Kopioi artikkelin PDF-versio
Pieneneminen asettaa laitesuunnittelijoille uusia vaatimuksia ja muuttaa myös heidän työskentelytapojaan. Mekaniikka- ja elektroniikkasuunnittelu kulkevat jo nykyisin käsi kädessä. Päällimmäisenä ongelmana on, miten säilyttää helppo käytettävyys laitteiden fyysisen koon pienentyessä.
Tuleviin kännyköihin kuuluvat olennaisena osana uudenlaiset tehokkaat miniatyyrinäytöt. Oulussa on kehitelty esimerkiksi CyPhonea, kännykkää, jonka avulla voi katsella pienille näyttöruuduille luotuja kuvia kuin kiikareilla. Samankaltaisia näyttöratkaisuja voidaan käyttää tikkuaskin kokoisissa haku- ja paikannuslaitteissa.
Käyttäjien sorminäppäryys ei kehity yhtä nopeasti kuin komponenttitekniikka; ja silmien väli tai matka suusta korvaan säilyvät ennallaan. Erityisen pulmallista on se, että kuluttaja ei halua maksaa mustekynän kokoisesta laitteesta enempää kuin mustekynän hinnan. Siksi pienempi koko ei välttämättä ole ainoa suunta matkapuhelinten kehityksessä.
Matkapuhelimet saavat jatkossa rinnalleen uusia tuotteita ja nykyisten eri tuoteryhmien väliset rajat hämärtyvät. Yksi suuntaus tulee olemaan kännykän muuttuminen kohti kannettavaa tietokonetta. Näissä niin sanotuissa älypuhelimissa tekniikan pienentyessä vapautuva tila täytetään elektroniikalla, jolla lisätään tuotteen älykkyyttä. Mukana voi olla faksi, internet, muistikirja, videokamera, ja paljon muuta.
On myös mahdollista, etteivät ohjelmistot enää sijaitse kännykässä, vaan niitä etäkäytetään erilliseltä palvelun tarjoajalta tarpeen mukaan (Java-tekniikka). Käyttäjällä on vain kännykäntyyppinen käyttöliittymä tukiasemineen mukanaan. Tällöin matkaviestin muuttuu kohti kannettavaa verkkotietokonetta (mobile net computer), jossa suuri laskentateho on muualla kuin mukana olevassa laitteessa.
Puhelimen käyttötarkoitukset tulevat laajenemaan puhelinten segmentoitumisen myötä. Kartan ja kompassin korvaavan paikannuspalvelun liittäminen puhelimeen ei satelliittitekniikan myötä ole enää ongelma. Esimerkiksi Oulussa kehitelty kynäpuhelin voisi toimia kaupunkikompassina ilmoittaen, mihin suuntaan turistin tai kongressivieraan pitää milloinkin kulkea.
Tulevaisuudessa matkapuhelimeen integroidaan myös digitaalinen kamera, jolloin viestimen käyttäjän ei enää tarvitse hakea oikeita sanoja edessään olevien näkymien kuvaamiseksi, sillä keskustelukumppani voi nähdä oman kännykkänsä silmikkonäytön avulla samat hiekkarantamaisemat tai messujen uutuustuotteet. Silmikkonäyttö on puoliläpäisevä, mikä tarkoittaa, että käyttäjä näkee virtuaalisen näkymän todellisen näkymän lisäksi.
Puolijohdetekniikan kehitys mahdollistaa elektroniikan pakkaamisen yhä tiheämmin. Vuoteen 2004 mennessä mikroprosessoreiden pakkaustiheyden ennustetaan karkeasti nelinkertaistuvan. Digitaalielektroniikan tehonkulutus pienenee 80 prosentilla. Akkujen kapasiteetti kaksinkertaistuu. Kehitystä voidaan hyödyntää joko miniatyrisoimalla olemassa olevia tuotteita, modernisoimalla nykyisenkaltaisia tuotteita lisäämällä toimintoja ja älyä, tai kehittämällä kokonaan uudenlaisia tuotteita.
Esimerkkinä miniatyrisoinnista on vaikkapa matkaviestimen toteuttaminen kynään. Nykyisten tuotteiden modernisoinnista käy esimerkkinä jo nyt markkinoille tulossa olevien puheentunnistuksen ja internet-liitäntöjen sisällyttäminen puhelimeen. Uudenlaisesta tuotekonseptista on esimerkkinä multimediaominaisuuksien sisällyttäminen matkaviestimeen. Uutena mahdollisuutena on myös matkaviestimen itsensä hajauttaminen useampaan osaan, mikä mahdollistaa radiotaajuuslähettimen osien sijoittamisen kauemmaksi ihmiskehon aroista kudoksista ja kehoon absorboituvan tehon pienentämisen.
Matkaviestimen hajauttaminen avaa uusia mahdollisuuksia myös erilaisille lisälaitteille ja lisäarvopalveluille.
Tulevaisuudessa kännykkä on pelkkä väline, ja hyöty saadaan palveluista. Koveneva kilpailu luo tarpeen erikoistumiseen ja uusien tuotekonseptien kehittämiseen. Matkaviestinalalla lisäarvoa luodaan tarjoamalla käyttäjälle juuri hänen tarpeisiinsa räätälöityjä laitteita ja palveluita.
Oulussa kehitteillä olevan tulevaisuuden matkaviestimen, CyPhonen, keskeisin ajatus on toteuttaa uudenlaisia tietoliikennepalveluita käyttämällä lisättyä todellisuutta eli todellisen maailman ja virtuaaliympäristön yhdistämistä.
Merkittävimpiä uusista palvelukonsepteista on etäläsnäolo. Sitä voidaan käyttää kokouksissa tai etäkoulutuksessa, ja varsinkin erilaisissa vartiointi- ja valvontapalveluissa. Tulevaisuuden vanhustenhuollossa etäläsnäolo parantaa kotona asuvien vanhusten turvallisuutta.
Etäläsnäoloa voi hyödyntää myös virtuaalimatkailussa. Kun joku perheenjäsenistä pääsee lomamatkalle, hän voi kuvata matkaviestimellään stereokuvaa ja ääniympäristöä, joka voidaan välittää kotijoukoille verkon kautta. Kun turisti ihailee Louvren taideaarteita tai Warholin luomuksia New Yorkissa, perheenjäsenet pääsevät nauttimaan samoista elämyksistä tosiaikaisesti omassa olohuoneessaan.
Opastuspalvelussa matkaviestimen käyttäjä voi lähettää kyselyn opastuspalvelimelle, joka kertoo käyttäjälle tämän sijainnin tai pyydetyn reitin. Palvelu voi opastaa kohteen luo joko teksti- tai ääni-informaation avulla, tai lisätyn todellisuuden keinoin lisäämällä käyttäjän näkymään nuolia, tekstiviestejä tai muita opasteita.
Elektroninen kaupankäynti kehittyy osaksi matkaviestinpalveluita, eikä viihdettäkään ole unohdettu. Uuden ajan kännykällä voi seurata Englannin liigan pelien etenemistä tai lyödä vetoa oman jääkiekkojoukkueen puolesta.
Matkaviestimeen voi sisällyttää ikioman virtuaalilemmikin tai vaikka virtuaaliystävän.
Päälle puettavat älykkäät matkaviestinjärjestelmät liitetään joko käyttäjän kehoon, vaatteisiin tai silmä- tai aurinkolaseihin. Tietokoneen käyttöliittymä on rajapinta ihmisen ja tietokoneen välillä. Siihen sisältyvät laitteet, joilla tietoa voidaan syöttää tietokoneelle, ja joilla tietokoneen tulostamaa tietoa voidaan katsella, kuunnella ja tunnustella.
Tavanomaiset fyysiset tiedonsyöttölaitteet kuten näppäimistö, hiiri tai kynä voidaan korvata virtuaalisilla vastineilla, joiden muodon, materiaalin ja lämpötilan käyttäjä voi tuntea, mutta jotka ovat olemassa ainoastaan tietokoneen luomassa keinotodellisuudessa. Lisäksi käyttäjä voi syöttää tietoa puhumalla, kasvonilmeillä tai esimerkiksi viittomakielen käsimerkeillä.
Käyttöliittymän lisäksi käyttäjän vaatteisiin integroidaan paikannusjärjestelmä, jolla seurataan käyttäjän sijaintia sekä silmien, pään ja raajojen asentoja. Paikannusjärjestelmän avulla matkaviestin voi toimia myös karttana, joka osaa ohjata käyttäjän konferenssikeskukseen tai lentoaseman terminaaliin vieraassa kaupungissa.
Tarvittavan tietojenkäsittelyn suorittavat prosessorit ja mikrokontrollerit ovat kooltaan jo niin pieniä, että ne mahtuvat vaikkapa kenkien kantoihin tai vaatteisiin. Suurempi ongelma on tällä hetkellä kaapelointi, jolla oheislaitteet (silmikkonäyttö, datakäsine, paikannusanturit) kytketään laskentayksikköön. Jotta matkaviestintä olisi käyttäjän kannalta mahdollisimman huomaamatonta eikä rajoittaisi hänen liikkumavapauttaan, kaapelit täytyy korvata joko hyvin lyhyen kantaman radioyhteyksillä tai käyttämällä ihmisen ihoa henkilökohtaisena tiedonsiirtoverkkona.
Tulevaisuuden virtuaalitodellisuustekniikoiden avulla toteutetun matkaviestimen täytyisi toimia vähintään yksi työpäivä yhdellä latauksella. Ongelmana onkin käyttötehon varastointi, sillä mitä tehokkaampi akku, sitä raskaampi ja suurikokoisempi se on. Päälle puettavan tietokoneen ei kannatakaan käyttää akkuun varastoitua energiaa, vaan imeä tehonsa suoraan ihmiskehosta ja kehon liikkeistä. Esimerkiksi kenkien pohjaan voidaan asentaa generaattori, joka tuottaa kävellessä riittävästi sähkövirtaa matkaviestimen ja sen kaikkien oheislaitteiden käyttämiseksi.
Ylle puettavien virtuaalitodellisuusjärjestelmien uskotaan olevan toteuttamiskelpoisia jo ensi vuosituhannen ensimmäisellä vuosikymmenellä.
VTT Elektroniikan ja Oulun yliopiston Infotech-tutkimusyksikön virtuaalitodellisuustyöryhmässä tutkitaan tulevaisuuden matkaviestimiä ja niissä tarjottavia palveluita. Myös yritykset ovat olleet mukana tutkimus- ja kehitystyössä jo ideointivaiheesta alkaen.
CyPhonea ovat olleet tutkijoiden kanssa kehittämässä turkulainen C3 sekä oululainen Metsävainio Design Oy, joka on muotoillut kynäpuhelimen ja CyPhone-viestimen virtuaaliprototypoinnin avulla. Kuvien tuotteet ovat siis tietokonevisualisointeja, mitään fyysistä ei vielä ole. C3 Suunnittelu Oy on vastannut kynäpuhelimen mekaniikkasuunnittelusta ja osallistuu CyPhone-konseptin jatkotyöstämiseen.
Uusi CyPhone on jatkokehitetty versio aiemmin Prosessori-lehdessäkin esitellystä viestimestä. Uuden version suunnittelun lähtökohtana on ollut säädettävä silmienväli ja parempi käytettävyys. Oleellinen osa etäläsnäolon toteuttamista on stereokuvan muodostaminen. Kiikareissa on ergonomisesti hyvin toimiva malli stereokuvan käytöstä, joten muotoilijat päättivät soveltaa sitä CyPhoneen. Siitä muistumana laitteeseen on jätetty sylinterimäinen muoto, joka kulkee linssistä kameraan, vaikka optista yhteyttä ei ole. Muoto tarjoaa myös tukea otteelle.
Kiikarimaisuudessa on tulevaisuuteen ja uteliaisuuteen viittaavaa symboliikkaa, joten se sopii hyvin konseptituotteeseen. Suljettuna Cyphonessa on hieman tamagochimaista taskuun sopivaa pyöreyttä.
Cyphone on avattuna symmetrinen, jotta sen käyttö on kätisyydestä riippumatonta. Käyttöpainikkeiden, kuten zoomauksen merkitys voidaan kääntää valitsemalla valikosta käyttäjäksi vasen- tai oikeakätinen.
Alapuoliskossa on kosketusherkkä pinta, joka toimii laattahiirenä ja numerovalintana. Alapuoliskossa sijaitsee myös puhelimen akku, joka toimii samalla vastapainona, kun laitetta käytetään työpöydällä.
Rakenne on pyritty pitämään yksinkertaisena, joten puoliskot koostuvat pääosin ulkokuoresta ja muoviosasta, johon tekniikka kiinnitetään. Ulkokuoren materiaali on kierrätettävää alumiiniseosta, joka antaa tuotteelle arvokkuutta. Ekologisuutta palvelee myös tuotteen yksinkertainen rakenne ja osien määrän minimointi.
Virtuaalitekniikoiden tuominen matkaviestimeen vaatii langattomalta yhteydeltä entistä huomattavasti suurempaa tiedonsiirtonopeutta.
Käyttäjälle siirrettävä videokuva vaatii pakkaamattomana 1Mbit/s siirtokaistan, mutta parhailla videokoodekeilla vaadittava kaistanleveys on enää 20kbit/s. Kolmiulotteisen vaikutelman aikaansaamiseksi videoyhteyksiä tarvitaan kaksi, yksi molemmille silmille.
Virtuaalipalveluissa täytyy myös käyttäjän ruumiinjäsenten sijainti ja asento tietää tarkasti. Jos paikkainformaatio ilmoitetaan 16 bitin tarkkuudella, kuudella vapausasteella (x-, y-, ja z-koordinaatit sekä rotaatio x-, y- ja z-tasoissa) sata kertaa sekunnissa ja viidestä kohdasta kehoa, tarvittava siirtokaista on 28 kbit/s. Videokuvan ja paikkatiedon lisäksi siirrettävä data vaihtelee suuresti palveluittain.
Päälle puettavan matkaviestimen koon ja virrankulutuksen minimoimiseksi suurta laskentatehoa vaativat tehtävät, kuten monimutkainen kuvan tai äänen käsittely, suoritetaan kiinteän verkon palvelimilla ja palvelimien alustavasti prosessoima tieto siirrettään käyttäjälle pakattuna, langattomasti.
CyPhone käyttää kahta erilaista langatonta verkkoa tiedonsiirtoon.
Ulkotiloissa tieto siirtyy GSM-dataverkon kautta, jossa päästään useaa aikarakoa käytettäessä siirtonopeuksiin n x 9600 bit/s. Tulevaisuudessa GSM-data korvataan UMTS-tekniikalla, jolloin ulkotiloissa päästään siirtonopeuksiin 144 kbit/s. Sisätiloissa langattomat yhteydet hoitaa henkilökohtainen pikosoluverkko, joka on kunkin käyttäjän mukana kulkeva hyvin lyhyen kantaman (alle10 metriä) laajakaistainen tiedonsiirtoväylä.
Rakenteilla olevassa koejärjestelmässä käytetään langatonta lähiverkkoa, jonka kantama on parhaimmillaan 1000 metriä ja lähetysteho 2,4 GHz:n ISM-taajuudella alle 100 mW. Koska tarvittava kantama on sadasosa tyypillisen langattoman lähiverkon kantamasta, lähetystehoa voidaan pudottaa ja taajuutta nostaa kaistanleveyden suurentamiseksi.
Käyttäjien omien laitteiden lisäksi pikosoluverkko yhdistää langattomasti lähellä olevia käyttäjiä. Tällä tavalla käyttäjät voivat olla yhteydessä toisiinsa myös matkapuhelinverkkojen peittoalueen ulkopuolella. Näin myös kiinteän solun kuormitusta voidaan vähentää käyttämällä liikkuvien solujen välisiä yhteyksiä, ja samalla tavoin tukiasemien määrää voidaan vähentää, mikä puolestaan pienentää merkittävästi verkon rakentamiskustannuksia.
Liikkuvien solujen välinen reititys toimii erityisen tehokkaasti alueilla, joissa on tiheässä useita liikkuvia soluja, esimerkiksi suurissa yleisötapahtumissa.
Henkilökohtaisessa pikosoluverkossa tiedonsiirron nopeusvaatimukset riippuvat käytettävästä sovelluksesta. Yleissääntönä voidaan sanoa, että tiedonsiirtonopeudelle ei ole olemassa ylärajaa. Muutaman metrin kantama mahdollistaa hyvin korkeiden siirtotaajuuksien käytön ja nopean tiedonsiirron pienellä tehonkulutuksella, mikä on tärkeää kannettavassa järjestelmässä.
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) on standardointivaiheessa oleva seuraavan sukupolven matkapuhelinverkko, jossa tieto liikkuu ulkotiloissa 144 kbit/s nopeudella ja sisätiloissa 2 Mbit/s.
Motion Picture Experts' Group (MPEG) -ryhmä kehittelee erilaisia liikkuvan kuvan pakkausmenetelmiä, joista uusin on MPEG-4.
W-TDMA ja W-CDMA -tekniikoilla voidaan käyttää useita lähettimiä samalla taajuusalueella. TDMA-tekniikka (Time Division Multiple Access) on aikajakoinen, mikä tarkoittaa, että kanava jaetaan aikaväleihin ja kukin lähetin lähettää omassa aikavälissään. CDMA-tekniikassa (Code Division Multiple Access) kullakin lähettimellä on omat toisistaan erottuvat satunnaiskoodit, johon varsinainen lähetettävä tieto lisätään. Vastaanottaja tietää lähettimen koodin, joten se voi erottaa yhden lähetyksen useasta samanaikaisesta lähetyksestä.
Etäläsnäolo tarkoittaa kahden eri osapuolen välistä ääni- ja kuvayhteyttä, jossa vastaanottaja aistii äänen ja kuvan aivan kuin olisi itse kuvan lähettäjän paikalla. Esimerkiksi lähettäjä kuvaa veistosta Louvren taidemuseossa Ranskassa. Samaan aikaan vastaanottaja näkee Oulussa veistoksen silmälaseillaan.
Lisätty todellisuus (augmented reality) tarkoittaa tilannetta, jossa käyttäjän näkökenttään on mahdollista syöttää lisätietoa hänen näkemästään ympäristöstä. Kuten esimerkiksi opasteita jonkin paikan löytämiseen, kohteen tai henkilön tunnistusta. Samoin "superaistit", kuten pimeänäkö ja seinien tai veden pinnan läpinäkeminen ovat mahdollisia. Esimerkiksi museossa laite voi tunnistaa teoksen, ja kertoa kertoa siitä taustatietoa. Antiikkimessuilla laite voi tunnistaa veistoksen ja kehottaa ostamaan sen edullisena, vertailtuaan ensin hintoja maailmanlaajuisesti.
http://ee.oulu.fi/~tino/pihvi.html
http://www.sics.se/dce/dive/dive.html
http://www.dse.doc.ic.ac.uk/~np2/virtual_reality/distributed.html
http://isw3.aistnara.ac.jp/IS/Chihara-lab/yosihib/research/research.html