آشنایی با انواع سنسور اثر انگشت گوشی هوشمند

امروزه تلفن های همراه جزء جدایی ناپذیر زندگی ما شده است. در خانه، محیط کار، مسافرت و حتی در رختخواب هم گوشی های تلفن همراه را در کنار خود داریم. به همین دلیل دیگر این وسیله هوشمند به یک بانک اطلاعاتی بزرگ تبدیل شده است. بانکی که داده های گسترده ای ازاطلاعات مربوط به زندگی شخصی و کاری ما را شامل می شود. این اطلاعات می تواند عکس، فیلم، متن، صدا و یا هر چیز دیگری باشد که گاهی ممکن است آینده شخصی و یا کاری ما را تحت تاثیر قرار دهند؛ از این رو تلفن های  همراه مانند هربانکی که دارای سیستم امنیتی و حافظتی پیشرفته است برای حفظ امنیت اطلاعات کاربران خود نیازمند مکانیزم مناسبی است که موبایل را در برابر نفوذ افراد بیگانه مصون نگه دارد. از گذشته تا اکنون همواره امنیت گوشی  های هوشمند دغدغه بسیاری از مردم بوده است. نوآوری ها و ارائه راهکارهای مختلف مانند رسم الگو «pattern» در کنار پین کُد و پسورد و همچنین ابداع ویژگی تشخیص چهره «Face Unlock» نشان دهنده اهمیت امنیت موبایل دربین خریداران و تولیدکنندگان اسمارت  فون ها است. با وجود معرفی پترن و فیس آنلاک اما هنوز مشکلات پابرجا بود. چرا که پترن نیز به مانند پین کُد از امنیت چندان بالایی نداشت و فیس آنلاک هم با مشکلاتی رو به رو بود. (حتی ویژگی های تشخیص چهره  جدید که بهبود پیدا کرده اند و اغلب در گوشی های پرچم دار گران قیمت شاهد آن هستیم، هنوز هم دچار اشکالاتی است.) از سوی دیگر وارد کردن پسورد که به لحاظ امنیتی مقبول تر از موارد فوق بود بدلیل طولانی و زمان بر بودن وارد کردن اطلاعات زیاد با استقبال رو به رو نشد. چراکه روزانه افراد ده ها بار اقدام به لاک و آنلاک کردن گوشی خود می کنند و در هربار وارد کردن اطلاعات می تواند برای آن ها خسته کننده باشد. از همین رو کمپانی های تولیدکننده ویژگی جذاب اثر انگشت « Finger Print» را معرفی کردند. قابلیتی جذاب و با امنیت بسیار بالا. هر فرد اثر انگشت منحصر بفرد خود را دارد و حتی افراد دوقلو و همسان نیز فاقد اثر انگشت مشترک هستند از همین رو امنیت اثر انگشت بسیار بالا است و اغلب افراد می توانند با فعال کردن این قابلیت در تلفن همراه خود از بابت حفاظت از اطلاعات موجود در آن مطمئن باشند. در این مقاله عملکرد این  سیستم را بررسی کرده و با انواع سنسورهای اثر انگشت و جزئیات عملکرد آن ها را بررسی می کنیم. تا انتهای مقاله با وبلاگ فروشگاه اینترنتی سی و سه پل همراه باشید.

محل قرارگیری سنسور اثر انگشت در اسمارت فون های مختلف

شرکت های تولیدکننده  گوشی های هوشمند در طول زمان حسگر اثر انگشت را در قسمت های متفاوتی از محصولات متنوع خود قرار داده اند. قسمت  پایین صفحه نمایشگر، کناره ها و لبه تلفن همراه، پشت گوشی و در اطراف دوربین و امروزه در زیر صفحه  نمایشگر از معمول ترین محل های جایگیری این سنسور است. در نخستین ایام بهره  بردن گوشی ها از این قابلیت که یک ویژگی بزرگ و سوپر لاکچری به شمار می آمد، اغلب سنسور اثر انگشت در زیر نمایشگر قرار داده می شد. اسمارت فون های سری 7 شرکت اپل، اس 7 و آ7 پلاس شرکت سامسونگ از جمله معروفترین و محبوبترین نمونه هایی بودند که این سنسور در زیر نمایشگر و روی دکمه هوم (Home) قرار داشت. جالب است بدانید نسل جدید آیفون SE مدل سال 2020 به مانند نسخه پیشینش از سنسور اثر انگشت در زیر نمایشگر بهره می برد. البته گوشی هایی مانند Zenfone3 شرکت ایسوس که در سال 2016 تولید شده بودند از همان ابتدا این سنسور را در پشت گوشی خود قرار داده بودند. با گذشت زمان و حذف دکمه هوم و تمام صفحه شدن اغلب اسمارت فون ها، محل قرار گیری این سنسور جابه جا شد. به عنوان مثال گوشی های سری اس 8 و نوت 8 سامسونگ حسگر های خود را به پشت دستگاه منتقل کردند. و یا گوشی اکسپریا وان که محصول شرکت سونی است این سنسور را در لبه های کناری دستگاه قرار داده است. البته بررسی ها در این حوزه نشان داده است که اکثر کاربران علاقه ای به قرار گرفتن این حسگر در کناره های گوشی خود ندارند، زیرا لبه های باریک موبایل جای کافی برای این سنسور ندارد لذا این باعث می شود این سنسور به درستی کار نکند و کاربر با خطاهای متعدد روبه رو شود. همچنین مدل های جدیدی از تولیدات کمپانی شیائومی مانند Mi A3, Mi 8, Mi 9T عرضه شده است که دارای حسگر اثر انگشت در زیر صفحه نمایشگر است.

دسته بندی سنسور های اثر انگشت

اکنون کمی وارد جزئیات شده و به سراغ انواع سنسورهای اثر انگشت می رویم. عموما این حسگرها بر اساس نحوه شناسایی  و عملکردشان به سه دسته  تقسیم بندی می شوند: دسته اول سنسورهای اپتیکال و یا نوری هستند که قدیمی ترین نوع از این سنورها را شامل می شوند. در دسته دوم سنسور های خازنی حضور دارند و در گروه آخر هم سنسور های اولتراسونیک قرار می گیرند. در ادامه به بررسی دقیق هر سه دسته می پردازیم:

سنسور اثر انگشت اپتیکال (نوری)

همانطور که اشاره شد این دسته، قدیمی ترین نوع سنسورهای اثر انگشت است و طبیعی است که نسبت به مدل های بعدتر اندکی با مشکلات بیشتری مواجه باشند. اساس کار این حسگر عکس برداری است. حسگر های نوری تصویر اثر انگشت کاربر را گرفته و در حافظه خود ذخیره می نمایند. حساس ترین و مهمترین قسمت این عکس را شیار های سیاه و روشن انگشت تشکیل می دهند که سنسور با استفاده از الگوریتم و مکانیزم خاصی که دارد آن را با تصویر اصلی (عکس مرجع) تطبیق می دهد و در صورت تطابق به شما اجازه ورود خواهد داد. از آنجایی که سنسورهای اپتیکال وابسته به عکس انگشت کاربر مجاز سیستم هستند بنابراین کیفیت عکس این سنسورها می تواند بسیار تعیین کننده باشد. هرچند که در اغلب موارد دوربین های موجود برای عکسبرداری از اثر انگشت از دوربین های خود اسمارت فون ها قوی تر بوده و کیفیت عکاسی بیشتری دارند اما همیشه اینطور نیست و گاهی این کیفیت کم دوربین باعث ضعف امنیتی در سنسور می شود. برای عکاسی قوی تر این سنسورها در هر اینچ ازآن ها به مقدار زیادی دیود تعبیه شده است. شیوه عکاسی از اثر انگشت در سنسورهای اپتیکال بدین شکل است که وقتی کاربر انگشت خود را بر روی محل اثر انگشت (برروی سنسورهای متشکل از دیودها) قرار می دهد باعث بروز تاریکی در قسمت سنسور می شود. تاریکی ایجاد شده منجر به فعال شدن اسکنر های نوری ای که متشکل از چیدمان های ال ای دی هستند شده و باعث می شود بدلیل جبران کمبود نور این اسکنرها همچون فلاش دوربین عمل  کنند.

ایراد و نقطه ضعف این سنسور در برابر مدل های دیگر وجود شکاف امنیتی در ساختار عملکردی آن است. چون اساس و شیوه شناسائی اثر انگشت در این سنسور بر مبنای عکس است؛ تنها با یک عکس کیفیت بالا که شبیه عکس اصلی باشد می توان آن را دور زد!  بنابراین اگر شما یک نقشه 2 بعدی از نمونه اثر انگشت کاربر بدست بیاورید کار تمام است و بسیار راحت خواهید توانست وارد دنیای کوچک فرد بشوید. از این رو حسگر اپتیکال در تامین و حفظ حریم شخصی کاربر به نسبت بقیه چندان قابل اتکا نخواهد بود.

با تمام این تفاسیر این سنسورها از مزیت بالایی برخوردار هستند که باعث شده همچنان بسیاری از کمپانی ها در محصولات خود از آن استفاده کنند.  تمایل شرکت ها به ساخت اسمارت فون هایی با نمایشگر های بزرگ باعث شده است که آن ها به ماژول های کوچک نوری نیاز داشته باشند. به همین دلیل شاهد استفاده از سنسورهای نوری در گوشی هایی مانند OnePlus 8 pro, Mi9 T, Mi9 SE, Mi10 Pro, Mi10 از کمپانی شیائومی، و مدل های P40 , P40 Pro از شرکت هواوی از جمله مدل هایی هستند که از حسگرهای نوری برای سنسور اثر انگشت استفاده می کنند.

سنسور اثر انگشت خازنی

دسته دوم سنسورهای خازنی هستند که متداولترین نوع سنسور به کار رفته در اسمارت فون های امروزی می باشند. باتوجه به  نام این سنورها مشخص است که جنس این سنسورها از خازن های الکتریکی بوده و این خازن ها هستند که وظیفه شناسائی اثر انگشت را برعهده دارند. شاید فکر کنید که در هر سنسور تنها یک خازن به کار می رود اما اینگونه نیست. برای بهبود و افزایش دقت عملکرد سنسور مجموعه ای از چندین خازن در این حسگر ها تعبیه می شود. اساس عملکرد سنسورهای خازنی، ذخیره کردن بار های الکتریکی شارش شده در داخل خود خازن در هنگام تماس با صفحه رسانای اسکنر اثر انگشت است. به عبارت دیگر هنگامی که فرد انگشت خود را به سمت محل اثراگشت می برد سطح اسکن  کننده اثر انگشت که خاصیت رسانایی دارد، بارهای الکتریکی اش با لمس شدن توسط انگشت دچار تغییر می شود؛ این تغییرات به علت بالا و پایین آمدن انگشت در هنگام شناساندن اثر انگشت ایجاد می شود بصورت داده های آنالوگ ذخیره شده  و سپس با استفاده از فرایند op-amp به داده هایی دیجیتالی تبدیل خواهند شد. داده هایی که اکنون بصورت دیجیتالی ذخیره شده اند در حکم جوازی برای شناسائی اثر انگشت مرجع بوده و اثر انگشت های جدیدی که وارد می شوند برای دریافت مجوز ورود به گوشی نیازمند تطابق با داده های اثر انگشت مرجع هستند. باتوجه به مکانیزم عملکردی سنسور های خازنی و همچنین باتوجه به این نکته که در این حسگرها هریک از خازن ها وظیفه شناسایی بخشی از اثر انگشت را دارند، هرچقدر تعداد خازن های بکار رفته در سنسورها بیشتر باشد، این حسگر عملکرد دقیق تر و قابل قبول تری خواهد داشت. حسگرهای خازنی علاوه بر شناسایی اثر انگشت کاربرد های دیگری هم دارند. به عنوان مثال در برخی از گوشی ها بهنگام گرفتن عکس سلفی با دو بار لمس، حسگر در نقش شاتر عملکرده و گوی عکس می گیرد. و یا اینکه در گوشی هایی مانند سامسونگ آ 6 پلاس با لمس حسگر به سمت پایین، نوار ناوبری گوشی ظاهر می شود.

اگر کمی به شیوه عملکرد حسگر های خازنی دقت کرده باشید حتما تاکنون دریافته اید که این سنسور ها نسبت به حسگر های اپتیکال از مکانیزم پیچیده تری بهره برده و امنیت بالاتری دارند. از این رو برای دور زدن آن دیگر نمی توان تنها به یک عکس اکتفا کرد و باید توانایی ها و مهارت های ویژه ای هم در زمینه های سخت افزاری و هم در زمینه نرم افزاری داشته باشید. اما حسگر های خازنی هم مصون از ایراد نیستند. عیب اصلی این سنسورها این است که برای شناسایی اثر انگشت به کشیدن انگشت بر روی سنسور نیازمندند این در حالیست که همین امر باتوجه به مکانیزم این سنسور که مبتنی بر بالا و پایین شدن انگشت است؛ باعث می شود سنسور با اشکالاتی مواجه شده و به درستی کار نکند. امروزه تعداد بسیار زیادی از گوشی های هوشمند موجود در بازار، به حسگر های خازنی مجهز شده اند و این سنسورها بدون مشکل جدی، امنیت گوشی های هوشمند را برعهده دارند.

سنسور اثر انگشت اولتراسونیک

دسته پایانی جدیدترین و آخرین مدل از سنسور های شناسائی اثر انگشت، حسگرهای اولتراسونیک هستند که نسبت به دو دسته پیشین از شاخص های امنیتی بالاتری بهره می برند. نخستین بار کمپانی چینی LeTV در گوشی های هوشمند خود موسوم به LE Max ، از این قابلیت بهره برد. اما امروزه با گسترش این تکنولوژی کمپانی های شیائومی و سامسونگ نیز در محصولات خود از این قابلیت استفاده می کنند. در این حسگرها نقش اصلی بر روی دوش گیرنده ها و فرستنده های فراصوت (یا همان اولتراسونیک) است؛ نام اولتراسونیک نیز به همین دلیل برروی این سنسور ها گذاشته شده است. شیوه کار این حسگرها بدین شکل است که فرستنده های فراصوت موجود بر روی اسکنر در هنگام نزدیک شدن انگشت به حسگر پالس هایی را به سمت انگشت ارسال می کنند. بدلیل وجود شیار و ناهمواری بر روی انگشتان بعضی از این پالس ها جذب شده و برخی دیگر بازمی گردند. این فرایند موجب ایجاد یک الگو از اثر انگشت کابر می شود. از طرف دیگر قسمت  دریافت کننده سیگنال های اولتراسونیک فشار های مکانیکی را تشخیص می دهند؛ درنتیجه این سنسور براساس پالس های برگشتی و الگوی ایجاد شده از اثر انگشت، طرح اثر انگشت کاربر در حافظه سنسور ثبت می شود. در فرایند ثبت اثر انگشت مرجع به سنسور زمان کافی برای شناسائی را بدهید طرح ایجاد شده از اثر انگشت شما دقیق تر خواهد بود.

از ایرادات این سنسور هم می توان به کند بودن آنها اشاره کرد. باتوجه به سیستم عملکرد این حسگرها، سنسور های اولتراسونیک باوجود دقت بسیاربالاتر سرعت تشخیص پایینی دارند که می تواند برای کاربر اذیت کننده باشد. مورد دیگر هم اینکه این سنسور ها باوجود محافظ های صفحه  نمایش عملکرد درستی از خود نشان نمی دهند و دچار مشکل می شوند.

 آخرین نسل گوشی های سری گلکسی سامسونگ یعنی اس 20، اس 20 اولترا، اس 20 پلاس، نوت 20 و درنهایت نوت 20 پلاس همگی از سنسورهای اولتراسونیک استفاده می کنند.

سخن آخر

پیدایش سنسورهای اثر انگشت بسیاری از مشکلات مانند فراموشی پسورد، امکان لو رفتن پسورد و... از بین رفت. به علاوه امکان تعریف چند اثر انگشت به شما این اجازه را می دهد که بدون نگرانی از لو رفتن رمز عبور خود  به افرادی که اطمینان دارید اجازه دسترسی به گوشی خود را بدهید. در این مقاله تلاش شد با معرفی انواع سنسورهای تشخیص اثر انگشت شما را بیش از پیش با عملکرد این سیستم  امنیتی آشنا کنیم. شناخت سنسورهای مختلف و دانستن این نکته که در کدام گوشی هوشمند چه نوع سیستم حفاظتی ای به کار رفته است به شما این امکان را می دهد که اگر امنیت گوشی برایتان مهم است درهنگام خرید با دقت بیشتری اقدام به تهیه گوشی  هوشمند بکنید.

فروشگاه سی و سه پل به عنوان یکی از بزرگترین و معتبرترین فروشگاه های لوازم جانبی و قطعات موبایل سطح کشور، انواع مختلفی از سنسور اثر انگشت گوشی های مختلف را با قیمت استثنایی به شما ارائه می دهد. اگر قصد خرید و تعویض سنسور اثر انگشت گوشی خود را دارید، می توانید مدل گوشی خود را در این فروشگاه جستجو کنید و اقدام به خرید سنسور مورد نظر خود کنید.