Анализируя такие параметры, как сила нажатия клавиш и интервал времени между ними, новая немеханическая интеллектуальная клавиатура с автономным питанием может обеспечить более высокий уровень безопасности для пользователей компьютеров. Устройство с автономным питанием генерирует электричество, когда кончики пальцев пользователя соприкасаются с многослойными пластиковыми материалами, из которых состоит устройство.

«Эта интеллектуальная клавиатура меняет традиционный способ использования клавиатуры для ввода информации», — сказал Чжун Лин Ван, профессор-регент Школы материаловедения и инженерии в Технологическом институте Джорджии. «Каждый удар клавиш производит сложный электрический сигнал, который можно записать и проанализировать».

Обычные клавиатуры записывают, когда нажатие клавиши совершает механический контакт, указывая на нажатие определенной клавиши. Интеллектуальная клавиатура записывает каждое прикосновение к букве, но также фиксирует информацию о величине силы, приложенной к клавише, и промежутке времени между одним нажатием клавиши и следующим. Такой стиль печати является уникальным для отдельных лиц, и поэтому может обеспечить новую биометрическую защиту компьютеров от несанкционированного использования.

Помимо обеспечения небольшого электрического тока для регистрации нажатий клавиш, новая клавиатура может также генерировать достаточно электричества для зарядки небольшого портативного электронного устройства или питания передатчика, чтобы сделать клавиатуру беспроводной.

Эффект, известный как контактная электрификация, генерирует ток, когда кончики пальцев пользователя касаются пластикового материала, на который был нанесен слой материала электрода. Напряжение генерируется за счет эффектов трибоэлектрической и электростатической индукции. Используя трибоэлектрический эффект, небольшой заряд может быть произведен всякий раз, когда материалы приводятся в контакт, а затем раздвигаются.

«Наша кожа диэлектрическая, и у нас в пальцах электростатический заряд», — отметил Ван. «Все, к чему мы прикасаемся, может стать заряженным».

В то время как функция с автономным питанием может обеспечить удобство и потенциально устранить потребность в батареях в беспроводных клавиатурах, Ван считает, что основное влияние устройства может заключаться в том, чтобы помогать защищать компьютеры, используя индивидуальные схемы набора или привычки в качестве биометрических.

«Это может стать новым средством идентификации пользователей», — сказал он. «С этой системой скомпрометированный пароль не позволит киберпреступнику попасть на компьютер . Способ, которым каждый человек печатает даже несколько слов, индивидуален и уникален».

Чтобы оценить потенциал аутентификации клавиатуры, исследовательская группа попросила 104 человека ввести слово «touch» четыре раза и записала полученные электрические схемы. Используя методы анализа сигналов, они смогли дифференцировать отдельные шаблоны печати с низким уровнем ошибок, сказал Ван.

Вместо отдельных механических клавиш, как в традиционных клавиатурах, интеллектуальная клавиатура Вана состоит из прозрачных пленочных материалов, расположенных вертикально друг над другом. Исследователи начинают со слоя полиэтилентерефталата между двумя слоями оксида индия и олова (ITO), которые образуют верхний и нижний электроды.

Затем на поверхность ITO наносится слой фторированного этиленпропилена (FEP), который служит в качестве слоя электрификации, который генерирует трибоэлектрические заряды при касании кончиками пальцев. Массивы нанопроволок FEP формируются на открытой поверхности FEP посредством реактивного ионного травления.

Работа клавиатуры основана на связи между контактной электрификацией и электростатической индукцией, а не на традиционном механическом переключении. Когда палец контактирует с FEP, заряд передается через контактную поверхность, впрыскивая электроны из кожи в материал и создавая положительный заряд.

Когда палец отходит, отрицательные заряды на стороне FEP индуцируют положительные заряды на верхнем электроде и равное количество отрицательных зарядов на нижнем электроде. Последовательные нажатия клавиш создают периодическое электрическое поле, которое управляет возвратно-поступательными потоками электронов между электродами. Хотя в конечном счете рассеиваются, заряды остаются на поверхности FEP в течение длительного периода времени.

Ван считает, что новая интеллектуальная клавиатура будет конкурентоспособной с существующими клавиатурами, как по стоимости, так и по долговечности. Новое устройство основано на недорогих материалах, которые широко используются в электронной промышленности.

В рамках исследования его исследовательская группа провела оценку клавиатуры в сложных условиях, включая нанесение влаги, грязи и масла. «Вы можете налить кофе на клавиатуру , и он не будет поврежден», — сказал Ван. «Поскольку это основано на листе пластика, жидкости не повредят это».