Como seu telefone sabe quando girar a tela?

Você estava assistindo a um vídeo no YouTube no modo retrato e o espaço da tela não era suficiente. Para resolver esse problema, você fez o que qualquer pessoa com um smartphone faria. Vire o telefone de lado.

Assim que você fez isso, o vídeo envolveu toda a tela e todas as opções do menu ficaram invisíveis, mas como seu telefone sabia sobre sua orientação?

Bem, além da tela com alta taxa de atualização e uma ótima interface de usuário, seu celular possui diversos sensores que detectam sua orientação no espaço, mas como funcionam esses sensores?

Entendendo as Forças Fundamentais da Natureza

Embora você possa sentir o vento em seu rosto e a água em suas mãos quando chove, o que você não pode sentir são as forças fundamentais da natureza.

Essas forças incluem a força gravitacional e a força eletromagnética. Embora essas forças sejam intangíveis, elas afetam tudo o que fazemos. Na verdade, a tela do seu smartphone detecta pequenas mudanças nas forças eletromagnéticas para detectar seu dedo. Não apenas isso, mas seu peso corporal também é definido por causa das forças da gravidade.

Simplificando, a gravidade aplica uma força nos objetos fazendo com que eles acelerem a uma velocidade de 9,8 m/s^2. Devido a essa aceleração, as coisas caem no chão quando você as joga.

Por outro lado, a força eletromagnética não pode ser sentida como as forças da gravidade. Dito isto, se você colocar uma bússola em qualquer lugar do mundo, ela detectará o campo magnético da Terra nessa área e se alinhará ao Pólo Norte.

Embora as forças eletromagnéticas tenham possibilitado diversos avanços tecnológicos, nem tudo são para o bem, e radiação eletromagnética em altas doses pode ser perigoso para o corpo humano.

Entendendo a tecnologia de sensores em seu smartphone

Os sensores do seu smartphone detectam mudanças nas forças da natureza para entender sua orientação no espaço, mas como esses sensores funcionam?

Bem, seu smartphone tem milhares de sensores em sua placa-mãe, mas três tipos principais de sensores que permitem que seu telefone detecte alterações em sua orientação.

Esses sensores de detecção de orientação usam sistemas microeletromecânicos (MEMS) para medir as forças da natureza. Para medir os dados, os dispositivos MEMS usam peças mecânicas embutidas em silício para gerar um sinal elétrico. Usando esses sinais, seu smartphone detecta mudanças nas forças que atuam sobre ele.

Dada a seguir é uma breve explicação de como esses sensores funcionam.

• Acelerômetro: Como o nome sugere, um acelerômetro é usado para detectar as mudanças na aceleração em um smartphone. Para detectar essas mudanças, o acelerômetro usa a lei da inércia que afirma que um corpo em repouso permanecerá em repouso até que uma força externa seja aplicada. Para usar este conceito, uma massa fixa é suspensa entre estruturas semelhantes a molas em um sensor MEMS. Portanto, a massa fixa permanece no lugar quando o telefone é acelerado devido à sua inércia comprimindo as molas. Essa compressão de mola gera um sinal elétrico informando ao smartphone que está sendo acelerado.
• Giroscópio: O giroscópio monitora as forças rotacionais em seu smartphone. Essa rotação mede a força de Coriolis agindo no smartphone para estimar o quanto ele girou em torno de seu centro de gravidade. Simplificando, a força de Coriolis atua em qualquer corpo dentro de um objeto em rotação devido à sua rotação. O giroscópio usa um design semelhante a um acelerômetro, mas é modificado para detectar mudanças quando o smartphone gira.
• Magnetômetro: Devido às correntes que fluem no núcleo da Terra, um campo magnético o envolve. A detecção desses campos ajuda o smartphone a entender sua orientação com o norte verdadeiro do campo magnético da Terra. Os smartphones são equipados com um sensor de efeito Hall de três eixos para detectar essas alterações. Este sensor usa as leis de indução eletromagnética de Faraday para detectar campos magnéticos. De acordo com essa lei, um condutor que transporta corrente gera uma força eletromotriz quando o campo magnético ao seu redor muda. Devido a essas mudanças de tensão, os sensores podem ser usados ​​para detectar sua orientação em relação aos pólos magnéticos da Terra.

Agora que temos uma compreensão básica dos sensores em nossos smartphones, podemos ver como eles funcionam juntos para detectar a posição do seu smartphone.

Como seu telefone sabe quando virar a tela?

Conforme explicado anteriormente, o acelerômetro pode detectar mudanças na aceleração, mas esses dados sozinhos não podem ser usados ​​para detectar a orientação de um smartphone. A razão é que as forças da gravidade estão sempre agindo no acelerômetro, e é difícil para o sensor detectar quando as mudanças na aceleração devem girar o smartphone.

Os smartphones usam a fusão de sensores para resolver esse problema, o que permite que diferentes sensores se comuniquem. Para detectar a orientação de um telefone, o acelerômetro se comunica com o giroscópio e o magnetômetro.

Portanto, quando um telefone gira, o acelerômetro detecta mudanças na aceleração e se comunica com o giroscópio. Devido a essa comunicação, o smartphone pode entender se as mudanças na aceleração são destinadas à rotação.

Dito isto, o giroscópio é suscetível a erros, pois não pode considerar as forças da gravidade que atuam no smartphone. Portanto, um terceiro sensor é necessário para detectar as mudanças na orientação de um smartphone. Este sensor não é outro senão o magnetômetro do seu dispositivo.

Este magnetômetro é usado para detectar as mudanças na posição do smartphone em relação ao campo magnético da Terra. Esses dados, juntamente com os dados do acelerômetro e do giroscópio, são usados ​​para decidir se sua tela precisa estar no modo retrato ou paisagem.

A tecnologia de sensores é o futuro?

O acelerômetro, giroscópio e magnetômetro detectam mudanças nas forças fundamentais da natureza usando as leis da inércia e da indução eletromagnética.

Os smartphones usam essas leis fundamentais para habilitar recursos como autorrotação e estabilização óptica de imagem. Dito isso, os smartphones agora oferecem recursos inovadores combinando dados de diferentes sensores.

Um excelente exemplo disso é o lançamento da detecção de falhas em dispositivos Apple, que permite que os dados desses sensores detectem um acidente e alertem os serviços de emergência.