Tecnología de teclado

Un diseño de membrana común consta de tres capas. Las capas superior e inferior tienen pistas conductoras expuestas, y la capa intermedia actúa como espaciador para evitar que la corriente pase pasivamente a través de las pistas conductoras superior e inferior. Al aplicar presión sobre la membrana superior, esta une las almohadillas conductoras superior e inferior, permitiendo la transferencia de corriente.

Dos de los tipos más comunes de teclados de membrana son los de membrana con membrana de recorrido completo y los de membrana de panel plano. Los teclados de membrana de panel plano se encuentran con mayor frecuencia en electrodomésticos como hornos microondas o fotocopiadoras .

Cúpula de goma sobre la membrana

Los teclados de membrana con membrana de recorrido completo y cúpula de goma son el diseño más común en la actualidad. En estos teclados, una lámina de cúpula de goma se coloca sobre las membranas, asegurando que las cúpulas se alineen con las almohadillas de contacto. La cúpula de goma cumple una doble función: actúa como un resorte de retorno táctil y proporciona una superficie suave para transferir la fuerza a la membrana superior. Para que se establezca la conexión entre las dos almohadillas de contacto, la cúpula de goma debe presionarse completamente.

Los teclados de membrana con membrana de goma se hicieron muy populares entre los fabricantes de ordenadores, ya que buscaban reducir costes mientras los precios de los PC bajaban.

Interruptor de tijera

Una variante compacta y común de los teclados de membrana con membrana de goma es el interruptor de tijera, basado en el mecanismo de tijera . Debido a que muchos portátiles deben ser delgados, requieren teclados de perfil bajo. Por lo tanto, esta tecnología es la más común en portátiles. Las teclas se fijan al teclado mediante dos piezas de plástico que se entrelazan como unas tijeras y se acoplan al teclado y a la tecla. Estos teclados suelen ser silenciosos y las teclas requieren poca fuerza para pulsarse.

Los teclados con interruptores de tijera suelen ser un poco más caros. Son más difíciles de limpiar (debido al movimiento limitado de las teclas y sus múltiples puntos de fijación), pero también es menos probable que se acumule suciedad, ya que los espacios entre las teclas suelen ser más pequeños (al no ser necesario espacio adicional para permitir el movimiento de la tecla, como suele ocurrir en un teclado de membrana). ^{[ 1 ]}

Membrana de panel plano

Los teclados de membrana de panel plano se utilizan a menudo en entornos hostiles donde se requiere resistencia al agua o a las fugas. Pueden tener teclas no táctiles, táctiles de cúpula de polímero y táctiles de cúpula metálica. Los interruptores de membrana táctiles de cúpula de polímero utilizan poliéster (PET) y se moldean para crear una cúpula de plástico rígida. Al presionar la cúpula rígida de polímero, la tinta conductora en la parte posterior de la cúpula se conecta con la capa inferior del circuito. Los interruptores de membrana de cúpula metálica están hechos de acero inoxidable y ofrecen mayor durabilidad y fiabilidad, y pueden presentar diseños de cúpula 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 activarse.

Aunque este diseño de teclado se usaba comúnmente en los inicios de la informática personal (en los modelos Sinclair ZX80 , ZX81 y Atari 400 ), ha sido reemplazado por diseños más modernos y con mejor respuesta.

Teclado enrollable

Los teclados de ordenador fabricados con silicona flexible o poliuretano se pueden enrollar. Este tipo de teclado aprovecha las finas membranas de plástico flexible, pero aun así presenta riesgo de daños. Cuando están completamente sellados con goma, son resistentes al agua. Los teclados enrollables ofrecen relativamente poca respuesta táctil. Debido a que estos teclados suelen estar hechos de silicona, tienden a acumular suciedad, polvo y pelo. ^{[ 3 ]}

Los teclados con interruptores de contacto metálico suelen utilizar módulos independientes para cada tecla. Este tipo de interruptor generalmente se compone de una carcasa, un resorte y un deslizador, y a veces otras partes como una lámina táctil o barra de clic separada.

En reposo, los contactos metálicos del interruptor permanecen separados. Al presionar el interruptor, los contactos se juntan para conducir la corriente y activarlo. Muchos diseños de interruptores utilizan oro como material de contacto para prolongar su vida útil, evitando así la oxidación. La mayoría de los diseños emplean una lámina metálica, donde el contacto móvil es un resorte de lámina.

Cherry es uno de los principales fabricantes de interruptores de contacto metálico discreto , que produce la familia de interruptores Cherry MX desde la década de 1980. El sistema de codificación por colores de Cherry para clasificar los interruptores ha sido imitado por otros fabricantes, como Gateron y Kailh, entre muchos otros. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Los teclados que utilizan esta tecnología se conocen comúnmente como "teclados mecánicos", pero no existe una definición clara y universalmente aceptada para este término. ^{[ 6 ]}

Desde mediados de la década de 2000, los teclados mecánicos han vuelto a ser utilizados por jugadores y profesionales. ^{[ 7 ]}

El módulo de láminas de un interruptor de láminas consta de dos contactos metálicos dentro de una burbuja de vidrio, generalmente sellada con un gas inerte como el nitrógeno para evitar la acumulación de partículas. El deslizador en la carcasa empuja un imán hacia abajo frente a la cápsula de láminas, y el campo magnético provoca que los contactos de láminas se atraigan entre sí y hagan contacto. El mecanismo del interruptor de láminas fue inventado originalmente en 1936 por W.B. Ellwood en los Laboratorios Bell Telephone .

Aunque los interruptores de láminas utilizan contactos de lámina metálica, se consideran distintos de cualquier otro tipo de interruptor de contacto metálico porque los contactos se accionan magnéticamente en lugar de utilizar la fuerza física de un deslizador que se presiona entre sí.

En un mecanismo capacitivo, al presionar una tecla cambia la capacitancia de un patrón de contactos de condensador. El patrón consta de dos contactos de condensador en forma de D para cada interruptor, impresos en una placa de circuito impreso y cubiertos por una fina película aislante de máscara de soldadura que actúa como dieléctrico .

En la implementación más común de esta tecnología, que utiliza espuma y lámina, la parte móvil termina en un elemento plano de espuma del tamaño aproximado de una aspirina , recubierto con papel de aluminio. Frente al interruptor se encuentra una placa de circuito impreso (PCB) con las almohadillas para los condensadores. Al presionar la tecla, la lámina se adhiere firmemente a la superficie de la PCB, formando una cadena de dos condensadores entre las almohadillas de contacto y ella misma, separadas por una fina máscara de soldadura. Esto provoca un cortocircuito entre las almohadillas de contacto, generando una caída fácilmente detectable de reactancia capacitiva entre ellas. Generalmente, esto permite detectar un pulso o una secuencia de pulsos.

Una ventaja de la tecnología capacitiva es que el interruptor no depende del flujo de corriente a través de contactos metálicos para activarse. No es necesario eliminar el rebote .

El sensor proporciona información suficiente sobre la distancia de pulsación de la tecla para que el usuario pueda ajustar el punto de actuación (sensibilidad de la tecla). Este ajuste se puede realizar con la ayuda del software incluido y de forma individual para cada tecla, si está implementado. ^{[ 10 ]} Un teclado que utiliza estas funciones es el Real Force RGB.

El teclado Modelo F de IBM es un diseño que consiste en un resorte de pandeo sobre una placa de circuito impreso capacitiva, similar al teclado Modelo M posterior, pero que en lugar de una placa de circuito impreso utilizaba sensores de membrana.

El diseño de Topre Corporation para interruptores utiliza un resorte cónico debajo de una cúpula de goma. La cúpula proporciona resistencia, mientras que el resorte realiza la acción capacitiva. ^{[ 11 ]}

Los teclados de efecto Hall utilizan sensores de efecto Hall para detectar el movimiento de un imán mediante la diferencia de potencial eléctrico. Al pulsar una tecla, se mueve un imán que es detectado por un sensor de estado sólido. Gracias a que no requieren contacto físico para su activación, los teclados de efecto Hall son extremadamente fiables y pueden soportar millones de pulsaciones antes de fallar. Se utilizan en aplicaciones de altísima fiabilidad, como centrales nucleares, cabinas de aviones y entornos industriales críticos. Se pueden fabricar fácilmente con materiales totalmente impermeables y son resistentes a grandes cantidades de polvo y contaminantes. Debido a que cada tecla requiere un imán y un sensor, además de electrónica de control personalizada, su fabricación es costosa.

Un interruptor Hall funciona mediante campos magnéticos. Cada interruptor tiene un pequeño imán fijo 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 es detectado por el circuito y los sensores envían la información a la placa base. ^{[ 12 ]}

La tecnología de conmutación óptica fue introducida en 1962 por Harley E. Kelchner para su uso en máquinas de escribir con el propósito de reducir el ruido generado por las teclas de la máquina de escribir.

La tecnología de teclados ópticos utiliza dispositivos emisores de luz y fotosensores para detectar ópticamente las teclas pulsadas, lo que ofrece tiempos de respuesta más rápidos y elimina la necesidad de contacto físico entre las piezas móviles. Generalmente, los emisores y sensores se ubican en el perímetro, montados en una pequeña placa de circuito impreso (PCB) . La luz se dirige de un lado a otro del interior del teclado y solo puede ser bloqueada por las teclas pulsadas. La mayoría de los teclados ópticos requieren al menos dos haces (normalmente uno vertical y otro horizontal) para determinar la tecla pulsada. Algunos teclados ópticos utilizan una estructura de teclas especial que bloquea la luz siguiendo un patrón determinado, permitiendo solo un haz por fila de teclas (normalmente un haz horizontal).

El mecanismo del teclado óptico es muy simple: un haz de luz se envía desde el emisor al sensor receptor, y la tecla accionada bloquea, refleja , refracta o interactúa de alguna otra manera con el haz, lo que da como resultado la identificación de la tecla.

Una de las principales ventajas de la tecnología de conmutación óptica es su gran resistencia a la humedad, el polvo y la suciedad, ya que no existen contactos metálicos que puedan corroerse.

El teclado especializado DataHand utiliza tecnología óptica para detectar las pulsaciones de teclas mediante un único haz de luz y un sensor por tecla. Las teclas se mantienen en su posición de reposo mediante imanes ; cuando se supera la fuerza magnética para pulsar una tecla, se desbloquea el haz óptico y se registra la pulsación.

Un dispositivo de proyección láser, del tamaño aproximado de un ratón de ordenador, 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 usarse fácilmente con PDAs y teléfonos móviles, y muchos modelos cuentan con cables retráctiles y conectividad inalámbrica. Sin embargo, este diseño es propenso a errores, ya que una interrupción accidental del láser generará pulsaciones de teclas no deseadas. La inherente falta de respuesta táctil de este tipo de teclado lo hace a menudo poco atractivo.

El mecanismo de resorte de pandeo ( patente estadounidense 4,118,611 , ahora caducada ) situado sobre el interruptor es el responsable de la característica respuesta de clic del teclado. Este mecanismo controla un pequeño martillo que golpea un interruptor capacitivo o de membrana. ^{[ 13 ]}

La serie de teclados Modelo F de IBM fue la primera en emplear interruptores de teclas con resorte de pandeo, que utilizaban sensores capacitivos para su activación. La patente original nunca se utilizó en un teclado de producción real, pero establece el principio básico del resorte de pandeo.

El IBM Model M es una gran familia de teclados para computadora creada por IBM a finales de 1983, cuando IBM patentó un diseño de interruptor de teclas con resorte de membrana. El objetivo principal de este diseño era reducir a la mitad el costo de producción del Model F. ^{[ 14 ]} El Model M de tamaño completo más conocido se denomina oficialmente IBM Enhanced Keyboard.

En 1993, dos años después de la creación de Lexmark , IBM transfirió sus operaciones de fabricación de teclados a la filial. Lexmark continuó fabricando los nuevos teclados Model M para IBM hasta 1996, año en que se fundó Unicomp , que adquirió 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. ^{[ 15 ]}

Casi todos los teclados solo tienen un interruptor (pero no un diodo) en cada intersección, lo que provoca "teclas fantasma" y "bloqueo de teclas" cuando se presionan varias teclas a la vez ( rollover ). Algunos teclados, a menudo más caros, tienen un diodo entre cada intersección, lo que permite al microcontrolador del teclado detectar con precisión cualquier número de teclas que se presionan simultáneamente, sin generar teclas fantasma erróneas. ^{[ 18 ]}

Se sabe que los teclados Bluetooth no encriptados son vulnerables al robo de señal para el registro de pulsaciones de teclas por parte de otros dispositivos Bluetooth dentro del alcance. Se ha documentado que los teclados inalámbricos de Microsoft de 2011 y anteriores presentan esta vulnerabilidad. ^{[ 19 ]}

El registro de pulsaciones de teclas (también conocido como keylogger) es un método para capturar y registrar las pulsaciones de teclas de los usuarios. Si bien puede utilizarse legalmente para medir la actividad de los empleados o por las fuerzas del orden para investigar actividades sospechosas, también es utilizado por piratas informáticos para cometer actos ilegales o maliciosos. Los piratas informáticos utilizan keyloggers para obtener contraseñas o claves de cifrado.

El registro de pulsaciones de teclas se puede lograr tanto mediante hardware como mediante software. Los registradores de pulsaciones de teclas de hardware se conectan al cable del teclado o se instalan dentro de los teclados estándar. Los registradores de pulsaciones de teclas de software funcionan en el sistema operativo del ordenador objetivo y obtienen acceso no autorizado al hardware, se conectan al teclado con funciones proporcionadas por el sistema operativo o utilizan software de acceso remoto para transmitir los datos registrados desde el ordenador objetivo a una ubicación remota. Algunos hackers también utilizan analizadores de pulsaciones de teclas inalámbricas para recopilar paquetes de datos que se transfieren desde un teclado inalámbrico y su receptor, y luego descifran la clave de cifrado utilizada para proteger las comunicaciones inalámbricas entre ambos dispositivos.

Las aplicaciones antispyware pueden detectar y eliminar muchos keyloggers. Los proveedores responsables de software de monitorización ofrecen soporte para la detección por parte de programas antispyware, evitando así el uso indebido del software. Activar un cortafuegos no detiene los keyloggers directamente, pero puede impedir la transmisión del material registrado a través de la red si está configurado correctamente. Los monitores de red (también conocidos como cortafuegos inversos) pueden utilizarse para alertar al usuario cuando una aplicación intenta conectarse a la red. Esto permite al usuario evitar que el keylogger envíe la información que ha escrito. Los programas de autocompletado de formularios pueden evitar por completo el keylogger al no utilizar el teclado. La mayoría de los keyloggers pueden ser engañados alternando entre escribir las credenciales de inicio de sesión y escribir caracteres en cualquier otra parte de la ventana activa. ^{[ 20 ]}

También se sabe que los teclados emiten firmas electromagnéticas que pueden detectarse utilizando equipos de espionaje especiales para reconstruir las teclas pulsadas. Neal O'Farrell, director ejecutivo del Consejo contra el Robo de Identidad, reveló a InformationWeek que "Hace más de 25 años, un par de exagentes me mostraron cómo podían capturar el PIN de un cajero automático desde una furgoneta aparcada al otro lado de la calle, simplemente capturando y decodificando las señales electromagnéticas generadas por cada pulsación de tecla", dijo O'Farrell. "Incluso podían capturar las pulsaciones de teclas de ordenadores en oficinas cercanas, pero la tecnología no era lo suficientemente sofisticada como para centrarse en ningún ordenador específico". ^{[ 21 ]}

El uso del teclado puede causar lesiones graves (como el síndrome del túnel carpiano u otras lesiones por esfuerzo repetitivo ) en las manos, muñecas, brazos, cuello o espalda. ^{[ 22 ]} Los riesgos de lesiones pueden reducirse 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 las manos y las muñecas. Al escribir en un teclado, la persona debe mantener los hombros relajados con los codos a los lados, con el teclado y el ratón colocados de manera que no sea necesario estirarse. La altura de la silla y la bandeja del teclado deben ajustarse para que las muñecas estén rectas y no descansen sobre los bordes afilados de la mesa. ^{[ 23 ]} No se deben usar reposamuñecas ni reposamanos mientras se escribe. ^{[ 24 ]}

Algunas tecnologías adaptativas, como teclados especiales, ratones de repuesto, tabletas gráficas e incluso software de reconocimiento de voz, pueden reducir el riesgo de lesiones. El software de pausa recuerda al usuario que debe hacer pausas frecuentes. Cambiar a un ratón mucho más ergonómico, como un ratón vertical o un joystick, puede aliviar las molestias.

Al usar un panel táctil o un lápiz óptico con una tableta gráfica , en lugar de un ratón, se puede disminuir la tensión repetitiva en los brazos y las manos. ^{[ 25 ]}