Tecnologia de teclado
A tecnologia dos teclados de computador inclui muitos elementos. Entre os mais importantes está a tecnologia de comutação que eles usam. Os teclados alfanuméricos de computador geralmente têm de 80 a 110 interruptores duráveis, geralmente um para cada tecla. A escolha da tecnologia de comutação afeta a resposta da tecla (o feedback positivo de que uma tecla foi pressionada) e o pré-curso (a distância necessária para pressionar a tecla para inserir um caractere de forma confiável). Os teclados virtuais nas telas sensíveis ao toque não possuem interruptores físicos e, em vez disso, fornecem feedback de áudio e tátil. Alguns modelos de teclado mais recentes usam híbridos de várias tecnologias para obter maior economia de custos ou melhor ergonomia.
O teclado moderno também inclui um processador de controle e luzes indicadoras para fornecer feedback ao usuário (e ao processador central) sobre o estado do teclado. #39; layout pode ser notificado ao sistema, tornando o teclado imediatamente pronto para uso sem necessidade de configuração adicional, a menos que o usuário assim o deseje.
Tipos
Teclado de membrana
Existem dois tipos de teclados baseados em membrana, teclados de membrana de painel plano e teclados de membrana full-travel:
Os teclados de membrana de painel plano são encontrados com mais frequência em aparelhos como fornos de micro-ondas ou fotocopiadoras. Um design comum consiste em três camadas. A camada superior tem as etiquetas impressas na frente e as listras condutoras impressas na parte de trás. Abaixo dela, há uma camada espaçadora, que mantém as camadas frontal e traseira separadas para que normalmente não façam contato elétrico. A camada posterior possui listras condutoras impressas perpendicularmente às da camada frontal. Quando colocadas juntas, as listras formam uma grade. Quando o usuário pressiona para baixo em uma determinada posição, seu dedo empurra a camada frontal para baixo através da camada espaçadora para fechar um circuito em uma das interseções da grade. Isso indica ao computador ou processador de controle do teclado que um determinado botão foi pressionado.
Geralmente, os teclados de membrana de tela plana não produzem um feedback físico perceptível. Portanto, os dispositivos que os utilizam emitem um bipe ou piscam uma luz quando a tecla é pressionada. Eles são frequentemente usados em ambientes agressivos onde a impermeabilização de água ou vazamento é desejável. Embora usados nos primórdios do computador pessoal (no Sinclair ZX80, ZX81 e Atari 400), eles foram suplantados pela cúpula mais tátil e pelos teclados de comutação mecânica.
Os teclados baseados em membrana full-travel são os teclados de computador mais comuns atualmente. Eles têm êmbolos de chave/interruptor de plástico de peça única que pressionam uma membrana para acionar um contato em uma matriz de interruptor elétrico.
Teclado dome-switch
Os teclados dome-switch são um híbrido de membrana de tela plana e teclados de switch mecânico. Eles reúnem dois traços de placa de circuito sob um teclado de borracha ou silicone usando um "dome" interruptores ou cúpulas em poliuretano. Os interruptores de cúpula de metal são peças formadas de aço inoxidável que, quando comprimidas, fornecem ao usuário um feedback tátil positivo e nítido. Esses tipos de interruptores de cúpula de metal são muito comuns, geralmente confiáveis para mais de 5 milhões de ciclos e podem ser banhados em níquel, prata ou ouro. Os interruptores de cúpula de borracha, mais comumente referidos como polydomes, são formados por cúpulas de poliuretano onde a bolha interna é revestida em grafite. Embora os polydomes sejam tipicamente mais baratos do que os domos de metal, eles não têm o encaixe nítido dos domos de metal e geralmente têm uma especificação de vida útil mais baixa. Polydomes são considerados muito silenciosos, mas os puristas tendem a achá-los "piegas" porque a cúpula em colapso não fornece uma resposta tão positiva quanto as cúpulas de metal. Para metal ou polydomes, quando uma tecla é pressionada, ela colapsa a cúpula, que conecta os dois traços do circuito e completa a conexão para entrar no personagem. O padrão na placa do PC geralmente é banhado a ouro.
Ambos são tecnologias de comutação comuns usadas em teclados de mercado de massa atualmente. Esse tipo de tecnologia de comutação é mais comumente usado em controladores portáteis, telefones celulares, automotivos, eletrônicos de consumo e dispositivos médicos. Os teclados de comutação de cúpula também são chamados de teclados de comutação direta.
Teclado tipo tesoura
Um caso especial do interruptor de cúpula de teclado de computador é o interruptor de tesoura. As teclas são presas ao teclado por meio de duas peças de plástico que se encaixam como uma "tesoura" e se encaixam no teclado e na tecla. Ele ainda usa cúpulas de borracha, mas uma 'tesoura' O mecanismo liga a tampa da tecla a um êmbolo que pressiona a cúpula de borracha com um deslocamento muito mais curto do que o teclado típico de cúpula de borracha. Tipicamente, os teclados tipo tesoura também empregam membranas de 3 camadas como o componente elétrico do switch. Eles também costumam ter uma distância total de deslocamento da chave mais curta (2 mm em vez de 3,5–4 mm para chaves comutadoras de cúpula padrão). Esse tipo de chave seletora é frequentemente encontrado em teclados embutidos em laptops e teclados comercializados como 'de baixo perfil'. Esses teclados geralmente são silenciosos e as teclas exigem pouca força para serem pressionadas.
Teclados tipo tesoura são normalmente um pouco mais caros. Eles são mais difíceis de limpar (devido ao movimento limitado das chaves e seus múltiplos pontos de fixação), mas também menos propensos a acumular detritos, pois os espaços entre as chaves geralmente são menores (já que não há necessidade de espaço extra para permitir a 'agitação' na tecla, como normalmente encontrado em um teclado de membrana).
Teclado capacitivo
Neste tipo de teclado, pressionar uma tecla altera a capacitância de um padrão de almofadas de capacitores. O padrão consiste em dois capacitores em forma de D para cada chave, impressos em uma placa de circuito impresso (PCB) e cobertos por um filme fino e isolante de máscara de solda que atua como um dielétrico.
Apesar da sofisticação do conceito, o mecanismo de comutação capacitiva é fisicamente simples. A parte móvel termina com um elemento plano de espuma do tamanho de um comprimido de aspirina, com acabamento em papel alumínio. Em frente ao switch está um PCB com os capacitores. Quando a tecla é pressionada, a folha adere firmemente à superfície do PCB, formando uma cadeia de dois capacitores entre os blocos de contato e separados por uma fina máscara de solda e, portanto, "curto-circuito" as almofadas de contato com uma queda facilmente detectável de reatância capacitiva entre elas. Normalmente, isso permite que um pulso ou trem de pulso seja detectado. Como o interruptor não possui um contato elétrico real, não há necessidade de debouncing. As teclas não precisam ser totalmente pressionadas para serem acionadas, o que permite que algumas pessoas digitem mais rápido. O sensor informa o suficiente sobre a posição da chave para permitir que o usuário ajuste o ponto de atuação (sensibilidade da chave). Este ajuste pode ser feito com a ajuda do software incluído e individualmente para cada chave, se assim for implementado.
O teclado IBM Modelo F é um projeto de chave mecânica que consiste em uma mola de encurvamento sobre um PCB capacitivo, semelhante ao teclado Modelo M posterior que usava uma membrana no lugar do PCB.
O design da Topre Corporation para interruptores de chave usa uma mola abaixo de uma cúpula de borracha. A cúpula fornece a maior parte da força que impede que a tecla seja pressionada, semelhante a um teclado de membrana, enquanto a mola ajuda na ação capacitiva.
Teclado com interruptor mecânico
Cada tecla em um teclado de chave mecânica contém uma chave completa embaixo. Cada switch é composto por um invólucro, uma mola e uma haste e, às vezes, outras partes, como uma folha tátil separada ou uma barra de clique. Os interruptores vêm em três variantes: "linear" com resistência consistente, "tátil" com uma colisão não audível e "clique" com um solavanco e um clique audível. Dependendo da resistência da mola, a chave requer diferentes quantidades de pressão para atuar e atingir o fundo. A forma da haste, bem como o design do invólucro da chave, varia a distância de atuação e a distância de deslocamento da chave. O som pode ser alterado pelo material da placa, caixa, lubrificação, perfil da tampa da tecla e até mesmo modificando o interruptor individual. Essas modificações, ou "mods" incluem a aplicação de lubrificante para reduzir o atrito dentro do próprio interruptor, inserindo "filmes de interruptor" para reduzir a oscilação, trocando a mola interna para modificar a resistência do próprio interruptor e muito mais. Os teclados mecânicos permitem a remoção e substituição de teclas com um tipo de haste comum.
Ao lado da chave mecânica do teclado está o estabilizador, que suporta teclas mais longas, como "barra de espaço", "enter", "backspace" e "deslocamento" chaves. Embora não sejam tão diversos quanto os interruptores, eles vêm em tamanhos diferentes. Esses tamanhos diferentes são projetados para teclados mais longos que o normal. Semelhante a um interruptor de teclado mecânico, o estabilizador pode ser modificado para alterar o som e a sensação dessas teclas específicas. O lubrificante pode ser usado para reduzir o barulho do fio de metal que compõe um estabilizador. Além disso, a implementação de padding no "housing" do estabilizador diminuirá o ruído e melhorará a acústica.
Os teclados mecânicos geralmente têm uma vida útil mais longa do que os teclados de membrana ou dome-switch.
Um grande produtor de interruptores mecânicos é a Cherry, que fabrica a família de interruptores MX desde a década de 1980. O sistema de codificação de cores da Cherry para categorizar interruptores foi imitado por outros fabricantes de interruptores mecânicos, como Gateron e Kailh, entre muitos outros.
Teclado de troca a quente
Teclados hot-swappable são teclados onde os interruptores podem ser retirados e substituídos em vez de exigir a conexão de solda típica. Em vez de o interruptor ser soldado ao PCB do teclado, os soquetes hot-swap são soldados. Eles são usados principalmente por entusiastas de teclado que constroem teclados personalizados e recentemente começaram a ser adotados por empresas maiores em teclados de produção. Os soquetes hot-swap normalmente custam entre $ 10–25 USD para preencher uma placa completa e podem permitir que os usuários experimentem uma variedade de switches diferentes sem ter as ferramentas ou o conhecimento necessário para soldar eletrônicos.
Teclado com mola de fivela
Muitos datilógrafos preferem teclados com molas articuladas. O mecanismo de mola de fivela (Patente dos EUA 4.118.611 expirada) no topo do interruptor é responsável pela resposta tátil e auditiva do teclado. Este mecanismo controla um pequeno martelo que atinge um interruptor capacitivo ou de membrana.
Em 1993, dois anos após o surgimento da Lexmark, a IBM transferiu suas operações de teclado para a empresa filha. Os novos teclados Modelo M continuaram a ser fabricados para a IBM pela Lexmark até 1996, quando a Unicomp foi estabelecida e comprou as patentes de teclado e equipamentos de ferramentas para continuar sua produção.
A IBM continuou a fabricar o Modelo M em sua fábrica na Escócia até 1999.
Teclado de efeito Hall
Os teclados de efeito Hall usam ímãs e sensores de efeito Hall em vez de interruptores com contatos mecânicos. Quando uma tecla é pressionada, ela move um ímã que é detectado por um sensor de estado sólido. Como não requerem contato físico para acionamento, os teclados de efeito Hall são extremamente confiáveis e podem aceitar milhões de pressionamentos de tecla antes de falhar. Eles são usados para aplicações de confiabilidade ultra-alta, como usinas nucleares, cockpits de aeronaves e ambientes industriais críticos. Eles podem facilmente ser feitos totalmente à prova d'água e podem resistir a grandes quantidades de poeira e contaminantes. Como um ímã e um sensor são necessários para cada chave, bem como eletrônicos de controle personalizados, eles são caros de fabricar.
Teclado de projeção a laser
Um dispositivo de projeção a laser aproximadamente do tamanho de um mouse de computador projeta o contorno das teclas do teclado em uma superfície plana, como uma mesa ou escrivaninha. Esse tipo de teclado é portátil o suficiente para ser facilmente usado com PDAs e telefones celulares, e muitos modelos possuem cabos retráteis e recursos sem fio. No entanto, a interrupção repentina ou acidental do laser registrará pressionamentos de tecla indesejados. Além disso, se o laser falhar, toda a unidade se torna inútil, ao contrário dos teclados convencionais, que podem ser usados mesmo que várias peças (como as tampas das teclas) sejam removidas. Esse tipo de teclado pode ser frustrante de usar, pois é suscetível a erros, mesmo durante a digitação normal, e sua total falta de feedback tátil o torna ainda menos amigável do que os teclados de membrana de qualidade inferior.
Teclado de enrolar
Teclados feitos de materiais flexíveis de silicone ou poliuretano podem ser enrolados em um pacote. Dobrar o teclado com força pode danificar os circuitos da membrana interna. Quando são completamente selados em borracha, são resistentes à água. Os teclados de enrolar fornecem relativamente pouco feedback tátil e o silicone tende a atrair sujeira, poeira e cabelos.
Tecnologia de teclado óptico
Também conhecido como teclado foto-óptico, teclado responsivo à luz, teclado foto-elétrico e tecnologia de detecção de ativação de tecla óptica.
A tecnologia de teclado óptico foi introduzida em 1962 por Harley E. Kelchner para uso em uma máquina de escrever com o objetivo de reduzir o ruído gerado pelo acionamento das teclas da máquina de escrever.
Uma tecnologia de teclado óptico utiliza dispositivos emissores de luz e sensores fotográficos para detectar opticamente as teclas acionadas. Mais comumente, os emissores e sensores estão localizados no perímetro, montados em um pequeno PCB. A luz é direcionada de um lado para o outro do interior do teclado, e só pode ser bloqueada pelas teclas acionadas. A maioria dos teclados ópticos requer pelo menos dois feixes (mais comumente um feixe vertical e um feixe horizontal) para determinar a tecla acionada. Alguns teclados ópticos usam uma estrutura de teclas especial que bloqueia a luz em um determinado padrão, permitindo apenas um feixe por linha de teclas (mais comumente um feixe horizontal).
O mecanismo do teclado óptico é muito simples – um feixe de luz é enviado do emissor para o sensor receptor, e a tecla acionada bloqueia, reflete, refrata ou interage de outra forma com o feixe, resultando em uma tecla identificada.
Alguns teclados ópticos anteriores eram limitados em sua estrutura e exigiam um invólucro especial para bloquear a luz externa, nenhuma funcionalidade multi-tecla era suportada e o design era muito limitado a um invólucro retangular grosso.
As vantagens da tecnologia de teclado óptico são que ela oferece um teclado realmente à prova d'água, resistente a poeira e líquidos; e usa cerca de 20% de volume de PCB, em comparação com teclados de membrana ou dome switch, reduzindo significativamente o lixo eletrônico. As vantagens adicionais da tecnologia de teclado óptico em relação a outras tecnologias de teclado, como efeito Hall, laser, roll-up e teclados transparentes, residem no custo (teclado com efeito Hall) e na sensação - a tecnologia de teclado óptico não requer mecanismos de teclas diferentes e a sensação tátil de a digitação permanece a mesma há mais de 60 anos.
O teclado especializado DataHand usa tecnologia ótica para detectar pressionamentos de tecla com um único feixe de luz e sensor por tecla. As chaves são mantidas em sua posição de descanso por ímãs; quando a força magnética é superada para pressionar uma tecla, o caminho óptico é desbloqueado e o pressionamento da tecla é registrado.
Debounce
Quando uma tecla é pressionada, ela oscila (salta) contra seus contatos várias vezes antes de se estabilizar. Quando solto, oscila novamente até parar. Embora aconteça em uma escala muito pequena para ser visível a olho nu, pode ser suficiente para registrar várias teclas digitadas.
Para resolver isso, o processador em um teclado debounces as teclas, calculando a média do sinal ao longo do tempo para produzir um sinal "confirmado" pressionamento de tecla que (geralmente) corresponde a um único pressionamento ou liberação. Os primeiros teclados de membrana tinham velocidade de digitação limitada porque precisavam fazer um debounce significativo. Este foi um problema perceptível no ZX81.
Teclas
Os keycaps são usados em teclados full-travel. Embora as teclas modernas sejam normalmente impressas na superfície, elas também podem ser moldadas em injeção dupla, impressas a laser, impressas por sublimação, gravadas ou podem ser feitas de material transparente com inserções de papel impresso.
Também existem teclas que são conchas finas que são colocadas sobre as bases das teclas. Estes foram usados em teclados IBM PC.
Outras partes
O teclado de PC moderno também inclui um processador de controle e luzes indicadoras para fornecer feedback ao usuário sobre o estado do teclado. Dependendo da sofisticação da programação do controlador, o teclado também pode oferecer outros recursos especiais. O processador é geralmente uma variante do microcontrolador 8048 de chip único. A matriz de comutação do teclado é conectada às suas entradas e processa as teclas que chegam e envia os resultados por um cabo serial (o cabo do teclado) para um receptor na caixa principal do computador. Ele também controla a iluminação do "caps lock", "num lock" e "bloqueio de rolagem" luzes.
Um teste comum para saber se o computador travou é pressionar a tecla "caps lock" chave. O teclado envia o código-chave para o driver do teclado em execução no computador principal; se o computador principal estiver operando, ele comanda a luz para acender. Todas as outras luzes indicadoras funcionam de maneira semelhante. O driver do teclado também rastreia o estado shift, alt e control do teclado.
Matriz de troca de teclado
A matriz de comutação do teclado geralmente é desenhada com fios horizontais e fios verticais em uma grade que é chamada de circuito de matriz. Ele tem um interruptor em algumas ou todas as interseções, muito parecido com um display multiplexado.
Chaves fantasmas
Quase todos os teclados têm apenas o interruptor (mas nenhum diodo) em cada interseção, o que faz com que as "teclas fantasmas" e "obstrução de teclas" quando várias teclas são pressionadas (rollover). Certos teclados, geralmente mais caros, têm um diodo entre cada interseção, permitindo que o microcontrolador do teclado detecte com precisão qualquer número de teclas simultâneas sendo pressionadas, sem gerar teclas fantasmas errôneas.
Métodos alternativos de inserção de texto
O reconhecimento óptico de caracteres (OCR) é preferível à redigitação para converter o texto existente que já está escrito, mas não em formato legível por máquina (por exemplo, um livro composto por Linotype da década de 1940). Em outras palavras, para converter o texto de uma imagem em texto editável (ou seja, uma sequência de códigos de caracteres), uma pessoa pode digitá-lo novamente ou um computador pode olhar para a imagem e deduzir o que é cada caractere. A tecnologia OCR já atingiu um estado impressionante (por exemplo, Google Book Search) e promete mais para o futuro.
O reconhecimento de fala converte a fala em texto legível por máquina (ou seja, uma sequência de códigos de caracteres). Esta tecnologia também atingiu um estado avançado e está implementada em vários produtos de software. Para certos usos (por exemplo, transcrição de ditado médico ou jurídico; jornalismo; redação de ensaios ou romances), o reconhecimento de fala está começando a substituir o teclado. No entanto, a falta de privacidade ao emitir comandos de voz e ditado torna esse tipo de entrada inadequada para muitos ambientes.
Dispositivos apontadores podem ser usados para inserir texto ou caracteres em contextos onde o uso de um teclado físico seria impróprio ou impossível. Esses acessórios geralmente apresentam caracteres em uma tela, em um layout que fornece acesso rápido aos caracteres ou combinações de caracteres usados com mais frequência. Exemplos populares desse tipo de entrada são Graffiti, Dasher e teclados virtuais na tela.
Outros problemas
Registro de pressionamento de tecla
Teclados Bluetooth não criptografados são conhecidos por serem vulneráveis a roubo de sinal para keylogging por outros dispositivos Bluetooth ao alcance. Os teclados sem fio da Microsoft 2011 e anteriores estão documentados como tendo essa vulnerabilidade.
O registro de pressionamento de tecla (frequentemente chamado de keylogging) é um método de capturar e registrar os pressionamentos de tecla do usuário. Embora possa ser usado legalmente para medir a atividade dos funcionários ou por agências de aplicação da lei para investigar atividades suspeitas, também é usado por hackers para atos ilegais ou maliciosos. Os hackers usam keyloggers para obter senhas ou chaves de criptografia.
O registro de pressionamento de tecla pode ser obtido por meios de hardware e software. Os keyloggers de hardware são conectados ao cabo do teclado ou instalados dentro de teclados padrão. Os keyloggers de software funcionam no sistema operacional do computador de destino e obtêm acesso não autorizado ao hardware, conectam-se ao teclado com funções fornecidas pelo sistema operacional ou usam software de acesso remoto para transmitir dados gravados do computador de destino para um local remoto. Alguns hackers também usam keyloggers sem fio para coletar pacotes de dados sendo transferidos de um teclado sem fio e seu receptor e, em seguida, quebram a chave de criptografia usada para proteger as comunicações sem fio entre os dois dispositivos.
Os aplicativos anti-spyware são capazes de detectar muitos keyloggers e removê-los. Fornecedores responsáveis de software de monitoramento oferecem suporte à detecção por programas anti-spyware, evitando assim o abuso do software. A habilitação de um firewall não impede os keyloggers em si, mas pode impedir a transmissão do material registrado pela rede, se configurado corretamente. Monitores de rede (também conhecidos como firewalls reversos) podem ser usados para alertar o usuário sempre que um aplicativo tentar fazer uma conexão de rede. Isso dá ao usuário a chance de impedir que o keylogger "telefone para casa" com suas informações digitadas. Os programas de preenchimento automático de formulários podem impedir totalmente o keylogging por não usar o teclado. A maioria dos keyloggers pode ser enganada alternando entre digitar as credenciais de login e digitar caracteres em outro lugar na janela de foco.
Também se sabe que os teclados emitem assinaturas eletromagnéticas que podem ser detectadas usando equipamentos especiais de espionagem para reconstruir as teclas pressionadas no teclado. Neal O'Farrell, diretor executivo do Identity Theft Council, revelou à InformationWeek que "há mais de 25 anos, alguns ex-espiões me mostraram como poderiam capturar o PIN do caixa eletrônico de um usuário, de uma van estacionada do outro lado da rua, simplesmente capturando e decodificando os sinais eletromagnéticos gerados por cada tecla," disse O'Farrell. "Eles podiam até capturar as teclas digitadas de computadores em escritórios próximos, mas a tecnologia não era sofisticada o suficiente para focar em qualquer computador específico."
Lesão física
O uso de qualquer teclado pode causar ferimentos graves (como síndrome do túnel do carpo ou outras lesões por esforço repetitivo) nas mãos, pulsos, braços, pescoço ou costas. Os riscos de lesões podem ser reduzidos fazendo pausas curtas frequentes para se levantar e caminhar algumas vezes a cada hora. Os usuários também devem variar as tarefas ao longo do dia, para evitar o uso excessivo das mãos e pulsos. Ao digitar em um teclado, a pessoa deve manter os ombros relaxados com os cotovelos ao lado, com o teclado e o mouse posicionados de forma que o alcance não seja necessário. A altura da cadeira e a bandeja do teclado devem ser ajustadas de modo que os pulsos fiquem retos e os pulsos não devem ser apoiados em bordas afiadas da mesa. Descansos de pulso ou palma não devem ser usados durante a digitação.
Algumas tecnologias adaptativas, desde teclados especiais, substituições de mouse e interfaces de mesa digitalizadora até software de reconhecimento de fala, podem reduzir o risco de lesões. O software de pausa lembra o usuário de pausar com frequência. Mudar para um mouse muito mais ergonômico, como um mouse vertical ou joystick, pode proporcionar alívio.
Ao usar um touchpad ou uma caneta stylus com um tablet gráfico, no lugar de um mouse, pode-se diminuir o esforço repetitivo nos braços e mãos.