La física del iPhone

Como ya algunos de vosotros sabéis, hace un par de semanas me compré ese famoso teléfono-iPod-ordenador diseñado por Apple llamado iPhone. Sin embargo no os voy a contar nada sobre lo bonito que es y las millones de posibilidades que ofrece sino que simplemente me voy a limitar a hablaros de los sensores que trae y como funcionan. Son principalmente tres y bajo mi punto de vista deben ser casi imprescindibles en cualquier teléfono táctil. Son el acelerómetro, el sensor de proximidad y el sensor de luminosidad.

El acelerómetro es sin lugar a duda el más impresionante y el que hace que muchos de tus amigos alucinen. Para ser justo y no poner por las nubes a Apple, he de decir que esta tecnología está ya en varios teléfonos, de modo que no es algo propio del iPhone. Volviendo al tema, gracias al acelerómetro, el iPhone sabe si está en posición vertical u horizontal y ajusta la pantalla para mejorar la visión de la misma. Ahora bien, cómo funciona un acelerómetro?? Os copio lo que pone en la web oficial del iPhone y luego os lo explico un poco más.

El acelerómetro interno de iPhone emplea tres elementos: una masa de silicio, un conjunto de muelles de silicio y una corriente eléctrica. Los muelles de silicio detectan la posición de la masa de silicio por medio de la corriente eléctrica. Al girar iPhone, se produce una fluctuación en la corriente eléctrica que pasa a través de los muelles. El acelerómetro registra estas fluctuaciones e indica a iPhone que debe ajustar la pantalla en consecuencia.

Como podéis observar se trata de unos mueles de silicio y una masa central de silicio, que dependiendo de la posición que tengan provocan una corriente eléctrica que indica al iPhone su posición. Este fenómeno es llamado piezoelectricidad.

La piezoelectricidad es un fenómeno más o menos sencillo. Consiste en que al aplicar un esfuerzo mecánico (presión, tensión…) a un material piezoeléctrico, éste adquiere una polarización eléctrica que provoca una diferencia de potencial. Esto hace que aparezca una corriente eléctrica. Este fenómeno se puede producir también a la inversa: el material se comprime (por ejemplo) cuando se le aplica una corriente eléctrica. Sin embargo esto es algo completamente reversible y el material recupera su estado inicial sin problemas.

En el iPhone ocurre exactamente esto. Tenemos una serie de muelles y masas de silicio (desconozco si es el silicio como pieza cerámica o como elemento del cuarzo) que actúan conjuntamente para poder detectar los movimientos, gracias a la piezoelectricidad. Contando, como es lógico, de la ayuda de la gravedad para mover las masas. Así, dependiendo de si el iPhone está en horizontal o en vertical se crea una corriente eléctrica determinada que indica la posición. Sencillo, verdad?? :-D

ACTUALIZACIÓN (18:54  del 12/3/2009): Gracias a un comentario realizado por jacksbrain, he descubierto que el acelerómetro del iPhone no funciona debido a la piezoelectricidad, ya que el acelerómetro es de tipo capacitivo. Su funcionamiento es un poco más complejo, pero fácil de comprender a grandes rasgos. El conjunto de muelles y la masa de silicio, al moverse hacen que la capacidad del sistema varíe en función de la posición. Es decir, si en un sentido tenemos que el conjunto tiene una capacidad determinada, al rotarlo hacemos que se produzca una pequeña variación. Esta variación nos dice en qué sentido se produce el movimiento. Tenéis una mejor explicación en el apartado 3.1- Sensing element de este PDF (en inglés). Gracias de nuevo a jacksbrain por su corrección :)

Otro sensor del que os quiero hablar es del sensor de proximidad. Este sensor hace que cuando estamos realizando una llamada y acercamos el teléfono a nuestra oreja, la pantalla se apague para que no toquemos nada sin querer. Es bastante útil ya que sino podríamos cortar la llamada, poner el altavoz o añadir otras llamadas sin que nos demos cuenta.

El funcionamiento de este sensor es muy sencillo. Desconozco que tipo de fundamento utiliza el sensor de proximidad (hay varios tipos), pero me imagino que será un sensor fotoeléctrico. Este tipo de sensores utilizan luz (visible, infrarroja…) para detectar la distancia a la que está situado un objeto. Lo que hacen es enviar un haz de luz y si hay un cuerpo delante, el haz rebotará y llegará de nuevo al sensor. Dependiendo del tiempo que tarde en llegar dicho rebote se calcula la distancia. Seguro que os suena eso de que la distancia es igual a la velocidad por el tiempo, verdad?? Pues el iPhone hace este sencillo cálculo multiplicando la velocidad de la luz por el tiempo que tarde en llegar el rebote para saber a que distancia está nuestra oreja.

ACTUALIZACIÓN (11:20 del 17/10/08): Tras un acertado comentario de Jordix, me he dado cuenta de que quizá hacer la medición con luz sea demasiado para el sensor del iPhone pues requeriría bastante precisión. La otra posibilidad es hacerlo mediante ultrasonidos, que viajan a una velocidad más lenta, y no se requeriría un sensor extremadamente preciso. El funcionamiento sería exactamente igual que el explicado en el párrafo anterior, salvo que en lugar de luz se utilizarían sonidos.

Para terminar os voy a comentar algo sobre el último de los sensores: el sensor de luminosidad. Este sensor tiene un importante papel a la hora de hacer más duradera la batería del iPhone, ya que hace que la pantalla brille más o menos dependiendo de la luz ambiental. Cuando nos encontramos en un lugar muy iluminado aumenta el brillo de la pantalla para que podamos verla mejor, y cuando estamos en un lugar oscuro hace disminuir el brillo para ahorrar batería.

Desconozco que tipo de sensor es el que aparece en el iPhone, pero lo más normal es que funcione de la siguiente manera. Tenemos un sensor formado por un fotómetro. Este fotómetro tiene la misión de comprobar el nivel de luminosidad del ambiente y dependiendo de que luminosidad reciba adaptará el brillo de la pantalla. También es posible que tenga una especie de fotocélula, pero no voy a abrir el iPhone para comprobarlo.

Podéis leer lo poco que viene sobre los sensores del iPhone en la web oficial. Si tenéis alguna información extra sobre el funcionamiento de los sensores no dudéis en dejar un comentario.

Saludos

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Sobre el Autor:

Físico de materiales, nacido en El Bierzo y adoptado en tierras asturianas y vascas durante su paso por la Universidad de Oviedo y la Universidad del País Vasco. [...]

22 Comentarios

  • Jojojo… como mola lo del sensor de proximidad

    Donde vamos a llegar… Colocar un sensor que calcula a qué distancia tenemos el iphone de la oreja, jojojo… Que cosas…

    Un saludico

  • Pues sí, es un puntazo lo del sensor de proximidad. Aunque lo mejor es que gracias al acelerómetro y una aplicación puedas emular el sonido de una espada láser cuando mueves el teléfono. Eso sí que mola!!

  • Te has lucido con este artículo, wow :mrgreen: qué maravilla de telefonino que te lo pone todo en bandeja para marcarte una buena entrada y todo, jaja
    En cuanto a la piezoelectricidad, ¿qué otros dispositivos utilizan esta propiedad?

  • @Sophie: Los micrófonos, y los sensores de las guitarras eléctricas.

  • @Sophie: Como bien dice Eskako, que por cierto bienvenido al blog , algunos micrófonos y sensores de guitarras eléctricas utilizan la piezoelectricidad para funcionar. En la entrada de la Wikipedia sobre piezoelectricidad tienes algunas aplicaciones más.

  • ¡Cómo mola, Wis! Oye, ¿cuánto te ha costado? ¿Has hecho contrato? ¿Prepago no hay, no? ¿Libre tampoco, eh? ¿Qué tipo de contrato? ¿Llamadas y datos por separado? Cuenta, cuenta, que igual me animo a hacerme yo con uno. Y es que me da una vagancia preguntar a los dependientes de las tiendas Movistar. A veces me exaspera su incompetencia.

  • @Sergio L. Palacios: Tienes toda la información en la web del iPhone de Telefónica, pero te cuento un poco como va.

    Es únicamente por contrato y yo como ya era Movistar lo cogí por puntos (6.500 puntos). Desconozco si también lo hay por portabilidad. Cogí el modelo de 8GB y me costó 299€ (si tienes más puntos te sale más barato) y con el contrato de 15€ mensuales. Esta tarifa incluye internet y todo el tráfico de datos mientras que las llamadas y mensajes van a parte.

    Es un poco caro si no utilizas internet, pero para los que estamos todo el día pendientes del correo y de internet merece la pena.

  • Joder, qué caro… Seguiré esperando. Sniff

  • Anda, anda, si tienes un Mac en el despacho, no te quejes de que es caro. :mrgreen: :mrgreen:

  • Y otro idéntico en casa. Y un iPod Touch. Por eso no me alcanza para el iPhone…

  • Wis, esto algunos lo llaman publi-reportaje.

  • y si acercas la palma de la mano? como distingue ambas superficies?

  • @Sergio L. Palacios: Pues cambia el iPod Touch que el iPhone es lo mismo pero con teléfono incorporado :mrgreen: :mrgreen:

    @Nian506: No Nian, es una entrada sobre la física del iPhone. Pero de todos los iPhone, no solo es del mío. xDD

    @Gouki: Ocurre lo mismo con cualquier superficie. Puse la oreja porque es lo más normal, pero si le das a llamar y colocas el dedo tapando al sensor también se apaga la pantalla.

  • Hola Wis,
    me gusta mucho tu blog, lo veo muy a menudo y me parece que haces una buena labor divulgativa (aparte de que te lo pasarás de p.m. con esto, claro ).
    Sin embargo, en este artículo expones algo que creo que no es correcto, y es el sensor de proximidad. A pesar de que comentas que en realidad no sabes cómo funciona, creo te lanzas un poco a la piscina para decir que debe ser con la emisión de un haz de luz y midiendo el tiempo que hay entre la emisión y la recepción. Si se hacen unos números, aunque sean gordos, para poder medir el tiempo que tarda la luz en recorrer digamos 20cm, se necesita un oscilador de una frecuencia tal que no creo que el ipod sea capaz de generarlo. Quizá me equivoco, voy a informarme a ver si encuentro algo.
    En cualquier caso, en otros aparatos que miden distancias se suele usar ultrasonidos más que la luz.

    s2
    jordix

  • Pues después de mirar un poco, he visto que sí que es posible que se haga mediante infrarojos :oops:
    Mi error era que pensaba que el iphone mediría su distancia con otros elementos, pero eso no es necesario, basta con que sepa que está próximo.

  • Hola Jordix. Muchas gracias por tu comentario y tus buenas palabras hacia el blog (y sí, me lo paso de p.m. con esto)

    La verdad es que a mí me da la sensación de que tienes razón en tu primer comentario. Parece que puede ser algo excesivo que se haga con luz y que sería más fácil que fuera mediante ultrasonidos, pero no he encontrado ninguna información sobre la verdadera naturaleza del sensor…

    Donde encontraste lo de que es posible que se haga mediante infrarrojos?? Porque no estaría mal saberlo y comprobar si realmente es factible. Sí es cierto que no hace falta medir con precisión milimétrica la posición y que con saber que está próximo sería suficiente, pero aún así se requiere mucha precisión si se hace con luz…

    Voy a actualizar la entrada añadiendo la posibilidad de que también es posible que funcione mediante ultrasonidos.

    Saludos y gracias por tu aportación

  • @Sophie: Pues como muchas otras cosas, es una copia de la ciencia de una estructura animal, como es por ejemplo el organo encargado del equilibrio en los pulpos, el cual conlleva una pequeña pieza de silice creo, en una capsula y que detecta su posicion en base al contacto por la accion de la gravedad de la pieza con las paredes de la capsula.

  • Muy buen artículo.

    El sensor de proximidad es muy util. Este verano usé durante un mes un HTC Tocuh para el trabajo, y con la oreja marcaba, desviaba la llamada, rellamaba, etc, todo eso mietras hablaba con alguien. Qué ruina de teléfono.

    El sensor de luz probablemente sea una foto resistencia.

    Un saludo.

  • Gracias Sporeman.

    Yo tengo un amigo que le pasaba ese mismo problema con su móvil (no recuerdo qué modelo): al hablar siempre tocaba algo con la oreja y colgaba o bajaba el sonido sin querer. Menos mal que en el iPhone no hay ese problema

    Pues tienes razón, es probable que pueda ser una fotorresistencia. El problema es que no se ve nada cuando miras al teléfono (solo un pequeño círculo negro), así que no vamos a poder comprobarlo…

    Saludos

  • Hola Wis_Alien:

    He visto tu artículo y me ha parecido bastante interesante pero disiento contigo en el tema del acelerómetro.

    Por tu explicación se podría entender que todos los acelerómetros son piezoeléctricos y nada más lejos de la realidad: los hay piezoeléctricos, piezoresistivos, capacitivos, que miden la variación de temperatura…

    De hecho el acelerómetro del iPhone es un LIS302DL, de la casa ST (http://blog.medallia.com/2007/08/fun_with_the_iphone_accelerome.html) y éste es un acelerómetro capacitivo (http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/12726.pdf). Puedes encontrar más información sobre su funcionamiento en (por ejemplo): http://www.las.inpe.br/~jrsenna/AerospaceMEMS/Inerciais/proc-IEEEv86p1640-inertial.pdf

    Saludos

  • @jacksbrain: Muchas gracias por tu comentario. Expliqué como funcionaba el piezoeléctrico porque según tengo entendido son los más comunes, pero tras echarle un ojo a los enlaces que me has mandado debo rectificar mi entrada. Efectivamente el acelerómetro del iPhone es capacitivo.

    Gracias de nuevo

  • @Wis_Alien:
    De nada, encantado de ayudarte.

    Saludos

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