La tecnología de los teclados de computadora incluye muchos elementos. Se han desarrollado muchas tecnologías de teclado diferentes para las demandas de los consumidores y se han optimizado para aplicaciones industriales. El teclado alfanumérico de computadora estándar de tamaño completo (100%) suele utilizar entre 101 y 105 teclas; Los teclados integrados en las computadoras 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 las computadoras.
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" puede ser notificado al sistema, haciendo que el teclado esté inmediatamente listo para usar 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 se diferencian únicamente en los símbolos grabados en las tapas de las teclas.
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Un diseño de membrana común consta de tres capas. Las capas superior e inferior tienen pistas de matriz eléctrica expuestas, y la capa intermedia es un espaciador para evitar que la corriente pase pasivamente a través de las pistas conductoras superior e inferior. Cuando se aplica presión a la membrana superior, forma un puente entre las almohadillas de contacto conductoras superior e inferior, permitiendo que la corriente se transfiera.
Dos de los tipos más comunes de teclados de membrana incluyen los teclados de membrana con cúpula de goma de recorrido completo y los teclados de membrana de panel plano. Los teclados de membrana de panel plano se encuentran con mayor frecuencia en electrodomésticos como hornos microondas o fotocopiadoras .
Los teclados de membrana con cúpula de goma de recorrido completo son el diseño de teclado más común que se fabrica en la actualidad. Se coloca una lámina de cúpula de goma sobre las membranas y permite que las cúpulas se alineen con las almohadillas de contacto. La cúpula de goma funciona como un resorte de retorno táctil además de proporcionar una superficie suave para transferir fuerza a la membrana superior. Es necesario presionar completamente la cúpula de goma para establecer un puente entre las dos almohadillas de contacto.
Los teclados de membrana de goma se convirtieron en una opción muy popular entre los fabricantes de computadoras, que buscaban reducir costos a medida que caían los precios de las PC.
Una variante común y compacta de cúpula de goma sobre membrana es el interruptor de tijera, basado en el mecanismo de tijera . Debido al requisito de que muchos portátiles sean delgados, requieren que los teclados sean de perfil bajo. Por lo tanto, esta tecnología se incluye con mayor frecuencia en las computadoras portátiles. Las teclas están unidas al teclado a través de 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 las teclas requieren poca fuerza para presionarlas.
Los teclados con interruptor 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 entren residuos, ya que los espacios entre las teclas suelen ser más pequeños (ya que no hay necesidad de espacio adicional para permitir el "meneo" de la tecla, como suele ocurrir en un teclado de membrana). [1]
Los teclados de membrana de panel plano se utilizan a menudo en entornos hostiles donde es deseable que sean resistentes al agua o a las fugas. Pueden tener teclas no táctiles, táctiles de polidomo y táctiles de domo metálico. Los interruptores de membrana táctiles Polydome utilizan poliéster o PET y están formados para crear una cúpula de plástico rígido. 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 domo metálico están hechos de acero inoxidable y ofrecen mayor durabilidad y confiabilidad y pueden presentar diseños de domo personalizados. [2] Los teclados de membrana de panel plano no táctiles tienen poca o ninguna sensación al presionar las teclas y, a menudo, emiten un pitido o un destello de luz al accionarlos.
Aunque este diseño de teclado se usaba 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 computadora fabricados con materiales flexibles de silicona o poliuretano se pueden enrollar en un paquete. Este tipo de teclado puede aprovechar las finas membranas de plástico flexibles, pero aún presenta el riesgo de dañarse. 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 cabello. [3]
Los teclados que tienen interruptores de contacto metálicos suelen utilizar módulos discretos para cada tecla. Este tipo de interruptor generalmente se compone de una carcasa, un resorte y un control deslizante y, a veces, otras partes, como una hoja táctil separada o una barra de clic.
En reposo, los contactos metálicos del interior 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 fallas por oxidación. La mayoría de los diseños utilizan una hoja de metal, donde el contacto móvil es un resorte de hoja.
Un importante productor de interruptores de contacto metálico discretos es Cherry , que fabrica la familia de interruptores Cherry MX desde la década de 1980. El sistema de codificación de colores de Cherry para clasificar 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 directamente las clavijas del interruptor a la PCB del teclado, se sueldan los zócalos de intercambio en caliente . Los enchufes de intercambio en caliente pueden permitir a los usuarios cambiar diferentes interruptores del teclado sin tener las herramientas o los conocimientos necesarios para soldar.
El módulo de láminas en 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 control deslizante en 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 hoja metálica, se consideran separados de todas las demás formas de interruptores de contacto metálico porque los contactos funcionan magnéticamente en lugar de utilizar la fuerza física de un control deslizante para presionarlos entre sí.
En un mecanismo capacitivo, presionar una tecla cambia la capacitancia de un patrón de almohadillas de capacitor. El patrón consta de dos almohadillas de condensador en forma de D para cada interruptor, impresas en una placa de circuito impreso (PCB) y cubiertas por una fina película aislante de máscara de soldadura que actúa como dieléctrico .
Para la implementación más común de esta tecnología, de espuma y papel de aluminio, la parte móvil termina con un elemento de espuma plano del tamaño de una tableta de aspirina , acabado con papel de aluminio. Enfrente del interruptor hay una PCB con las almohadillas del condensador. Cuando se presiona la tecla, la lámina se adhiere firmemente a la superficie de la PCB, formando una cadena de dos capacitores entre las almohadillas de contacto y se separa con una fina máscara de soldadura, y así "cortocircuita" las almohadillas de contacto con una gota de capacitivo fácilmente detectable. Reactancia entre ellos. Normalmente, 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 actuar. No es necesario hacer rebotes .
El sensor informa lo suficiente sobre la distancia de 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 e individualmente para cada tecla, si así se implementa. [9] Un teclado que utiliza estas capacidades incluye 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 interruptores de Topre Corporation 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 de 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 activación, 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 también un sistema electrónico de control personalizado, su fabricación es costosa.
Un interruptor de pasillo funciona mediante 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 lo nota 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.
Una tecnología de teclado óptico utiliza dispositivos emisores de luz y fotosensores para detectar ópticamente las teclas accionadas. Lo más común es que los emisores y sensores estén ubicados en el perímetro, montados en una pequeña PCB . La luz se dirige de un lado a otro del interior del teclado y sólo puede bloquearse mediante las teclas accionadas. La mayoría de los teclados ópticos requieren al menos dos haces (más comúnmente un haz vertical y un haz horizontal) para determinar la tecla accionada. Algunos teclados ópticos utilizan una estructura de teclas especial que bloquea la luz en un patrón determinado, permitiendo solo un haz por fila de teclas (más comúnmente 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, lo que da como resultado una tecla identificada.
Una ventaja importante de la tecnología de interruptor óptico es que es muy resistente a la humedad, el polvo y la suciedad porque no hay contactos metálicos que puedan corroerse.
El teclado especializado DataHand utiliza tecnología óptica para detectar pulsaciones de teclas con un único haz de luz y sensor por tecla. Las teclas se mantienen en posición de reposo mediante imanes ; cuando se supera la fuerza magnética para presionar una tecla, se desbloquea el camino óptico y se registra la pulsación de la tecla.
Un dispositivo de proyección láser del tamaño aproximado de un mouse de computadora 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 usarlo fácilmente con PDA y teléfonos celulares, 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 retroalimentación táctil de este tipo de teclado lo hace a menudo indeseable.
El mecanismo de resorte de pandeo ( patente estadounidense 4,118,611 vencida ) encima del 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 llave con resorte, que utilizaban sensores capacitivos para actuar. La patente original nunca se utilizó en un teclado de producción real, pero establece la premisa básica de un resorte de pandeo.
El IBM Modelo M es una gran familia de teclados de computadora creada por IBM que comenzó a fines de 1983 cuando IBM patentó un diseño de interruptor de llave con resorte de pandeo de membrana. El objetivo principal de este diseño era reducir a la mitad el coste de producción del Modelo F. [13]
En 1993, dos años después de crear Lexmark , IBM transfirió sus operaciones de teclados a la empresa filial. Lexmark continuó fabricando nuevos teclados Modelo M para IBM hasta 1996, cuando se estableció Unicomp y compró las patentes de teclados y el equipo de herramientas para continuar su producción.
IBM continuó fabricando el Modelo M en su fábrica de Escocia hasta 1999. [14]
Cuando se presiona una tecla, ésta oscila ( rebota ) contra sus contactos varias veces antes de estabilizarse. Al soltarse, vuelve a oscilar 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 hacer un rebote significativo. Este fue un problema notable en la ZX81 . [ cita necesaria ]
Las teclas se utilizan en teclados de recorrido completo. Si bien las teclas modernas suelen estar impresas en la superficie, también pueden moldearse por doble disparo , marcarse con láser , imprimirse por sublimación , grabarse o fabricarse de material transparente con inserciones 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 PC IBM.
Los interruptores permiten quitar y reemplazar teclas con un tipo de vástago común.
Casi todos los teclados que utilizan teclas de 2 o más unidades de longitud (como la típica barra espaciadora o la tecla Intro) utilizan estabilizadores. Se pueden utilizar varios lubricantes y técnicas de acolchado para reducir el ruido de los componentes.
Un teclado de PC moderno generalmente incluye un procesador de control y luces indicadoras para proporcionar información 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 suele ser una variante de microcontrolador 8048 de un solo chip . La matriz de interruptores del teclado está conectada a sus entradas, procesa las pulsaciones de teclas entrantes y envía los resultados a través de un cable serie (el cable del teclado) a un receptor en la caja de la computadora principal. También controla la iluminación de las luces " bloqueo de mayúsculas ", " bloqueo numérico " y " bloqueo de desplazamiento ".
Una prueba común para saber si la computadora ha fallado es presionar la tecla "bloqueo de mayúsculas". El teclado envía el código de tecla al controlador del teclado que se ejecuta en la computadora principal; si la computadora principal está funcionando, ordena que se encienda la luz. Todas las demás luces indicadoras funcionan de manera similar. El controlador del teclado también realiza un seguimiento del estado de control , alt y mayúsculas del teclado.
La matriz de interruptores del teclado a menudo se dibuja con cables horizontales y cables verticales en una cuadrícula que se denomina circuito de matriz . Tiene un interruptor en algunas o todas las intersecciones, muy parecido a una pantalla multiplexada .
Casi todos los teclados tienen sólo el interruptor (pero ningún diodo) en cada intersección, lo que provoca "teclas fantasma" y "atascos de teclas" cuando se presionan varias teclas ( vuelco ). Ciertos 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 simultáneas que se presionan, sin generar teclas fantasma erróneas. [15]
El reconocimiento óptico de caracteres (OCR) es preferible a la recodificación para convertir texto existente que ya está escrito pero que no está en 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 en 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, la Búsqueda de libros de Google ) y promete más para el futuro.
El reconocimiento de voz convierte la voz en texto legible por máquina (es decir, una cadena de códigos de caracteres). Esta tecnología también ha alcanzado un estado avanzado y está implementada en varios productos de software . Para determinados usos (por ejemplo, transcripción de dictados médicos o legales; periodismo; redacción de ensayos o novelas), el reconocimiento de voz está empezando a sustituir 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 ingresar texto o caracteres en contextos donde usar un teclado físico sería inapropiado o imposible. Estos accesorios normalmente presentan caracteres en una pantalla, en un diseño que proporciona acceso rápido a los caracteres o combinaciones de caracteres más utilizados. Ejemplos populares de este tipo de entrada son Graffiti , Dasher y 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 dentro del alcance. Está documentado que los teclados inalámbricos de Microsoft 2011 y anteriores tienen esta vulnerabilidad. [dieciséis]
El registro de pulsaciones de teclas (a menudo llamado registro de teclas) es un método para capturar y registrar las pulsaciones de teclas del usuario. Si bien puede ser utilizado legalmente para medir la actividad de los empleados o por parte de las fuerzas del orden para investigar actividades sospechosas, los piratas informáticos también lo utilizan para actos ilegales o maliciosos. Los piratas informáticos utilizan registradores de pulsaciones de teclas para obtener contraseñas o claves de cifrado.
El registro de pulsaciones de teclas se puede lograr tanto por medios de hardware como de software. Los registradores de teclas de hardware se conectan al cable del teclado o se instalan dentro de teclados estándar. Los registradores de teclas 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 usan software de acceso remoto para transmitir datos grabados desde la computadora de destino a una ubicación remota. Algunos piratas informáticos también utilizan rastreadores de registradores de teclas 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 antispyware pueden detectar muchos registradores de pulsaciones de teclas y eliminarlos. Los proveedores responsables de software de monitoreo apoyan la detección mediante programas antispyware, evitando así el abuso del software. Habilitar un firewall no detiene los keyloggers per se, pero posiblemente puede impedir la transmisión del material registrado a través de la red si se configura correctamente. Los monitores de red (también conocidos como firewalls inversos) se pueden utilizar para alertar al usuario cada vez que una aplicación intenta establecer 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 por completo el registro de teclas al no utilizar el teclado en absoluto. Se puede engañar a la mayoría de los keyloggers 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 firmas electromagnéticas que pueden detectarse utilizando equipos de espionaje especiales 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 con capturar y decodificar las señales electromagnéticas generadas por cada pulsación de tecla", dijo O'Farrell. "Incluso podían capturar las pulsaciones de teclas de las computadoras de las 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 esfuerzos repetitivos ) en las manos, muñecas, brazos, cuello o 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 manos y 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 colocados de manera que no sea necesario estirarlos. La altura de la silla y la bandeja del teclado deben ajustarse de manera que las muñecas queden rectas y las muñecas no deben descansar sobre bordes afilados de la mesa. [20] No se deben utilizar reposamuñecas o reposamanos mientras se escribe. [21]
Algunas tecnologías adaptativas, que van desde teclados especiales, reemplazos de mouse e interfaces de pen tablet hasta software de reconocimiento de voz, pueden reducir el riesgo de lesiones. El software de pausa recuerda al usuario que debe hacer una pausa 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 disminuir la tensión repetitiva en brazos y manos. [22]
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