Het indrukken van een knop lijkt moeiteloos en men ontkent gemakkelijk hoe uitdagend het is. Onderzoekers aan de Aalto Universiteit, Finland, en KAIST, Zuid-Korea, hebben gedetailleerde simulaties gemaakt van het indrukken van knoppen met als doel het produceren van mensachtige persen.

"Dit onderzoek werd veroorzaakt door bewondering voor ons opmerkelijke vermogen om het indrukken van knoppen aan te passen, ", zegt professor Antti Oulasvirta van de Aalto University. "We drukken een knop op een afstandsbediening anders in dan een pianotoets. De pers van een ervaren gebruiker is verrassend elegant als je kijkt naar timing, betrouwbaarheid, en energieverbruik. We drukken met succes op knoppen zonder ooit de innerlijke werking van een knop te kennen. Het is in wezen een zwarte doos voor ons motorsysteem. Anderzijds, we slagen er ook niet in om knoppen te activeren, en van sommige knoppen is bekend dat ze slechter zijn dan andere."

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat aanraakknoppen slechter zijn dan drukknoppen, maar er is geen adequate theoretische verklaring geweest.

"Vroeger, er is weinig aandacht geweest voor knoppen, hoewel we ze de hele tijd gebruiken, " zegt Dr. Sunjun Kim. De nieuwe theorie en simulaties kunnen worden gebruikt om betere knoppen te ontwerpen.

"Een opwindende implicatie van de theorie is dat het activeren van de knop op het moment dat de sensatie het sterkst is, gebruikers zal helpen hun toetsaanslagen beter te ritme."

Om deze hypothese te testen, de onderzoekers creëerden een nieuwe methode om de manier waarop knoppen worden geactiveerd te veranderen. De techniek heet Impact Activation. In plaats van de knop bij het eerste contact te activeren, het activeert het wanneer de knopdop of vinger de vloer raakt met maximale impact.

De techniek was 94 procent nauwkeuriger in snel tikken dan de reguliere activeringsmethode voor een drukknop (Cherry MX-schakelaar) en 37 procent dan een gewone touchscreen-knop met een capacitieve aanraaksensor. De techniek kan eenvoudig worden ingezet in touchscreens. Echter, gewone fysieke toetsenborden bieden niet de vereiste detectiemogelijkheden, hoewel er speciale producten bestaan ​​(bijv. het Wooting-toetsenbord) waarop het kan worden geïmplementeerd.

De techniek kan gamers en muzikanten helpen bij taken die snelheid en ritme vereisen.

De simulaties werpen nieuw licht op wat er gebeurt tijdens een druk op de knop. Een probleem dat de hersenen moeten overwinnen, is dat spieren niet perfect worden geactiveerd. In plaats daarvan, elke pers is iets anders. Bovendien, een druk op de knop is erg snel, optredend binnen 100 milliseconden, en is te snel om beweging te corrigeren. De sleutel tot het begrijpen van het indrukken van een knop is daarom om te begrijpen hoe de hersenen zich aanpassen op basis van de beperkte sensaties die het residu zijn van het kort indrukken van een knop.

De onderzoekers stellen dat het belangrijkste vermogen van de hersenen een probabilistisch model is:de hersenen leren een model waarmee het een geschikt motorcommando voor een knop kan voorspellen. Als een pers faalt, het kan een heel goed alternatief kiezen en het uitproberen. "Zonder dit vermogen, we zouden moeten leren om elke knop te gebruiken alsof hij nieuw was, " zegt professor Byungjoo Lee van KAIST. Na het succesvol activeren van de knop, de hersenen kunnen het motorische commando nauwkeuriger afstemmen, minder energie verbruiken en stress of pijn vermijden. "Deze factoren samen, met oefening, produceren de snelle, minimale inspanning, elegante aanraking die mensen kunnen uitvoeren."

De hersenen maken ook gebruik van probabilistische modellen om informatie optimaal te extraheren uit de sensaties die optreden wanneer de vinger beweegt en de punt de knop aanraakt. Het "verrijkt" de kortstondige sensaties optimaal op basis van eerdere ervaringen om de tijd in te schatten waarop de knop werd ingedrukt. Bijvoorbeeld, tactiele sensatie van de top van de vinger een betere voorspeller voor knopactivering dan proprioceptie (hoekpositie) en visuele feedback.

De beste prestatie wordt bereikt wanneer alle sensaties samen worden beschouwd. aanpassen, de hersenen moeten hun informatie samenvoegen met behulp van eerdere ervaringen. Professor Lee legt uit:"Wij geloven dat de hersenen deze vaardigheden oppikken door herhaaldelijk op een knop te drukken die al als kind begint. Wat ons nu gemakkelijk lijkt, is in de loop der jaren verworven."

De onderzoekers gebruikten de simulatie ook om verschillen tussen fysieke en touchscreen-gebaseerde knoptypen te verklaren. Zowel fysieke knoppen als aanraakknoppen geven duidelijke voelbare signalen van de impact van de tip met de knopvloer. Echter, met de fysieke knop is dit signaal meer uitgesproken en langer.

"Waar de twee knoptypen ook van elkaar verschillen, is de starthoogte van de vinger, en dit maakt het verschil " legt prof. Lee uit. "Als we de vinger van het touchscreen halen, het zal elke keer op een andere hoogte eindigen. De neerwaartse druk kan niet zo nauwkeurig in de tijd worden gecontroleerd als met een drukknop waarbij de vinger op de toetsdop kan rusten."

Drie wetenschappelijke artikelen, "Neuromechanica van een druk op de knop, " "Impact activatie verbetert het snel indrukken van knoppen, " en "Bewegende doelselectie:een cue-integratiemodel, " zal worden gepresenteerd op de CHI-conferentie over menselijke factoren in computersystemen in Montréal, Canada, in april 2018.