偉大的觸摸屏：領先科幻世界二十年！

科技 09-22

科幻作家們都沒能想像到的觸摸屏，被科學家們搶先製造出來了。

令人難以置信的是，在幾十年前，觸摸屏這種技術就算是在科幻世界內都是天方夜譚。今天，它已經成為了無處不在的日常科技：手機、平板、櫃員機、車站或者電影院里的售票機……在這些便利的背後，有著怎樣的發明故事呢？

最早的觸摸屏於1967年誕生於美國，這個發明恐怕是對科幻界的一個巨大嘲諷：就算是當時最瘋狂的科幻作家，都想不到觸摸屏這種東西。紅遍全世界、以前沿科技著稱的科幻連續劇《星球大戰》直到1987年才提到觸摸屏的概念，比現實的科學家們足足落後了20年。

偉大的觸摸屏：領先科幻世界二十年！

1967年：第一塊觸摸屏誕生

人們普遍認為，美國馬文鎮皇家雷達研究所的約翰遜（E.A. Johnson）是世界上第一個提出觸摸屏概念的人。

1965年，這位普通的計算機研究員在《電子通報（Electronics— Letters）》雜誌上發表了一篇簡短的論文《觸摸面板：一種新的電腦輸入設備》，並在裡面描述了自己對電容式觸摸屏的設想：

屏幕的主體是一塊複合的玻璃屏，內表面塗有一層名為ITO的金屬氧化物，四角有四個電極。當手指頭觸碰到玻璃屏的時候，由於人體自帶的電場，會令手指頭和玻璃內層的金屬層形成一個電容，從而「吸走」該位置的少量電流。

這個「泄漏」的電流是從四個電極流出來的，而且理論上流經不同電極的部分與手指頭到電極的距離成正比。通過控制器的精密計算，就可以準確地得到手指頭的位置。

兩年後，約翰遜將這個設想變成了現實，製造出了人類歷史上第一塊觸摸屏，並將這塊觸摸屏的照片和原理圖發表在了一本名為《工效學（Ergonomics）》的雜誌上。

這是一塊雖然笨重但很令人耳目一新的屏幕，在約翰遜的設計下，甚至有種魔術般的效果：無論手指頭點到哪裡，屏幕就會在該處發出亮光。

偉大的觸摸屏：領先科幻世界二十年！

約翰遜的觸摸屏

當然，約翰遜的這個發明也有著致命的缺點：首先，它只能計算一個手指頭的位置，如果屏幕上有多處接觸，控制器的計算就會變得混亂；

另外，這塊屏幕對接觸的感應是「非黑即白」的，它只記錄兩種信息：有接觸，或者沒有接觸。它不能感知接觸時的力度，輕輕掠過和重重按下對它來說都是一樣的。

約翰遜的觸摸屏誕生後的第二年，歐洲核原子能研究所的幾位專家便向他提出了合作邀請——他們開始一起研究一種用於空中指揮航空的新系統。由於這份工作並不需要觸摸屏有太多的功能，只要定位位置精確就可以了，所以剛剛提到的那些缺點可謂是瑕不掩瑜。

綜上所述，約翰遜的電容觸摸屏本應該大有作為，但「不幸」的是，就在不久之後，他的後來者開發出了更加靈敏、更加智能的觸摸屏。於是，電容式觸摸屏還沒來得及吸引大眾的關注，便被後者耀眼的光芒掩蓋住了。

最後，只有英國航空管理局向約翰遜伸出了橄欖枝——觸摸屏指揮系統從1973年開始投入使用，一直工作到了90年代末。

1970年：電阻式觸摸屏誕生

我們剛剛說了一大堆電容式觸摸屏的壞話，那後來者居上的是什麼呢？答案就是電阻式觸摸屏。與約翰遜精心研究出來的電容式觸摸屏不同，它的誕生其實還是個意外呢！

電阻式觸摸屏的發明人是美國發明家塞繆爾·赫斯特博士（Dr. G. Samuel Hurst）。他最初得到電阻式觸摸屏的靈感時，正帶著他的博士學生們拚命做著物理實驗。後來他的母校、伯利爾學院是這樣描述那一個意外事件的：

「……當時他們那個研究團隊正在用範式加速器來研究原子物理。範式加速器是一種可以高速噴射出帶電粒子的儀器，為了檢測這些粒子，塞繆爾及帕克斯、斯圖爾特等博士生需要整晚蹲守在熒光屏前，記錄這些粒子擊打屏幕後發出亮光的位置。

這些冗長的記錄工作非常浪費時間，於是塞繆爾想到了一個解決方法。他將一塊導電板豎在加速器前以收集噴射出來的帶電粒子，並利用導電板四周的電極記錄粒子位置的坐標軸信息，這樣就既高效又準確了，原本需要幾天的工作如今只需要幾小時就可以完成了。」

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塞繆爾和現代的觸摸屏

塞繆爾工作的肯塔基大學很希望他能將這個巧妙的設想作為專利申報，以防止被別人複製，但塞繆爾卻犯難了：這個方法雖然巧妙，但它的應用範圍實在是太小了，只局限於物理實驗室內，完全夠不上評選專利的標準。於是，塞繆爾開始思考能否將這個方法推廣到別的用途上。

1970年，當塞繆爾去到橡樹嶺國家實驗室工作時，他開始利用下班的空閑時間研究這個事情。

塞繆爾是一個擅長團隊合作的人，他知道自己一個人可能完成不了這項任務，於是邀請了九位在其他領域各有造詣的好友一起參與到這個目標尚不明確的研究活動中來

。在他家的地下室里，十位好友開始了研究，並將這個小團隊叫做「Elographics」，意思是「電子製表（electronic graphnics）」。

很快，他們就想到了觸摸屏這個主意，並開發出了電阻式觸摸屏：

和約翰遜的電容式觸摸屏一樣，他們也用到了ITO這種金屬塗層，不同的是，他們將這層金屬塗在一張容易按壓的薄膜之後，當用手指頭或別的什麼東西觸碰它時，該位置的金屬塗層就會接觸到後面的導電板，帶來電流的通行。導電板上鋪設有縱橫排列的坐標軸，它們可以記錄通行電流的位置。

值得注意的是，這時候，這個觸摸屏其實說不上是「屏幕」，因為它根本就不顯示東西。它的長相是一塊白色的桌板，配備一塊觸摸用的塑料筆，看上去和今天的數繪板差不多（工作原理其實也是一樣的）。

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電阻式觸摸屏（網路圖）

大家可以發現，塞繆爾的觸摸屏原理和約翰遜大同小異，但它的優勢在於，它不要求接觸物一定要自帶電流，一根木頭、一隻塑料棍均可（電容式觸摸屏只能感應到自帶電流的物體，比如手指頭）；同時，按壓位置的電流大小與按壓力度相關，當按壓力度大的時候，導電板上多出來的電流就會變大，因此，它還能能夠承受並記錄不同力度的按壓，這就比約翰遜的觸摸屏靈活智能多了。

70年代：觸摸屏的推廣

1971年，這十位夥伴申請了電阻式觸摸屏的專利併合作創立了「電子製表（Elographnics）」公司，並開始利用下班時間及周末製造觸摸屏。

他們分工明確，是一個很好的手工作坊：有些人負責製造感測器，有些人負責計算器編程，有些人負責製造導電板，最終在塞繆爾的家裡將這些部件手工裝拼在一起。

從5月到12月，這群科學家們加班加點製造出了25台成品觸摸屏，並將它們命名為「E-100」。

從一開始，這些科學家們就信心滿滿，因為他們知道觸摸屏的用途會有多廣：只要經過特殊的設計和編程，除了實驗部門、研究機構外，工廠的質控及生產部門也都能用得上。

1971年8月15日，他們以995美元的價格賣出了第一台觸摸屏，顧客是麻省的科技研究所。1973年，「電子製表」公司榮獲當年的「百大科技產品」稱號，之後，生意就開始滾滾而來。

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