防水手機將面臨著怎樣的設計挑戰(zhàn)？

看一下iPhone 4/4s的3.5mm耳機插座，你會發(fā)現(xiàn)一個很小的斑點。這是一種遇水變色的漆，一旦你把它弄濕了，它就會永久地變?yōu)榧t色。你可能會想，手機上增加這個功能是為了防止發(fā)生欺騙性的保修或保險主張：“我的手機剛剛停止工作……我并沒有做什么特別的事情，因此我要一臺新的。”
在看到統(tǒng)計數(shù)據(jù)之前，這一切看起來似乎有些過分。GoodMobilePhones.co.uk公司做的調(diào)查表明，英國超過30%的人因為弄濕手機而使手機損壞。其中近一半(47%)的手機掉進了廁所里。五分之一(21%)的人將飲料濺在手機上。
事實上，日本消費者如今將防水看作是大多數(shù)手機的一個關(guān)鍵功能——即使是高端手機如果要賣得好也需要這個功能。
因此難怪包括索尼和三星在內(nèi)的制造商開始生產(chǎn)防水手機。Strategy Analytics公司的獨立測試對象是索尼的第一臺防水手機——Xperia Z1，它實現(xiàn)了IP58的入口保護等級(最高的液體保護等級)，這意味著這臺手機可以潛入1.5米深的淡水中長達30分鐘。
隨著新一代可穿戴設備不斷沖擊市場——比如智能手表——對防水技術(shù)的需求正變得越來越重要。
為了達到IP58保護等級，索尼組合使用了嚴密密封和后蓋板上的“粘合劑”層，使后蓋與手機本體緊密粘合在一起，從而防止水和灰塵進入元件部分。詳情可參見Witrigs的拆解博客。


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

還有其它一些方法也已經(jīng)被開發(fā)出來，但都還沒普及，比如離子膜(Ion-Mask)。離子膜是英國軍事科學家在2007年開發(fā)出來的一種技術(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換新電池的人都會知道，密封或防水層只是臨時性的措施。為了構(gòu)建一個永久防水手機，我們需要開發(fā)一種沒有孔洞的外殼；那么如何在不犧牲手機功能的條件下正確實現(xiàn)這個目標呢？

對高端手機的快速觀察可以發(fā)現(xiàn)有9個關(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端口以及揚聲器、麥克風、任何物理按鈕，當然還有耳機插座。
耳機插座
第一個藍牙耳機是在世紀之交上市的。如今藍牙耳機已經(jīng)非常普及，可以同時支持標準的電話語音和連接家庭立體聲系統(tǒng)的高質(zhì)量音頻。
電池
這是一個相對容易修復完善的地方。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。消費者是很樂意接受這種安排的，因為電池在手機的兩年壽命內(nèi)幾乎不會損壞，因此受保修條款的覆蓋。

閃存卡
這是另外一個相對容易處理的地方。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機型，iPhone除了這兩種容量外還提供64GB機型。
這樣做的一個理由是內(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)手機在兩年的手機壽命內(nèi)不會裝滿數(shù)據(jù)——并且不會被市場淘汰。與此同時，云存儲減少了對過大硬盤的需求。就拿谷歌來說，它允許你在它的音樂服務器上存儲2萬首歌，而諸如Netflix和LoveFilm等平臺意味著你能在手機上隨時播放視頻流，而不用將視頻存儲在手機上。
不過這確實存在問題，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手機上有幾個可能進水的口子。如果我們想要一個真正防水的手機，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5Gbps的USB3.0，提供了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N快速實現(xiàn)方式，這些速度需要被某種無線替代技術(shù)所匹配。手機一般只有三種無線標準，即Wi-Fi(802.11n是最常見的，其典型傳輸速度為130Mbps或以下)、藍牙(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標準正在開發(fā)中。802.11ac運行在5GHz頻段，并且已經(jīng)在雙頻段和三頻段Wi-Fi芯片組上實現(xiàn)，其典型傳輸速度可達1.7Gbps至2.5Gbps。據(jù)ABI公司預測，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。該無線技術(shù)支持高達5Gbps以上的速度。ABI公司預計到2018年將有14億個三頻段Wi-Fi芯片組采用這種60GHz頻段交付使用。
然而，復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潛力巨大的市場中努力拼搏。
市場主導方將來自采用IP商業(yè)模型的公司——比如著名的Blu Wireless Technology公司，它們開發(fā)的IP允許那些供應商快速創(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充電，因此需要替代性的充電方法。雖然無線充電不是什么新技術(shù)，但只是最近這種技術(shù)才被手機制造商采用——包括諾基亞、LG和HTC，但奇怪的是沒有蘋果。
物理按鈕
僅僅在7年前第一臺iPhone的推出加快了向觸摸屏設備的過渡?，F(xiàn)在我們都習慣了在虛擬鍵盤上輸入電子郵件和消息，不過我們?nèi)匀唤?jīng)常會受挫于錯誤鍵入、意外觸摸以及手機猜測我們真正要輸入的內(nèi)容的企圖。
一般來說，這是前進的一步，但應該有觸摸敏感特性，使得我們無需靠近細看手指或手如何移動?；叵朐诶系氖謾C鍵盤上打字時，每次按鍵選擇都很完美，雖然手機有時會將“fancy a pint”轉(zhuǎn)換為“fancy a riot”。
幾乎所有手機都有一些按鈕。舉例來說，Nexus 4只有一個開/關(guān)和一個音量搖桿。iPhone 5則實現(xiàn)了一個物理home鍵、一個關(guān)機按鈕、兩個獨立音量按鍵和一個靜音開關(guān)。
觸覺功能經(jīng)過了好幾代的發(fā)展，第一代系統(tǒng)實現(xiàn)的機械振動功能震動起整個手機來讓人感覺可怕，而現(xiàn)代的第三和第四代系統(tǒng)可以根據(jù)特定應用、接觸點甚至我們按壓的力量校準響應，這意味著我們可以再次實現(xiàn)這些微妙的觸感，消除手機外殼上的孔洞。
雖然一些初始應用——例如Senseg公司的E－Sense——專注于使用Coulomb效應創(chuàng)建屏幕紋理，但其它一些公司正在開發(fā)精密、可配置的按鈕按壓感覺。英國的Redux Labs就是這樣一家公司，他們使用彎曲波物理技術(shù)控制提供給觸摸點的感覺，并實現(xiàn)了很大的觸覺庫。
麥克風
麥克風面臨的挑戰(zhàn)是：如何允許空中聲波進入、但又阻止水進入手機內(nèi)？
然而，這個解決方案已經(jīng)有許多年了，因為手機總是需要讓麥克風防水——雖然只是防止唾沫而不是意外浸水。密封這個區(qū)的最常見方法是采用Gortex層。由于Gortex層放在易破的密封體上面，它可以為手機提供長期防水效果。
揚聲器
揚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準微型揚聲器的技術(shù)，并且?guī)缀跄茉诋斀袼惺謾C中實現(xiàn)。
目前通常使用康寧公司硬性大猩猩玻璃的手機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(以及亞聲速觸覺波)穿越屏幕，形成更高質(zhì)量的揚聲器。
還可以定位聲波，只從標準手機揚聲器位置發(fā)出聲音——從而確保手機通話保持私密性。
本文小結(jié)
落水損壞手機事件的頻發(fā)導致防水功能成為現(xiàn)代手機的重要差異化因素。
許多公司——比如著名的索尼——開發(fā)的手機將更多地具有防水功能。雖然創(chuàng)建一個真正防水的外殼還面臨諸多的問題，但當今的前沿無線技術(shù)、音頻和觸覺技術(shù)可以用來成功搭建一臺不怕水的手機，無論是掉進了廁所還是濺到了飲料都能保證安然無恙。