防水手機(jī)將面臨著怎樣的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？

看一下iPhone 4/4s的3.5mm耳機(jī)插座，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)很小的斑點(diǎn)。這是一種遇水變色的漆，一旦你把它弄濕了，它就會(huì)永久地變?yōu)榧t色。你可能會(huì)想，手機(jī)上增加這個(gè)功能是為了防止發(fā)生欺騙性的保修或保險(xiǎn)主張：“我的手機(jī)剛剛停止工作……我并沒(méi)有做什么特別的事情，因此我要一臺(tái)新的。”
在看到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之前，這一切看起來(lái)似乎有些過(guò)分。GoodMobilePhones.co.uk公司做的調(diào)查表明，英國(guó)超過(guò)30%的人因?yàn)榕獫袷謾C(jī)而使手機(jī)損壞。其中近一半(47%)的手機(jī)掉進(jìn)了廁所里。五分之一(21%)的人將飲料濺在手機(jī)上。
事實(shí)上，日本消費(fèi)者如今將防水看作是大多數(shù)手機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵功能——即使是高端手機(jī)如果要賣得好也需要這個(gè)功能。
因此難怪包括索尼和三星在內(nèi)的制造商開(kāi)始生產(chǎn)防水手機(jī)。Strategy Analytics公司的獨(dú)立測(cè)試對(duì)象是索尼的第一臺(tái)防水手機(jī)——Xperia Z1，它實(shí)現(xiàn)了IP58的入口保護(hù)等級(jí)(最高的液體保護(hù)等級(jí))，這意味著這臺(tái)手機(jī)可以潛入1.5米深的淡水中長(zhǎng)達(dá)30分鐘。
隨著新一代可穿戴設(shè)備不斷沖擊市場(chǎng)——比如智能手表——對(duì)防水技術(shù)的需求正變得越來(lái)越重要。
為了達(dá)到IP58保護(hù)等級(jí)，索尼組合使用了嚴(yán)密密封和后蓋板上的“粘合劑”層，使后蓋與手機(jī)本體緊密粘合在一起，從而防止水和灰塵進(jìn)入元件部分。詳情可參見(jiàn)Witrigs的拆解博客。


圖1：索尼的旗艦手機(jī)——Xperia Z2，在淺水中可防水30分鐘。不過(guò)我們?nèi)绾芜M(jìn)一步改進(jìn)呢？Sony 2014

還有其它一些方法也已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，但都還沒(méi)普及，比如離子膜(Ion-Mask)。離子膜是英國(guó)軍事科學(xué)家在2007年開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種技術(shù)，它使用等離子體綁定防水層。
但，就像任何想要給防水手表?yè)Q新電池的人都會(huì)知道，密封或防水層只是臨時(shí)性的措施。為了構(gòu)建一個(gè)永久防水手機(jī)，我們需要開(kāi)發(fā)一種沒(méi)有孔洞的外殼；那么如何在不犧牲手機(jī)功能的條件下正確實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)呢？

對(duì)高端手機(jī)的快速觀察可以發(fā)現(xiàn)有9個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域需要考慮。電池艙、閃存、SIM卡槽、用于數(shù)據(jù)傳輸和充電的USB端口以及揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、任何物理按鈕，當(dāng)然還有耳機(jī)插座。
耳機(jī)插座
第一個(gè)藍(lán)牙耳機(jī)是在世紀(jì)之交上市的。如今藍(lán)牙耳機(jī)已經(jīng)非常普及，可以同時(shí)支持標(biāo)準(zhǔn)的電話語(yǔ)音和連接家庭立體聲系統(tǒng)的高質(zhì)量音頻。
電池
這是一個(gè)相對(duì)容易修復(fù)完善的地方。不管是iPhone還是谷歌Nexus系列都不允許你更換電池或增加額外內(nèi)存。消費(fèi)者是很樂(lè)意接受這種安排的，因?yàn)殡姵卦谑謾C(jī)的兩年壽命內(nèi)幾乎不會(huì)損壞，因此受保修條款的覆蓋。

閃存卡
這是另外一個(gè)相對(duì)容易處理的地方。跟電池一樣，不管是iPhone還是谷歌Nexus系列都不允許增加閃存卡。比如Nexus 5提供16GB或32GB機(jī)型，iPhone除了這兩種容量外還提供64GB機(jī)型。
這樣做的一個(gè)理由是內(nèi)存成本。如今內(nèi)存成本降低到可以集成足夠的容量以確保一款優(yōu)質(zhì)手機(jī)在兩年的手機(jī)壽命內(nèi)不會(huì)裝滿數(shù)據(jù)——并且不會(huì)被市場(chǎng)淘汰。與此同時(shí)，云存儲(chǔ)減少了對(duì)過(guò)大硬盤的需求。就拿谷歌來(lái)說(shuō)，它允許你在它的音樂(lè)服務(wù)器上存儲(chǔ)2萬(wàn)首歌，而諸如Netflix和LoveFilm等平臺(tái)意味著你能在手機(jī)上隨時(shí)播放視頻流，而不用將視頻存儲(chǔ)在手機(jī)上。
不過(guò)這確實(shí)存在問(wèn)題，如果取消了USB電纜端口，你如何能夠高速地提供內(nèi)容？



圖2：一眼就能看到iPhone手機(jī)上有幾個(gè)可能進(jìn)水的口子。如果我們想要一個(gè)真正防水的手機(jī)，這些口子必須要消失。







數(shù)據(jù)傳輸
USB，特別是傳輸速度高達(dá)5Gbps的USB3.0，提供了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N快速實(shí)現(xiàn)方式，這些速度需要被某種無(wú)線替代技術(shù)所匹配。手機(jī)一般只有三種無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，即Wi-Fi(802.11n是最常見(jiàn)的，其典型傳輸速度為130Mbps或以下)、藍(lán)牙(典型速度是1Mbps)和NFC(最快速度是424kbps，并且要求接觸)。
但這種情況正在發(fā)生改變，更快的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)正在開(kāi)發(fā)中。802.11ac運(yùn)行在5GHz頻段，并且已經(jīng)在雙頻段和三頻段Wi-Fi芯片組上實(shí)現(xiàn)，其典型傳輸速度可達(dá)1.7Gbps至2.5Gbps。據(jù)ABI公司預(yù)測(cè)，2015年交付的所有Wi-Fi芯片組中大約80%將具備802.11ac功能。
除此之外，一些大型公司正在開(kāi)發(fā)下一代Wi-Fi技術(shù)——802.11ad Wi-Fi(更被人熟知的稱謂是WiGig)。這種技術(shù)使用免許可的60GHz頻段，具有7GHz的帶寬。該無(wú)線技術(shù)支持高達(dá)5Gbps以上的速度。ABI公司預(yù)計(jì)到2018年將有14億個(gè)三頻段Wi-Fi芯片組采用這種60GHz頻段交付使用。
然而，復(fù)雜的采樣率加上三大公司——英特爾、高通、博通以外的企業(yè)缺少足夠的研發(fā)資金——意味著小公司仍將在這個(gè)潛力巨大的市場(chǎng)中努力拼搏。
市場(chǎng)主導(dǎo)方將來(lái)自采用IP商業(yè)模型的公司——比如著名的Blu Wireless Technology公司，它們開(kāi)發(fā)的IP允許那些供應(yīng)商快速創(chuàng)建和交付具有這種功能的芯片。
充電
但USB端口還要用于給手機(jī)充電，因此需要替代性的充電方法。雖然無(wú)線充電不是什么新技術(shù)，但只是最近這種技術(shù)才被手機(jī)制造商采用——包括諾基亞、LG和HTC，但奇怪的是沒(méi)有蘋果。
物理按鈕
僅僅在7年前第一臺(tái)iPhone的推出加快了向觸摸屏設(shè)備的過(guò)渡。現(xiàn)在我們都習(xí)慣了在虛擬鍵盤上輸入電子郵件和消息，不過(guò)我們?nèi)匀唤?jīng)常會(huì)受挫于錯(cuò)誤鍵入、意外觸摸以及手機(jī)猜測(cè)我們真正要輸入的內(nèi)容的企圖。
一般來(lái)說(shuō)，這是前進(jìn)的一步，但應(yīng)該有觸摸敏感特性，使得我們無(wú)需靠近細(xì)看手指或手如何移動(dòng)。回想在老的手機(jī)鍵盤上打字時(shí)，每次按鍵選擇都很完美，雖然手機(jī)有時(shí)會(huì)將“fancy a pint”轉(zhuǎn)換為“fancy a riot”。
幾乎所有手機(jī)都有一些按鈕。舉例來(lái)說(shuō)，Nexus 4只有一個(gè)開(kāi)/關(guān)和一個(gè)音量搖桿。iPhone 5則實(shí)現(xiàn)了一個(gè)物理home鍵、一個(gè)關(guān)機(jī)按鈕、兩個(gè)獨(dú)立音量按鍵和一個(gè)靜音開(kāi)關(guān)。
觸覺(jué)功能經(jīng)過(guò)了好幾代的發(fā)展，第一代系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的機(jī)械振動(dòng)功能震動(dòng)起整個(gè)手機(jī)來(lái)讓人感覺(jué)可怕，而現(xiàn)代的第三和第四代系統(tǒng)可以根據(jù)特定應(yīng)用、接觸點(diǎn)甚至我們按壓的力量校準(zhǔn)響應(yīng)，這意味著我們可以再次實(shí)現(xiàn)這些微妙的觸感，消除手機(jī)外殼上的孔洞。
雖然一些初始應(yīng)用——例如Senseg公司的E－Sense——專注于使用Coulomb效應(yīng)創(chuàng)建屏幕紋理，但其它一些公司正在開(kāi)發(fā)精密、可配置的按鈕按壓感覺(jué)。英國(guó)的Redux Labs就是這樣一家公司，他們使用彎曲波物理技術(shù)控制提供給觸摸點(diǎn)的感覺(jué)，并實(shí)現(xiàn)了很大的觸覺(jué)庫(kù)。
麥克風(fēng)
麥克風(fēng)面臨的挑戰(zhàn)是：如何允許空中聲波進(jìn)入、但又阻止水進(jìn)入手機(jī)內(nèi)？
然而，這個(gè)解決方案已經(jīng)有許多年了，因?yàn)槭謾C(jī)總是需要讓麥克風(fēng)防水——雖然只是防止唾沫而不是意外浸水。密封這個(gè)區(qū)的最常見(jiàn)方法是采用Gortex層。由于Gortex層放在易破的密封體上面，它可以為手機(jī)提供長(zhǎng)期防水效果。
揚(yáng)聲器
揚(yáng)聲器顯然需要空氣才能清晰地傳送聲音。因此需要一種能夠替代標(biāo)準(zhǔn)微型揚(yáng)聲器的技術(shù)，并且?guī)缀跄茉诋?dāng)今所有手機(jī)中實(shí)現(xiàn)。
目前通常使用康寧公司硬性大猩猩玻璃的手機(jī)屏幕可以提供一種幾乎不太可能的解決方案。使用精密校準(zhǔn)的波可以從這種屏幕發(fā)送高質(zhì)量的音頻。還是Redux Labs公司，該公司使用彎曲波物理技術(shù)控制聲波(以及亞聲速觸覺(jué)波)穿越屏幕，形成更高質(zhì)量的揚(yáng)聲器。
還可以定位聲波，只從標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)揚(yáng)聲器位置發(fā)出聲音——從而確保手機(jī)通話保持私密性。
本文小結(jié)
落水損壞手機(jī)事件的頻發(fā)導(dǎo)致防水功能成為現(xiàn)代手機(jī)的重要差異化因素。
許多公司——比如著名的索尼——開(kāi)發(fā)的手機(jī)將更多地具有防水功能。雖然創(chuàng)建一個(gè)真正防水的外殼還面臨諸多的問(wèn)題，但當(dāng)今的前沿?zé)o線技術(shù)、音頻和觸覺(jué)技術(shù)可以用來(lái)成功搭建一臺(tái)不怕水的手機(jī)，無(wú)論是掉進(jìn)了廁所還是濺到了飲料都能保證安然無(wú)恙。