помещении) и модуль связи на стандарте Bluetooth Low Energy (BLE).
Аппаратное устройство подобного устройства показано на фотографии. Фотоэлемент с прикреплённой тонкоплёночной литий-полимерной батареей (слева), дисплей низкого разрешения на обычной печатной плате (по центру) и пластиковая крышка, которая скрепляет элементы вместе (справа). Крышка напечатана на 3D-принтере.
Пиксели дисплейчиков от Microsoft выглядят следующим образом.
Как показали испытания, заряда прототипов хватает, чтобы делать одну операцию (скачивание контента + обновление экрана) каждые 25 минут в условиях искусственного освещения или каждую минуту в условиях естественного освещения.
Возможно, эти показатели получится улучшить, если использовать более качественные фотоэлементы и более экономичную электронику. Современные фотоэлементы способны генерировать до 100 мкВт/см2 в помещении и до 100 000 мкВт/см2 под прямым солнечным светом. Из-за потерь конверсии реальная электрогенерация в существующих устройствах колеблется от 1 до 20 мкВт/см2 в помещении до 1100 мкВт/см2 на улице. Инженерам Microsoft не удалось добиться рекордных показателей, так что их прототипы выдают 0,7 мкВт/см2 на столе в помещении и 8 мкВт/см2, будучи прикреплёнными на стекле. В принципе, это не так уж и мало. Некоторые другие приборы с фотоэлементами генерируют ещё меньший поток в расчёте на квадратный сантиметр.
Архитектура прототипа показана на блок-схеме, с мощностью электрического тока между всеми модулями.
Судя по всему, это первый случай, когда фоновое освещение в комнате используется как единственный источник энергии для питания компьютерного дисплея. Раньше фотоэлементы применяли только для более узкофункциональных устройств. Прототипы устройств от Microsoft пока находятся в стадии ранней разработки, о перспективах коммерческого производства ничего не сообщается.
Кроме фотонов, в окружающем пространстве много других потенциальных источников энергии. Например, человеческое тело генерирует тепло, электричество и кинетическую энергию. Кроме того, это вибрации стекла, стен и пола, энергия радиоволн (своих и соседских маршрутизаторов WiFi), звуковые волны, воздушные потоки и др. Всё это можно собирать и использовать в электронных устройствах слабой мощности, в том числе, в разных типах сенсоров. «Вечные» устройства без внешнего питания идеально подходят для установки скрытого прослушивания, если нет возможности примонтировать «жучок» в установленный электроприбор.
Если дисплейчики от Microsoft будут достаточно дешёвыми, то их действительно можно повсеместно использовать как интерактивные наклейки Post-it. В демонстрационном видеоролике показана программа для коммуникации с «наклейками» по Bluetooth с планшета или смартфона.
Отчет опубликован в открытом доступе (doi: 10.1145/2984511.2984513).
Комментарии (31)
Forest_Gump
22.10.2016 02:36Кажется, я понял, где наш нацлидер часы брал.
bazis13
22.10.2016 16:42-2Песков? Я думал скандал с его часами все уже забыли. Какие у нас граждане сознательные.
http://peskov.watch
Lexi
22.10.2016 09:40+1«прототипы выдают 0,7 мкВт/см2 на столе»
Обычная батарейка CR2032 отработает в таком режиме (5-10мкА) 3 года, что конечно не вечность, но это весь гарантийный срок.
«модуль связи на стандарте Bluetooth Low Energy»
То есть к этим наклейкам нужен ещё постоянно присутствующий смартфон. Будь BLE стандартной опцией в роутерах, подобные устройства были бы интереснее. А со смартом получается как-то слишком костыльно — можно ведь и на нём самом всё это посмотреть.
alexvoz
22.10.2016 12:11можно, но для этого его нужно брать в руки, зажигать экран и т.д. а так все всегда перед глазами. к тому же Bluetooth может быть и на компе или ноуте, за которым вы в данный момент работаете
kingu
22.10.2016 16:48Где-то я уже похожее видел
https://www.indiegogo.com/projects/smart-sticker-customizable-real-time-display-iphone-smartphone#/
Правда там автор исчез вместе с деньгами.
rPman
22.10.2016 20:09Пока патенты на e-ink технологии принадлежат одноименной компании, ее развития и глобализации не будет.
Цены конские!
а мечты какие были, обои на eink, да просто любые поверхности, то же стол,… какую информацию туда выводить — не проблема, ее море.mrigi
23.10.2016 12:14+1Покупал новый экран на kindle, обошелся что-то в районе $25 с доставкой. Я бы не сказал что это дорого.
rPman
25.10.2016 01:19Я что то не наблюдаю толп моделей смартфонов и планшетников со вторым e-ink экраном, если бы это к цене добавляло 20-30$.
Вы понимаете что 90%-99% стратегий использования смартфона ложатся именно на использование e-ink, редко обновляемого и энергосберегающего.
'Половину' энергию кушает экран, вторую — радиомодуль, третью — приложения-шпионы, собирающие о владельце все до чего дотягиваются или просто на глюки уходит… увеличить срок работы смартфона на треть — это сейчас было бы отличным конкурентным преимуществом, особенно на фоне взрывающихся аккумуляторов. Но нет, что то не срастается у производителей с компанией eink, наверное жадная она.
Chamie
27.10.2016 10:44+1Второй (Eink) экран к смартфону миллиметра три добавит. На эту толщину проще аккумулятор увеличить, чем париться с двухэкранностью.
azShoo
24.10.2016 09:41-1Каждый раз, когда я мысленно читаю про «Новое X на солнечных батареях, которое живет N без подзарядки», я мысленно добавляю:
> Только не в Питере.
И сразу всё встает на свои места.
BurlakovSG
24.10.2016 09:45Я что-то не понимаю как эти дисплеи сделаны. На фото видно вытравленные сегменты на плате, а на видео видно как эти сегменты накрывают какой-то плёнкой и они начинают выводить картинки. Что за плёнка такая?
a5b
26.10.2016 02:44https://www.microsoft.com/en-us/research/wp-content/uploads/2016/09/e-paper-displays-final.pdf
electrophoretic display (EPD) [3] found in ereader devices like the Amazon Kindle. Nehani et al. [20] developed new techniques to drive EPDs and lower power consumption per update from 25 mJ to 11 mJ for a 128x96 1.44” display.
[3]. Comiskey, B., Albert, J. D., Yoshizawa, H., Jacobson, J., by Michaels, C., and Others. An electrophoretic ink for all-printed reflective electronic displays. Nature 394 (1998), 253–255.
[20]. Nehani, J., Brunelli, D., Magno, M., Sigrist, L., and Benini, L. An energy neutral wearable camera with epd
display. In Proceedings of the 2015 Workshop on Wearable Systems and Applications, WearSys ’15, ACM (2015), 1–6.
[20]: An EPD panel developed from Pervasive Display inc. PDI has been used in this work. The EDP consists of a black and white E-Ink film on the top and an active-matrix TFT (Thin Film Transistor) to drive the microcapsules [22]. The EPD has 128 x 96 pixels, and each of them is driven by an active matrix of row and column electrodes. The EPD driver writes one row at s time, by applying a modulated electric potential on each electrodes, which moves the pigmented particles and generate the image.Общая схема epaper/eink — http://lcp.elis.ugent.be/sites/lcp.elis.ugent.be/files/eink.jpg http://image.slidesharecdn.com/epaper-141018070729-conversion-gate01/95/electronic-paper-epaper-10-638.jpg?cb=1413616410 — за счет электрического поля в пленке внутри капсул перемещаются частицы пигмента. Сегменты на плате — нижние электроды. Пленка — видимо что-то вроде "electrophoretic display thin film (EPDTF)" / "glass-free electrophoretic displays (EPD)" с капсулами и верхним электродом (ITO). В данной работе:
In our prototypes we use EPD film produced by OED Technologies [21]. As shown in Figure 4, these sheets consist of a transparent PET front layer coated with conductive indiumtin-oxide (ITO) laminated to the electrophoretic media containing charged ink particles.…. Conductive electrodes patterned on the gold-plated PCB define the segments/pixels of the final display… Note the extra electrode towards the bottom of each PCB which is used to make contact with the ITO layer at the front of the EPD media… When a voltage is applied between any given PCB electrode layer and the ITO, the charged particles within the e-paper media move according to their polarity. The transition time from black to white (or white to black) depends on the voltage applied. The recommended voltage is typically ± 15 V [6]
which gives an update time in the region of 120 ms. However, to save energy we use a 5 V supply which gives an update time around 2.5 s
[21]. OED Technologies. ComFlec O-Paper Imaging Film for Segmented Displays, 2016. http://www.oedtech.com/ (date accessed: 2016/04/04)http://www.oedtech.com/English/index.aspx
http://www.oedtech.com/English/support/index.aspx?menuid=030301 O-paper Intro… Microcapsule Electrophoretic Display technology
http://www.oedtech.com/English/product/content.aspx?menuid=03020201BurlakovSG
26.10.2016 10:03Спасибо, теперь всё понятно. Жаль только такую «бумагу» не продают в розницу.
x893
Купил себе 6" e-Paper дисплеи ED060SC4V2 на aliexpress. С солнечной панелью 30х10 мм и процессором на EFM32 работает уже год. Прямого солнца не надо — хватает бокового. Ну и BLE конечно есть — куда без него. И без всякого MS.
Desprit
С чем он работает у вас, если не секрет? Не пробовали его к RPi подключить?
x893
Наверное неправильно написал. Здесь покупал
https://ru.aliexpress.com/item/6-inch-For-Amazon-ebook-reader-ED060SC4-LF-H1-E-ink-LCD-display-EMA60A7054-B113-free/32435720396.html?spm=2114.13010608.0.0.odbLaI
я его как консоль к RPi подключаю иногда. Два дисплея взял — сделал как книжка. С silabs прислали два процессора (samples) EFM32 — 30 uA в спячке потребляют. Читаю в дороге. Сами дисплеи ничего не потребляют.
Хочу сделать что бы подсветка включалась когда на него смотришь, Но пока теорию изучаю.
ArthurKh
А возможно ли подключить https://ru.aliexpress.com/item/6-inch-For-Amazon-ebook-reader-ED060SC4-LF-H1-E-ink-LCD-display-EMA60A7054-B113-free/32435720396.html?spm=2114.13010608.0.0.odbLaI к ESP-12F (ESP-8266), скажем, через I2C? Есть ли какие-нибудь решения, чипы для преобразования I2C в шину сего экранчика?
BurlakovSG
Тогда потребление будет очень большим. Если у Вас сделано книжкой, то можно просто поставить датчик освещённости и датчик холла — когда книжка раскрыта и освещённости недостаточно, то включать подсветку.
x893
Пока так и сделано — с датчиком освещенности и холла. Но с камерой конечно потребление больше — может приделаю со временем. Пока не нужна.
argz
Поделитесь схемой и прошивкой?
x893
Надо немного причесать — на github положу.
ArthurKh
Буду ждать — интересно поглядеть на реализацию.
Глянул схемы для подключения ED060SC4 — как-то сложновато там… )))
Может, у вас проще будет схема.
rPman
поделитесь с сообществом опытом создания, пожалуйста
extempl
Впрочем, по
e-ink displayзапросу их есть, но таки хотелось бы опыт почитать, схемы, прошивки.Drako_Staarn
Схему, брат, схему!
x893
Будет bro!
ogost
А вы не думали запилить пост об этом?
BurlakovSG
Очень интересно как Вы его подключили? Тоже хотел сделать информер на дисплее от книжки, но так и не понял как на него выводить информацию.
x893
Я брал здесь. Разъем тоже на ali — он немного специфический. Под себя плату немного поменял. Микросхемы для питания — сэмлы с linear и texas. Аккумулятор от планшета какого-то на 3500mA. Ничего особенного нет. Пружинные контакты тоже кто-то прислал на тест. Два дисплея одинаковые — можно отдельно, можно вмест соединить — тогда как один большой работает. Видео конечно по скорости не подходит, но текстовый нормально.
https://github.com/search?utf8=%E2%9C%93&q=ED060SC4
https://github.com/nbzwt/EPD-STM32