Door parameters te analyseren zoals de kracht die wordt uitgeoefend door toetsaanslagen en het tijdsinterval daartussen, een nieuw zelfaangedreven niet-mechanisch intelligent toetsenbord zou een sterkere beveiligingslaag voor computergebruikers kunnen bieden. Het zelfaangedreven apparaat genereert elektriciteit wanneer de vingertoppen van een gebruiker in contact komen met de meerlaagse plastic materialen waaruit het apparaat bestaat.

"Dit intelligente toetsenbord verandert de traditionele manier waarop een toetsenbord wordt gebruikt voor informatie-invoer, " zei Zhong Lin Wang, een Regents-professor aan de School of Materials Science and Engineering aan het Georgia Institute of Technology. "Elke aanslag op de toetsen produceert een complex elektrisch signaal dat kan worden opgenomen en geanalyseerd."

Conventionele toetsenborden nemen op wanneer een toetsaanslag een mechanisch contact maakt, het indrukken van een specifieke toets aangeeft. Het intelligente toetsenbord registreert elke letter die wordt aangeraakt, maar legt ook informatie vast over de hoeveelheid kracht die op de toets wordt uitgeoefend en de tijdsduur tussen de ene toetsaanslag en de volgende. Een dergelijke typestijl is uniek voor individuen, en zou zo een nieuwe biometrie kunnen opleveren om computers te beveiligen tegen ongeoorloofd gebruik.

Naast het leveren van een kleine elektrische stroom voor het registreren van de toetsaanslagen, het nieuwe toetsenbord kan ook voldoende elektriciteit opwekken om een ​​klein draagbaar elektronisch apparaat op te laden of een zender van stroom te voorzien om het toetsenbord draadloos te maken.

Een effect dat bekend staat als contactelektrificatie genereert stroom wanneer de vingertoppen van de gebruiker een plastic materiaal raken waarop een laag elektrodemateriaal is aangebracht. Spanning wordt gegenereerd door de tribo-elektrische en elektrostatische inductie-effecten. Met behulp van het tribo-elektrisch effect, een kleine lading kan worden geproduceerd wanneer materialen in contact worden gebracht en vervolgens uit elkaar worden bewogen.

"Onze huid is diëlektrisch en we hebben elektrostatische ladingen in onze vingers, " Wang merkte op. "Alles wat we aanraken kan worden opgeladen."

Hoewel de zelfaangedreven functie een gemaksvoordeel zou kunnen bieden en mogelijk de noodzaak van batterijen in draadloze toetsenborden zou kunnen elimineren, Wang gelooft dat de belangrijkste impact van het apparaat kan zijn bij het helpen beveiligen van computers door individuele typepatronen of -gewoonten als biometrisch te gebruiken.

"Dit kan een nieuw middel zijn om gebruikers te identificeren, " zei hij. "Met dit systeem, een gecompromitteerd wachtwoord zou een cybercrimineel niet op de computer toelaten. De manier waarop elke persoon zelfs maar een paar woorden typt, is individueel en uniek."

Om het authenticatiepotentieel van het toetsenbord te evalueren, het onderzoeksteam vroeg 104 personen om het woord "touch" vier keer te typen, en registreerde de geproduceerde elektrische patronen. Met behulp van signaalanalysetechnieken, ze waren in staat om individuele typepatronen te onderscheiden met lage foutenpercentages, zei Wang.

In plaats van individuele mechanische toetsen zoals bij traditionele toetsenborden, Het intelligente toetsenbord van Wang is gemaakt van verticaal gestapelde transparante filmmaterialen. Onderzoekers beginnen met een laag polyethyleentereftalaat tussen twee lagen indiumtinoxide (ITO) die boven- en onderelektroden vormen.

Volgende, een laag gefluoreerd ethyleenpropyleen (FEP) wordt op het ITO-oppervlak aangebracht om te dienen als een elektrificatielaag die tribo-elektrische ladingen genereert wanneer deze met de vingertoppen wordt aangeraakt. FEP-nanodraadarrays worden gevormd op het blootgestelde FEP-oppervlak door middel van reactief ionenetsen.

De werking van het toetsenbord is gebaseerd op een koppeling tussen contactelektrificatie en elektrostatische inductie, in plaats van de traditionele mechanische schakeling. Wanneer een vinger contact maakt met de FEP, lading wordt overgedragen op de contactinterface, het injecteren van elektronen uit de huid in het materiaal en het creëren van een positieve lading.

Als de vinger weggaat, de negatieve ladingen aan de FEP-zijde induceren positieve ladingen op de bovenste elektrode, en gelijke hoeveelheden negatieve ladingen op de onderste elektrode. Opeenvolgende toetsaanslagen produceren een periodiek elektrisch veld dat heen en weer gaande elektronenstromen tussen de elektroden aandrijft. Hoewel het uiteindelijk verdwijnt, de ladingen blijven voor een langere tijd op het FEP-oppervlak.

Wang gelooft dat het nieuwe slimme toetsenbord concurrerend zal zijn met bestaande toetsenborden, zowel in kosten als in duurzaamheid. Het nieuwe apparaat is gebaseerd op goedkope materialen die veel worden gebruikt in de elektronica-industrie.

Als onderdeel van de studie, zijn onderzoeksgroep evalueerde het toetsenbord onder uitdagende omstandigheden, inclusief het aanbrengen van vocht, vuil en olie. "Je zou koffie op het toetsenbord kunnen gieten, en het zou niet worden beschadigd, " zei Wang. "Omdat het is gebaseerd op een stuk plastic, vloeistoffen zullen het geen kwaad doen."