Att trycka på en knapp verkar enkelt och man avfärdar lätt hur utmanande det är. Forskare vid Aalto-universitetet, Finland, och KAIST, Sydkorea, har skapat detaljerade simuleringar av knapptryckning med målet att producera människoliknande pressar.

"Denna forskning utlöstes av beundran av vår anmärkningsvärda förmåga att anpassa knapptryckning, " säger professor Antti Oulasvirta vid Aalto-universitetet. "Vi trycker på en knapp på en fjärrkontroll på ett annat sätt än en pianotangent. En skicklig användares press är förvånansvärt elegant när man tittar på timing, pålitlighet, och energianvändning. Vi trycker framgångsrikt på knappar utan att någonsin veta hur en knapp fungerar. Det är i huvudsak en svart låda för vårt motorsystem. Å andra sidan, vi misslyckas också med att aktivera knappar, och vissa knappar är kända för att vara sämre än andra."

Tidigare forskning har visat att touchknappar är värre än tryckknappar, men det har inte funnits tillräcklig teoretisk förklaring.

"Förr, det har varit väldigt lite uppmärksamhet på knappar, även om vi använder dem hela tiden, " säger Dr. Sunjun Kim. Den nya teorin och simuleringarna kan användas för att designa bättre knappar.

"En spännande innebörd av teorin är att aktivering av knappen i det ögonblick då känslan är starkast kommer att hjälpa användarna att bättre rytma sina knapptryckningar."

För att testa denna hypotes, forskarna skapade en ny metod för att ändra hur knappar aktiveras. Tekniken kallas Impact Activation. Istället för att aktivera knappen vid första kontakten, den aktiverar den när knappkåpan eller fingret träffar golvet med maximal effekt.

Tekniken var 94 procent mer exakt vid snabb knackning än den vanliga aktiveringsmetoden för en tryckknapp (Cherry MX switch) och 37 procent än en vanlig pekskärmsknapp som använder en kapacitiv peksensor. Tekniken kan enkelt implementeras på pekskärmar. Dock, vanliga fysiska tangentbord erbjuder inte den avkänningskapacitet som krävs, även om det finns speciella produkter (t.ex. Wooting-tangentbordet) som det kan implementeras på.

Tekniken skulle kunna hjälpa spelare och musiker i uppgifter som kräver snabbhet och rytm.

Simuleringarna kastar nytt ljus över vad som händer under en knapptryckning. Ett problem som hjärnan måste övervinna är att musklerna inte aktiveras perfekt. Istället, varje press är något annorlunda. Dessutom, en knapptryckning är mycket snabb, inträffar inom 100 millisekunder, och är för snabb för att korrigera rörelser. Nyckeln till att förstå knapptryckning är därför att förstå hur hjärnan anpassar sig utifrån de begränsade förnimmelser som är resterna av den korta knapptryckningen.

Forskarna hävdar att hjärnans nyckelförmåga är en probabilistisk modell:Hjärnan lär sig en modell som gör att den kan förutsäga ett lämpligt motorkommando för en knapp. Om en press misslyckas, det kan välja ett mycket bra alternativ och prova det. "Utan denna förmåga, vi skulle behöva lära oss att använda varje knapp som om den var ny, " säger professor Byungjoo Lee från KAIST. Efter att ha lyckats aktivera knappen, hjärnan kan ställa in motorkommandot för att vara mer exakt, använda mindre energi och för att undvika stress eller smärta. "Dessa faktorer tillsammans, med övning, producera det snabba, minimal ansträngning, elegant touch människor kan prestera."

Hjärnan använder sannolikhetsmodeller också för att extrahera information optimalt från de förnimmelser som uppstår när fingret rör sig och dess spets vidrör knappen. Det "berikar" de tillfälliga förnimmelserna optimalt baserat på tidigare erfarenheter för att uppskatta tiden då knappen påverkades. Till exempel, taktil känsla från fingertoppen en bättre prediktor för knappaktivering än proprioception (vinkelposition) och visuell feedback.

Bästa prestanda uppnås när alla sensationer betraktas tillsammans. Att anpassa, hjärnan måste smälta samman sin information med hjälp av tidigare erfarenheter. Professor Lee förklarar:"Vi tror att hjärnan tar upp dessa färdigheter över upprepade knapptryckningar som börjar redan som barn. Det som verkar lätt för oss nu har förvärvats under åren."

Forskarna använde också simuleringen för att förklara skillnader mellan fysiska och pekskärmsbaserade knapptyper. Både fysiska knappar och pekknappar ger tydliga taktila signaler från spetsens påverkan på knappgolvet. Dock, med den fysiska knappen är denna signal mer uttalad och längre.

"Där de två knapptyperna också skiljer sig är starthöjden på fingret, och detta gör skillnad, " förklarar prof. Lee. "När vi drar upp fingret från pekskärmen, det kommer att hamna på olika höjd varje gång. Dess nedtryckning kan inte styras lika noggrant i tid som med en tryckknapp där fingret kan vila ovanpå nyckelkåpan."

Tre vetenskapliga artiklar, "Neuromekanik av en knapptryckning, " "Stötaktivering förbättrar snabb knapptryckning, " och "Moving target selection:A cue integration model, " kommer att presenteras på CHI-konferensen om mänskliga faktorer i datorsystem i Montréal, Kanada, i april 2018.