O Nintendo Switch pode ser lembrado tanto por repovoizar os jogos portáteis quanto para um problema de hardware que afetou milhões de jogadores: Drift de joystick.
Drifting é o termo mais comum para um problema em que os joysticks detectam insumos falsos – mesmo quando ninguém toca um controlador – fazendo com que movimentos indesejados aconteçam em um jogo. A questão também afeta os controladores da Sony, Microsoft e fabricantes de acessórios de terceiros.
Os sensores de efeito Hall surgiram há alguns anos como uma solução em potencial para o problema, mas há uma opção ainda melhor por aí que é mais fácil de adaptar nos projetos de controladores existentes. Essa solução é a magnetoresistência de tunelamento, ou TMR, uma tecnologia que revolucionou os discos rígidos há duas décadas usando mecânica quântica e ímãs.
Como os sensores de efeito Hall, os sensores de TMR evitam o problema fundamental com joysticks mais tradicionais: seus sensores se desgastam como uma questão de design. Os controladores que enviam com os últimos consoles Xbox, o PS4 e o PS5, e o comutador são todos construídos em torno de sensores como esse – potenciômetros, um componente que pode ser usado para alterar ou medir a resistência elétrica.
Objetos sólidos esfregar um contra o outro não são uma abordagem ideal para a longevidade
Como o IFixit explicado em 2021, dentro dos dois potenciômetros que são usados para detectar movimentos de cima e para baixo e de lado para o lado em cada joystick, é uma faixa semicircular de filme de carbono com terminais em cada extremidade que passa uma corrente elétrica através dela. À medida que o joystick é movido, um componente chamado de limpador desliza para frente e para trás ao longo desta faixa, medindo a tensão onde faz contato. Como a tensão muda previsivelmente em toda a duração da faixa, as medições de tensão do limpador podem ser usadas para medir com precisão os movimentos de um joystick.
Mas objetos sólidos esfregar um contra o outro não são uma abordagem ideal para a longevidade. Essa faixa de filme de carbono dentro do potenciômetro de um joystick pode desgastar com o tempo, afetando o fluxo de corrente e a precisão das medições de tensão. A sujeira no filme, de componentes em movimento, desgaste ou pó e migalhas de alimentos que encontram seu caminho dentro de um controlador, também podem contribuir para medições e deriva imprecisos.
É por isso que os fabricantes de controladores agora estão recorrendo a sensores que não dependem de componentes esfregando: Efeito Hall e TMR, os quais dependem do magnetismo. Como o IFixit explica, os joysticks do Hall Efeito substituem tiras e limpadores resistentes por ímãs e sensores que nunca fazem contato, usando um fenômeno descoberto pela primeira vez por Edwin Hall em 1879.
Dentro de um sensor de efeito hall, há um material condutor chamado “elemento do salão” que tem uma corrente elétrica que flui através dele. Normalmente, os elétrons fluem diretamente através deste condutor, mas a presença de um campo magnético pode interferir e desviar os elétrons para ambos os lados, como um obstáculo invisível desviando o fluxo de água em uma corrente. À medida que o ímã ligado ao joystick se aproxima mais e mais longe, o sensor de efeito Hall mede as mudanças de tensão resultantes no condutor. Essas medidas são traduzidas em movimentos em um jogo com mais precisão e confiabilidade do que você recebe com potenciômetros e sem desgaste.
Os sensores de efeito Hall estão em uso há mais de 50 anos-e até foram usados pela Sega nos controladores de Saturno 3D e Dreamcast que estreou em meados dos anos 90. Gulikit repovoou o uso de sensores de efeito Hall em hardware de jogos depois de estrear um controlador com ele na E3 2021. Mas eles ainda não são amplamente utilizados no hardware de jogos, porque os joysticks baseados em potenciômetro são mais baratos para fabricar. Eles também têm demandas de energia mais altas, o que é algo que os fabricantes de controladores precisam em consideração.
O que torna o efeito TMR útil em eletrônicos não é o próprio tunelamento
A solução para isso pode ser sensores de TMR, que saem de descobertas mais recentes. In 1988, physicists Albert Fert and Peter Grünberg independently discovered a phenomenon called the giant magnetoresistance effect (GMR), which earned them both the Nobel Prize for physics in 2007. They found that the presence of a magnetic field applied to ultra-thin films made up of a conductor — such as copper or aluminum just a few nanometers thick — sandwiched between two magnetic materials would affect A direção da rotação dos elétrons e sua capacidade de fluir facilmente de um lado do filme para o outro.
“If you put two magnets right next to each other… very close to each other with a spacer material, if the magnets on this one have a spin A and the same spin is on the other one, it’s easy for the electrons to move to the next one. But if the other one has a misaligned spin… the electrons want to move, but there’s no easy way to move the other electrons as well, and that causes a change of resistance,” Riyan Mendonsa, senior staff Engenheiro em Seagate, explicado à beira.
A TMR funciona de uma maneira muito semelhante à GMR. A presença de um campo magnético alinha a direção de rotação dos elétrons, facilitando o fluxo de um lado para o outro. Mas enquanto a GMR usa um material condutor imprensado entre duas camadas magnéticas, a TMR, contra -intuitivamente, usa um material isolante que atua como uma barreira deliberada.
Para fluir de um lado do filme para o outro, os elétrons dependem de um fenômeno mecânico quântico chamado tunelamento quântico para passar por esse isolador intermediário. A idéia de partículas que passam por uma barreira que não deveriam ser capazes não é fácil de envolver a cabeça, mas isso pode acontecer quando certos materiais – como alumínio ou óxido de magnésio – têm apenas alguns átomos de espessura. E graças a físicos como Erwin Schrödinger, o fenômeno não é um mistério completo. Temos equações que podem prever com precisão quando ocorrerá.
O que torna o efeito TMR útil nos eletrônicos não é o próprio tunelamento. É que adicionar e remover um campo magnético produz uma mudança mensurável na resistência. Durante anos, os discos rígidos confiam em cabeças de leitura com um design semelhante às bobinas de arame usadas em alto -falantes e microfones, de acordo com Mendonsa. Em 2005, a Seagate adotou a tecnologia TMR em cabeças de leitura, que não só poderia ser muito menor, mas também era muito mais sensível na detecção da presença de um campo magnético.
“Os sensores de TMR geralmente têm maior sensibilidade e resposta mais linear em comparação com os sensores de efeito Hall”.
Isso permitiu que os bits magnéticos nos discos rígidos também fossem muito menores, aumentando dramaticamente as capacidades de densidade e armazenamento de unidades de 2,5 polegadas para 120 GB. Espera -se que várias formas de tecnologia TMR ainda sejam usadas na fabricação do disco rígido nos próximos anos.
Embora a ciência subjacente seja diferente, o efeito Hall e os sensores TMR podem ser usados para detectar os movimentos de um joystick através do uso de ímãs sem contato, mas os sensores de TMR têm algumas vantagens importantes.
“Os sensores de TMR geralmente têm maior sensibilidade e resposta mais linear em comparação com os sensores de efeito Hall”, diz Jack He, diretor de negócios da Gulikit. Isso pode permitir o uso de ímãs menores, facilitando a fabricação dos joysticks da TMR. Mas alavancar a maior sensibilidade para melhorar a precisão do joystick dependerá dos fabricantes e do hardware que eles usam. “A resolução depende principalmente da precisão de amostragem do MCU de back -end e não está intimamente relacionada ao próprio joystick”, diz ele.
Comparados aos sensores de efeito Hall, os sensores de TMR geralmente têm menor consumo de energia, mas a vantagem não é melhorada a duração da bateria. “O design original da Sony, Microsoft e Nintendo Game Controllers usa a tecnologia de joystick de filmes resistentes tradicionais com um design de fonte de alimentação constante, com uma capacidade de energia limitada a cerca de 1 Ma”, diz ele. Os sensores do salão podem consumir de 0,5mA a até 2mA de potência, enquanto os sensores de TMR consomem apenas entre 0,1mA e 0,3mA. Isso permite que os joysticks com sensores TMR sejam instalados no hardware do controlador atual “como uma substituição perfeita de 1: 1 sem outras modificações de circuito”. Isso pode ajudar a acelerar a adoção e reduzir o preço da tecnologia, simplificando a fabricação.
Os sensores de TMR também oferecem mais estabilidade de desempenho em uma faixa de temperatura mais ampla – uma vantagem especialmente útil para um produto que frequentemente é tomado por mãos quentes por várias horas.
Embora a tecnologia TMR ainda não tenha sido adotada por empresas como Nintendo, Microsoft e Sony, existem vários fabricantes de terceiros que já vendem gamepads com joysticks da TMR, incluindo o controlador Tarantula do PB Tails, o Tarantula Pro da Gamesir e 8bitdo, que o usa em seu novo controlador 2. Em 2024, a Gulikit foi a primeira empresa a lançar kits de atualização, trazendo os controladores de tecnologia TMR para PS5, PS4, Xbox e Switch.
Mas ainda serão alguns anos para a tecnologia TMR se tornar mainstream no hardware de jogos. “Os sensores de TMR geralmente são mais caros que os sensores de efeito Hall tradicional, especialmente em volumes menores”, ressalta ele. “No entanto, à medida que a tecnologia TMR amadurece, a diferença de custo deve diminuir”.
source – www.theverge.com
