После выхода Nintendo Switch Joy-Con пользователи столкнулись с проблемой дрейфа стиков джойстика. Теперь компании внедряют альтернативные технологии, основанные на законах квантовой механики, чтобы обеспечить плавный игровой процесс.
Датчики Холла появились несколько лет назад, но теперь компании тестируют вариант, который проще модернизировать в существующих конструкциях контроллеров. Это решение — туннельное магнитосопротивление, или TMR, технология, которая произвела революцию в жёстких дисках два десятилетия назад.
Как и датчики Холла, TMR позволяет избежать фундаментальной проблемы более традиционных джойстиков, датчики которых изнашиваются из-за своей конструкции. Контроллеры, которые поставляются с последними несколькими консолями Xbox, PS4 и PS5, а также Switch, построены на основе таких датчиков — потенциометров, которые можно использовать для изменения или измерения электрического сопротивления. Внутри двух потенциометров, которые используются для обнаружения движений вверх-вниз и из стороны в сторону в каждом джойстике, находится полукруглая полоска углеродной плёнки с клеммами на каждом конце, которые пропускают через неё электрический ток. Когда джойстик перемещается, компонент (щётка), скользит вперёд и назад по этой полоске, измеряя напряжение в месте контакта. Поскольку напряжение предсказуемо изменяется по длине полосы, эти показатели можно использовать для точного измерения движений джойстика.
Однако полоска углеродной плёнки внутри потенциометра джойстика может со временем изнашиваться, влияя на поток тока и точность измерений напряжения. Поэтому производители контроллеров теперь обращаются к датчикам, которые полагаются не на трение компонентов, а на магнетизм. В джойстиках с эффектом Холла резистивные полосы и щётку заменили магнитами и датчиками, которые никогда не соприкасаются, используя явление, открытое Эдвином Холлом в 1879 году.
Внутри датчика находится проводящий материал, называемый «элементом Холла», через который протекает электрический ток. Обычно электроны текут прямо через этот проводник, но наличие магнитного поля может помешать этому и отклонить электроны в любую сторону. Когда магнит, прикреплённый к джойстику, приближается и удаляется, датчик Холла измеряет результирующие изменения напряжения в проводнике. Эти измерения преобразуются в движения в игре.
Датчики Холла используются уже более 50 лет — так, они применялись Sega в контроллерах Saturn 3D и Dreamcast, которые дебютировали в середине 90-х годов. GuliKit вновь популяризировал использование датчиков Холла в игровом оборудовании после дебюта контроллера на E3 2021. Однако технология до сих пор не получила широкого распространения из-за своей стоимости и требований к мощности.
Решением проблемы могут стать датчики TMR. В 1988 году физики Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга открыли явление, называемое эффектом гигантского магнитосопротивления (ГМС), за которое они оба получили Нобелевскую премию по физике в 2007 году. Учёные обнаружили, что наличие магнитного поля, приложенного к сверхтонким проводниковым плёнкам из меди или алюминия, зажатым между двумя магнитными материалами, будет влиять на направление спина электронов и их способность легко перетекать с одной стороны плёнки на другую.
TMR работает, используя похожий принцип. Наличие магнитного поля выравнивает направление спина электронов, облегчая им перемещение с одной стороны на другую. Однако TMR использует изоляционный материал. Чтобы перетечь с одной стороны плёнки на другую, электроны полагаются на квантовое туннелирование. Они преодолевают барьер из алюминия или оксида магния толщиной всего в несколько атомов. Благодаря уравнениям Шредингера возможно точно предсказать, когда это произойдёт.
«Датчики TMR, как правило, имеют более высокую чувствительность и более линейный отклик по сравнению с датчиками Холла», — говорит коммерческий директор GuliKit Джек Хе. Это позволит использовать меньшие магниты, чтобы упростить производство джойстиков. Но точность работы геймпадов будет зависеть от производителей и используемого ими оборудования. «Разрешение в основном зависит от точности выборки внутреннего микроконтроллера и не так тесно связано с самим джойстиком», — поясняет Хе.
Датчики TMR обычно имеют более низкое энергопотребление. Они потребляют только от 0,1 мА до 0,3 мА по сравнению с датчиками Холла, которые могут потреблять от 0,5 мА до 2 мА мощности. Это позволяет устанавливать джойстики с датчиками TMR на текущее оборудование контроллера без каких-либо модификаций.
Наконец, TMR обеспечивает большую стабильность производительности в более широком диапазоне температур — преимущество для продукта, который часто держат в руках в течение нескольких часов.
Хотя технология TMR ещё не принята на вооружение такими компаниями, как Nintendo, Microsoft и Sony, несколько сторонних производителей уже продают такие геймпады, например Crush от PB Tails, Tarantula Pro от GameSir и Ultimate 2 от 8BitDo. В 2024 году GuliKit стала первой компанией, выпустившей комплекты обновлений, переносящие технологию TMR на контроллеры PS5, PS4, Xbox и Switch.
Ранее специалисты iFixit, разобравшие умный будильник Alarmo от Nintendo, заявили, что его технология сможет решить проблема дрейфа стиков контроллера Joy-Con для Switch. Они обнаружили, что компания уже использует более надёжные датчики Холла в Alarmo. Вероятно, что следующим устройством, которое будет использовать эту технологию, станет геймпад для Switch 2.
Источник новости: habr.com
