Tecnología de teclado

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La tecnología de los teclados de ordenador incluye muchos elementos. Se han desarrollado muchas tecnologías de teclado diferentes para satisfacer las demandas de los consumidores y se han optimizado para aplicaciones industriales. El teclado alfanumérico de ordenador estándar de tamaño completo (100 %) suele utilizar entre 101 y 105 teclas; los teclados integrados en ordenadores portátiles suelen ser menos completos.

Los teclados virtuales , a los que se accede principalmente a través de una interfaz de pantalla táctil , no tienen interruptores físicos y, en su lugar, proporcionan audio artificial y retroalimentación háptica . Esta variedad de teclado puede resultar útil, ya que no está limitada por la naturaleza rígida de los teclados físicos de computadora.

La mayoría de los teclados modernos incluyen un procesador de control y luces indicadoras para proporcionar información al usuario (y al procesador central ) sobre el estado en el que se encuentra el teclado. La tecnología plug-and-play significa que su diseño "listo para usar" se puede notificar al sistema, lo que hace que el teclado esté listo para usar de inmediato sin necesidad de configuración adicional, a menos que el usuario así lo desee. Esto también permite la fabricación de teclados genéricos para una variedad de mercados lingüísticos, que difieren solo en los símbolos grabados en las teclas.

Un diseño de membrana común consta de tres capas. La capa superior e inferior tienen trazas de matriz eléctrica expuestas, y la capa intermedia es un espaciador para evitar que la corriente pase a través de las trazas conductoras superior e inferior de manera pasiva. Cuando se aplica presión a la membrana superior, esta une las almohadillas de contacto conductoras superior e inferior, lo que permite la transferencia de corriente.

Dos de los tipos más comunes de teclados de membrana son los de membrana plana y los de cúpula de goma de recorrido completo. Los teclados de membrana plana se encuentran con mayor frecuencia en electrodomésticos como hornos microondas o fotocopiadoras .

Los teclados con membrana y cúpula de goma de recorrido completo son el diseño de teclado más común que se fabrica en la actualidad. En estos teclados, se coloca una lámina de cúpula de goma sobre las membranas, lo que garantiza que las cúpulas se alineen con las almohadillas de contacto. La cúpula de goma tiene una doble función: actúa como un resorte de retorno táctil y proporciona una superficie suave para transferir fuerza a la membrana superior. Para unir las dos almohadillas de contacto, la cúpula de goma debe estar completamente presionada.

Los teclados con cúpula de goma sobre membrana se volvieron muy populares entre los fabricantes de computadoras, que buscaban reducir costos mientras los precios de las PC disminuían.

Una variante compacta y común de la membrana con cúpula de goma es el interruptor de tijera, basado en el mecanismo de tijera . Debido a que muchas computadoras portátiles deben ser delgadas, requieren que los teclados tengan un perfil bajo. Por lo tanto, esta tecnología es la que se utiliza con más frecuencia en las computadoras portátiles. Las teclas están unidas al teclado mediante dos piezas de plástico que se entrelazan en forma de "tijera" y se ajustan al teclado y a la tecla. Estos teclados son generalmente silenciosos y se requiere poca fuerza para presionar las teclas.

Los teclados con interruptores de tijera suelen ser un poco más caros. Son más difíciles de limpiar (debido al movimiento limitado de las teclas y a sus múltiples puntos de fijación), pero también es menos probable que se acumulen residuos en ellos, ya que los espacios entre las teclas suelen ser más pequeños (ya que no es necesario dejar espacio adicional para permitir el "movimiento" de las teclas, como suele ocurrir en los teclados de membrana). ^[1]

Los teclados de membrana de panel plano se utilizan a menudo en entornos hostiles donde es deseable la impermeabilidad o la estanqueidad. Pueden tener teclas no táctiles, táctiles polidomo y táctiles de cúpula metálica. Los interruptores de membrana táctiles polidomo utilizan poliéster o PET y están formados para crear una cúpula de plástico rígida. Cuando se presiona el polidomo rígido, la tinta conductora en la parte posterior del polidomo se conecta con la capa inferior del circuito. Los interruptores de membrana de cúpula metálica están hechos de acero inoxidable y ofrecen mayor durabilidad y confiabilidad y pueden presentar diseños de cúpula personalizados. ^[2] Los teclados de membrana de panel plano no táctiles tienen poca o ninguna sensación de pulsación de tecla y, a menudo, emiten un pitido o un destello de luz al activarse.

Aunque este diseño de teclado se utilizó comúnmente en los primeros días de la computadora personal (en Sinclair ZX80 , ZX81 y Atari 400 ), han sido reemplazados por diseños más modernos y con mayor capacidad de respuesta.

Los teclados de ordenador fabricados con materiales flexibles de silicona o poliuretano se pueden enrollar hasta formar un paquete. Este tipo de teclado puede aprovechar las membranas de plástico flexibles y delgadas, pero aun así presenta el riesgo de sufrir daños. Cuando están completamente sellados con goma, son resistentes al agua. Los teclados enrollables proporcionan relativamente poca respuesta táctil. Debido a que estos teclados suelen estar hechos de silicona, tienden desfavorablemente a atraer suciedad, polvo y pelo. ^[3]

Los teclados que tienen interruptores de contacto metálico suelen utilizar módulos discretos para cada tecla. Este tipo de interruptor suele estar compuesto por una carcasa, un resorte y un deslizador, y a veces otras piezas como una hoja táctil independiente o una barra de clic.

En reposo, los contactos metálicos dentro del interruptor se mantienen separados. A medida que se presiona el interruptor, los contactos se mantienen unidos para conducir la corriente para el accionamiento. Muchos diseños de interruptores utilizan oro como material de contacto para prolongar la vida útil del interruptor al evitar que falle debido a la oxidación. La mayoría de los diseños utilizan una lámina metálica, donde el contacto móvil es un resorte de lámina.

Un importante productor de interruptores de contacto metálico discretos es Cherry , que ha fabricado la familia de interruptores Cherry MX desde la década de 1980. El sistema de codificación por colores de Cherry para categorizar los interruptores ha sido imitado por otros fabricantes de interruptores, como Gateron y Kailh, entre muchos otros. ^{[4] [5]}

Los teclados que utilizan esta tecnología se denominan comúnmente "teclados mecánicos", pero no existe una definición clara y universalmente aceptada para este término. ^[6]

Los teclados intercambiables en caliente son teclados en los que los interruptores se pueden extraer y reemplazar sin necesidad de la típica conexión de soldadura . ^{[7] [8]} En lugar de soldar los pines de los interruptores directamente a la PCB del teclado , se sueldan zócalos intercambiables en caliente . Los zócalos intercambiables en caliente pueden permitir a los usuarios cambiar diferentes interruptores del teclado sin tener las herramientas o el conocimiento necesarios para soldar.

El módulo de láminas de un interruptor de láminas consta de dos contactos metálicos dentro de una burbuja de vidrio, generalmente sellada con algún gas inerte, como nitrógeno, para ayudar a prevenir la acumulación de partículas. El deslizador de la carcasa empuja un imán hacia abajo frente a la cápsula de láminas y el campo magnético hace que los contactos de láminas se atraigan entre sí y hagan contacto. El mecanismo del interruptor de láminas fue inventado originalmente en 1936 por WB Ellwood en Bell Telephone Laboratories .

Aunque los interruptores de láminas utilizan contactos de hojas de metal, se consideran separados de todas las demás formas de interruptores de contacto de metal porque los contactos funcionan magnéticamente en lugar de usar la fuerza física de un control deslizante para presionarlos juntos.

En un mecanismo capacitivo, al presionar una tecla se modifica la capacitancia de un patrón de almohadillas de capacitores. El patrón consta de dos almohadillas de capacitores en forma de D para cada interruptor, impresas en una placa de circuito impreso (PCB) y cubiertas por una película delgada y aislante de máscara de soldadura que actúa como dieléctrico .

En la implementación más común de esta tecnología, la de espuma y papel de aluminio, la parte móvil termina con un elemento de espuma plano del tamaño de una pastilla de aspirina , rematado con papel de aluminio. Frente al interruptor hay una placa de circuito impreso con las almohadillas de los condensadores. Cuando se presiona la tecla, el papel de aluminio se adhiere firmemente a la superficie de la placa de circuito impreso, formando una cadena de dos condensadores entre las almohadillas de contacto y separados por una fina máscara de soldadura, y así "cortocircuitando" las almohadillas de contacto con una caída fácilmente detectable de reactancia capacitiva entre ellas. Por lo general, esto permite detectar un pulso o un tren de pulsos.

Una ventaja de la tecnología capacitiva es que el interruptor no depende del flujo de corriente a través de contactos metálicos para activarse. No es necesario eliminar rebotes .

El sensor proporciona información suficiente sobre la distancia de la pulsación de la tecla para permitir al usuario ajustar el punto de actuación (sensibilidad de la tecla). Este ajuste se puede realizar con la ayuda del software incluido y de forma individual para cada tecla, si está implementado. ^[9] Un teclado que utiliza estas capacidades incluye el Realforce RGB.

El teclado Modelo F de IBM es un diseño que consiste en un resorte de pandeo sobre una PCB capacitiva, similar al teclado Modelo M posterior, pero en su lugar utiliza detección de membrana en lugar de una PCB.

El diseño de Topre Corporation para los interruptores utiliza un resorte cónico debajo de una cúpula de goma. La cúpula proporciona resistencia, mientras que el resorte realiza la acción capacitiva. ^[10]

Los teclados de efecto Hall utilizan sensores de efecto Hall para detectar el movimiento de un imán mediante la diferencia de potencial en voltaje. Cuando se presiona una tecla, se mueve un imán que es detectado por un sensor de estado sólido. Debido a que no requieren contacto físico para su accionamiento, los teclados de efecto Hall son extremadamente confiables y pueden aceptar millones de pulsaciones de teclas antes de fallar. Se utilizan para aplicaciones de confiabilidad ultra alta, como plantas de energía nuclear, cabinas de aviones y entornos industriales críticos. Se pueden hacer fácilmente totalmente impermeables y pueden resistir grandes cantidades de polvo y contaminantes. Debido a que se requiere un imán y un sensor para cada tecla, así como electrónica de control personalizada, son costosos de fabricar.

Un interruptor Hall funciona a través de campos magnéticos. Cada interruptor tiene un pequeño imán fijado en su interior. Cuando la electricidad pasa por el circuito principal, crea un flujo magnético. Cada vez que se presiona una tecla, la intensidad magnética cambia. Este cambio es detectado por el circuito y los sensores envían la información a la placa base. ^[11]

La tecnología de interruptor óptico fue introducida en 1962 por Harley E. Kelchner para su uso en una máquina de escribir con el propósito de reducir el ruido generado por las teclas de la máquina de escribir.

La tecnología de un teclado óptico utiliza dispositivos emisores de luz y fotosensores para detectar ópticamente las teclas activadas. Lo más común es que los emisores y sensores estén ubicados en el perímetro, montados en una pequeña placa de circuito impreso . La luz se dirige de un lado a otro del interior del teclado y solo puede ser bloqueada por las teclas activadas. La mayoría de los teclados ópticos requieren al menos dos haces (lo más común es un haz vertical y un haz horizontal) para determinar la tecla activada. Algunos teclados ópticos utilizan una estructura de tecla especial que bloquea la luz en un patrón determinado, lo que permite solo un haz por fila de teclas (lo más común es un haz horizontal).

El mecanismo del teclado óptico es muy simple: se envía un haz de luz desde el emisor al sensor receptor y la tecla accionada bloquea, refleja , refracta o interactúa de otro modo con el haz, dando como resultado una tecla identificada.

Una de las principales ventajas de la tecnología de interruptores ópticos es que es muy resistente a la humedad, el polvo y los residuos porque no hay contactos metálicos que puedan corroerse.

El teclado especializado DataHand utiliza tecnología óptica para detectar las pulsaciones de teclas con un único haz de luz y un sensor por tecla. Las teclas se mantienen en su posición de reposo mediante imanes ; cuando se supera la fuerza magnética para pulsar una tecla, el camino óptico se desbloquea y se registra la pulsación de la tecla.

Un dispositivo de proyección láser del tamaño aproximado de un ratón de ordenador proyecta el contorno de las teclas del teclado sobre una superficie plana, como una mesa o un escritorio. Este tipo de teclado es lo suficientemente portátil como para utilizarse fácilmente con PDA y teléfonos móviles, y muchos modelos tienen cables retráctiles y capacidades inalámbricas. Sin embargo, este diseño es propenso a errores, ya que la interrupción accidental del láser generará pulsaciones de teclas no deseadas. La falta inherente de respuesta táctil de este tipo de teclado hace que a menudo no sea recomendable.

El mecanismo de resorte de pandeo ( patente estadounidense vencida 4.118.611 ) ubicado sobre el interruptor es responsable de la respuesta de clic del teclado. Este mecanismo controla un pequeño martillo que golpea un interruptor capacitivo o de membrana. ^[12]

La serie de teclados Modelo F de IBM fue la primera en emplear interruptores de resorte de pandeo, que utilizaban detección capacitiva para activarse. La patente original nunca se empleó en un teclado de producción real, pero establece la premisa básica de un resorte de pandeo.

El IBM Model M es una gran familia de teclados de ordenador creados por IBM que comenzó a fines de 1983 cuando IBM patentó un diseño de interruptor de tecla con resorte de pandeo de membrana. El objetivo principal de este diseño era reducir a la mitad el costo de producción del Model F. ^[13] El Model M de tamaño completo más conocido se conoce oficialmente como IBM Enhanced Keyboard.

En 1993, dos años después de crear Lexmark , IBM transfirió sus operaciones de teclados a la filial. Lexmark siguió fabricando los teclados del nuevo Modelo M para IBM hasta 1996, cuando se fundó Unicomp y adquirió las patentes de teclados y el equipo de herramientas para continuar con su producción.

IBM continuó fabricando el Modelo M en su fábrica de Escocia hasta 1999. ^[14]

Cuando se presiona una tecla, esta oscila ( rebota ) contra sus contactos varias veces antes de detenerse. Cuando se suelta, oscila nuevamente hasta detenerse. Aunque ocurre en una escala demasiado pequeña para ser visible a simple vista, puede ser suficiente para registrar múltiples pulsaciones de teclas.

Para resolver esto, el procesador de un teclado elimina el rebote de las pulsaciones de teclas, promediando la señal a lo largo del tiempo para producir una pulsación de tecla "confirmada" que (normalmente) corresponde a una sola pulsación o liberación. Los primeros teclados de membrana tenían una velocidad de escritura limitada porque tenían que eliminar el rebote de forma significativa. Este era un problema notable en el ZX81 . ^{[ cita requerida ]}

Las teclas se utilizan en teclados de recorrido completo. Si bien las teclas modernas suelen estar impresas en la superficie, también pueden estar moldeadas por inyección doble , marcadas con láser , impresas por sublimación de tinta , grabadas o hechas de material transparente con insertos de papel impreso. También hay teclas que utilizan carcasas delgadas que se colocan sobre las bases de las teclas, que se usaron en varios teclados de IBM PC.

Los interruptores permiten la extracción y el reemplazo de teclas con un tipo de vástago común.

Casi todos los teclados que utilizan teclas de dos o más unidades de longitud (como la típica barra espaciadora o la tecla Intro) utilizan estabilizadores. Se pueden utilizar diversos lubricantes y técnicas de acolchado para reducir el ruido de los componentes.

Un teclado de PC moderno incluye típicamente un procesador de control y luces indicadoras para proporcionar retroalimentación al usuario sobre el estado en el que se encuentra el teclado. Dependiendo de la sofisticación de la programación del controlador, el teclado también puede ofrecer otras características especiales. El procesador es generalmente una variante de microcontrolador 8048 de un solo chip . La matriz de conmutación del teclado está conectada a sus entradas y procesa las pulsaciones de teclas entrantes y envía los resultados a través de un cable serial (el cable del teclado) a un receptor en la caja principal de la computadora. También controla la iluminación de las luces de " bloqueo de mayúsculas ", " bloqueo numérico " y " bloqueo de desplazamiento ".

Una prueba habitual para saber si el ordenador ha dejado de funcionar es pulsar la tecla "Bloq Mayús". El teclado envía el código de la tecla al controlador del teclado que se ejecuta en el ordenador principal; si el ordenador principal está en funcionamiento, ordena a la luz que se encienda. Todas las demás luces indicadoras funcionan de forma similar. El controlador del teclado también realiza un seguimiento del estado de las teclas Shift , Alt y Ctrl del teclado.

La matriz de interruptores del teclado suele dibujarse con cables horizontales y verticales en una cuadrícula, lo que se denomina circuito matricial . Tiene un interruptor en algunas o todas las intersecciones, de forma muy similar a una pantalla multiplexada .

Casi todos los teclados tienen sólo el interruptor (pero no el diodo) en cada intersección, lo que provoca "teclas fantasma" y "bloqueo de teclas" cuando se presionan varias teclas ( rollover ). Algunos teclados, a menudo más caros, tienen un diodo entre cada intersección, lo que permite que el microcontrolador del teclado detecte con precisión cualquier número de teclas presionadas simultáneamente, sin generar teclas fantasma erróneas. ^[15]

El reconocimiento óptico de caracteres (OCR) es preferible a la reintroducción de datos para convertir texto existente que ya está escrito pero no en un formato legible por máquina (por ejemplo, un libro compuesto por Linotype de la década de 1940). En otras palabras, para convertir el texto de una imagen a texto editable (es decir, una cadena de códigos de caracteres), una persona podría volver a escribirlo, o una computadora podría mirar la imagen y deducir qué es cada carácter. La tecnología OCR ya ha alcanzado un estado impresionante (por ejemplo, Google Book Search ) y promete más para el futuro.

El reconocimiento de voz convierte el habla en texto legible por máquina (es decir, una cadena de códigos de caracteres). Esta tecnología también ha alcanzado un estado avanzado y se implementa en varios productos de software . Para ciertos usos (por ejemplo, transcripción de dictados médicos o legales; periodismo; redacción de ensayos o novelas) el reconocimiento de voz está comenzando a reemplazar al teclado. Sin embargo, la falta de privacidad al emitir comandos de voz y dictados hace que este tipo de entrada no sea adecuada para muchos entornos.

Los dispositivos señaladores se pueden utilizar para introducir texto o caracteres en contextos en los que el uso de un teclado físico sería inadecuado o imposible. Estos accesorios suelen presentar caracteres en una pantalla, en un diseño que proporciona un acceso rápido a los caracteres o combinaciones de caracteres más utilizados. Algunos ejemplos populares de este tipo de entrada son Graffiti , Dasher y los teclados virtuales en pantalla .

Se sabe que los teclados Bluetooth no cifrados son vulnerables al robo de señales para el registro de teclas por parte de otros dispositivos Bluetooth que se encuentren dentro del alcance. Se ha documentado que los teclados inalámbricos Microsoft 2011 y anteriores tienen esta vulnerabilidad. ^[16]

El registro de pulsaciones de teclas (a menudo denominado keylogger) es un método para capturar y registrar las pulsaciones de teclas del usuario. Si bien puede utilizarse legalmente para medir la actividad de los empleados o por parte de las fuerzas del orden para investigar actividades sospechosas, también lo utilizan los piratas informáticos para cometer actos ilegales o maliciosos. Los piratas informáticos utilizan keyloggers para obtener contraseñas o claves de cifrado.

El registro de las pulsaciones de teclas se puede realizar tanto por hardware como por software. Los keyloggers de hardware se conectan al cable del teclado o se instalan dentro de los teclados estándar. Los keyloggers de software funcionan en el sistema operativo de la computadora de destino y obtienen acceso no autorizado al hardware, se conectan al teclado con funciones proporcionadas por el sistema operativo o utilizan software de acceso remoto para transmitir datos grabados desde la computadora de destino a una ubicación remota. Algunos piratas informáticos también utilizan sniffers de keyloggers inalámbricos para recopilar paquetes de datos que se transfieren desde un teclado inalámbrico y su receptor, y luego descifran la clave de cifrado que se utiliza para proteger las comunicaciones inalámbricas entre los dos dispositivos.

Las aplicaciones anti-spyware pueden detectar muchos keyloggers y eliminarlos. Los proveedores responsables de software de monitoreo admiten la detección por parte de programas anti-spyware, evitando así el abuso del software. Activar un firewall no detiene los keyloggers per se, pero puede posiblemente prevenir la transmisión del material registrado a través de la red si se configura correctamente. Los monitores de red (también conocidos como firewalls inversos) pueden usarse para alertar al usuario cuando una aplicación intenta hacer una conexión de red. Esto le da al usuario la oportunidad de evitar que el keylogger " llame a casa " con la información que ha escrito. Los programas de llenado automático de formularios pueden evitar el keylogger por completo al no usar el teclado en absoluto. La mayoría de los keyloggers pueden ser engañados alternando entre escribir las credenciales de inicio de sesión y escribir caracteres en algún otro lugar de la ventana de enfoque. ^{[17] [ necesita actualización ]}

También se sabe que los teclados emiten señales electromagnéticas que pueden detectarse utilizando un equipo especial de espionaje para reconstruir las teclas presionadas en el teclado. Neal O'Farrell, director ejecutivo del Identity Theft Council, reveló a InformationWeek que "hace más de 25 años, un par de ex espías me mostraron cómo podían capturar el PIN del cajero automático de un usuario, desde una camioneta estacionada al otro lado de la calle, simplemente capturando y decodificando las señales electromagnéticas generadas por cada pulsación de tecla", dijo O'Farrell. "Incluso podían capturar las pulsaciones de teclas de computadoras en oficinas cercanas, pero la tecnología no era lo suficientemente sofisticada como para centrarse en una computadora específica". ^[18]

El uso de cualquier teclado puede causar lesiones graves (como el síndrome del túnel carpiano u otras lesiones por esfuerzo repetitivo ) en las manos, las muñecas, los brazos, el cuello o la espalda. ^[19] Los riesgos de lesiones se pueden reducir tomando descansos cortos y frecuentes para levantarse y caminar un par de veces cada hora. Los usuarios también deben variar las tareas a lo largo del día, para evitar el uso excesivo de las manos y las muñecas. Al escribir en un teclado, una persona debe mantener los hombros relajados con los codos a los lados, con el teclado y el mouse posicionados de manera que no sea necesario alcanzarlos. La altura de la silla y la bandeja del teclado deben ajustarse de manera que las muñecas estén rectas y las muñecas no deben descansar sobre bordes afilados de la mesa. ^[20] No se deben usar reposamuñecas o reposamanos mientras se escribe. ^[21]

Algunas tecnologías adaptables, desde teclados especiales, reemplazos de mouse e interfaces de tabletas con lápiz hasta software de reconocimiento de voz, pueden reducir el riesgo de lesiones. El software de pausa le recuerda al usuario que debe hacer pausas con frecuencia. Cambiar a un mouse mucho más ergonómico, como un mouse vertical o un mouse con joystick, puede brindar alivio.

Al utilizar un panel táctil o un lápiz óptico con una tableta gráfica , en lugar de un mouse, se puede reducir la tensión repetitiva en los brazos y las manos. ^[22]

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