کالبدشکافی اپل پنسل؛ رازهای مینیاتوری در قلم هوشمند اپل

اپل خیلی درباره جزئیات فنی این قلم حرفی نزده، اما بیایید قبل از هر کاری، مشخصات اصلی که ازش مطمئن هستیم رو با هم مرور کنیم:

← پشتیبانی از بلوتوث نسخه 4.1 برای اتصال پایدار و سریع.

← سرعت اسکن حرکت قلم، دو برابر بیشتر از سرعت تشخیص لمس انگشت روی صفحه‌نمایشه.

← باتری داخلی که می‌تونه تا 12 ساعت استفاده مداوم رو جواب بده.

← ابعاد دستگاه: طول 175 میلی‌متر و قطرش فقط 8.9 میلی‌متره.

مجهز به کانکتور لایتنینگ برای شارژ کردن سریع قلم.

قبل از اینکه تیغ جراحی رو دست بگیریم، بد نیست اپل پنسل رو با رقبای معروفش مقایسه کنیم. اولی قلم سرفیس مایکروسافت (Surface Pen) هست. دومی هم قلم معروف Pencil از شرکت 53 هست که برای اپلیکیشن Paper ساخته شده بود و قابلیت‌های مشابهی با اپل پنسل داره.

جالبه بدونی قلم سرفیس مایکروسافت خیلی راحت باز می‌شه و کاربر می‌تونه باتریش رو خودش عوض کنه.

یه نکته دیگه هم اینکه قلم سرفیس، پاک‌کن هم داره که اپل پنسل ازش بی‌بهره است!

اپل توی جعبه یه نوک یدکی و یه آداپتور لایتنینگ به لایتنینگ گذاشته تا مجبور نباشی قلم رو مستقیما به آیپد وصل کنی و نگران شکستنش باشی. درپوش انتهای قلم که کانکتور رو می‌پوشونه، با آهنربا سر جاش محکم می‌شه و حس خیلی خوبی موقع باز و بسته کردن داره. وقتی درپوش رو برمی‌داریم، شماره مدل A1603 خودش رو نشون می‌ده. خب، وقتشه بریم داخلش!

اول از نوک قلم شروع می‌کنیم. با چند تا چرخش ساده، نوک پلاستیکی خیلی راحت باز می‌شه. وقتی داخلش رو نگاه می‌کنی، یه قطعه فلزی کوچیک می‌بینی که تا جای ممکن به نوک نزدیک شده تا کمترین فاصله رو با صفحه نمایش داشته باشه.

این قطعه فلزی احتمالا به یکی از فرستنده‌های داخل نوک وصل می‌شه تا آیپد پرو بتونه زاویه و جهت قرارگیری قلم رو دقیقا تشخیص بده و ضخامت خط رو بر اساس اون تنظیم کنه.

دیجی‌تایزر روی آیپد پرو باید بتونه فاصله هر فرستنده تا صفحه رو محاسبه کنه و با این اطلاعات، زاویه دقیق قلم نسبت به آیپد رو به دست بیاره.

حالا می‌ریم سراغ قسمت بالایی یعنی کانکتور لایتنینگ. برای نرم کردن چسب‌های این قسمت، از iOpener استفاده می‌کنیم تا کمی حرارت بهش بدیم.

واقعا عجیبه که اسم این دستگاه رو "مداد" گذاشتن، اما هیچ قسمتی برای پاک کردن (مثل پاک‌کن انتهای مداد واقعی) براش در نظر نگرفتن!

حتی با وجود حرارت iOpener، مجموعه کانکتور لایتنینگ قصد نداره به این راحتی‌ها از پوسته‌اش بیرون بیاد. با یه کشش محکم بالاخره جدا می‌شه. اما متأسفانه تو همین مرحله اول فشار زیاد باعث شد یه فلت پاره بشه!

همین اتفاق نشون می‌ده که این از اون کالبدشکافی‌هایی نیست که در نهایت بتونیم دستگاه رو دوباره صحیح و سالم سرهم کنیم؛ این یه مسیر یک‌طرفه‌ست.

وقتی دیدیم از بالا و پایین راه نفوذ منطقی وجود نداره، احتیاط رو کنار می‌ذاریم و می‌ریم سراغ ابزارهای سنگین‌تر. با استفاده از فرز مینیاتوری، پوسته پلاستیکی اپل پنسل رو با دقت برش می‌دیم تا به هسته اصلی برسیم و یه محفظه فلزی کامل زیرش نمایان می‌شه.

خبر خوب اینه که موقع برش دادن، آسیبی به باتری نرسید! به نظر می‌رسه دقتمون تو استفاده از فرز حسابی جواب داده.

بعد از تمیز کردن براده‌های پلاستیک و یه استراحت کوتاه، حالا هسته اصلی قلم بدون پوسته پلاستیکی روبرومونه. با یه نگاه دقیق روی استوانه فلزی، یه پیچ سه‌سو (Tri-point) فوق‌العاده ریز می‌بینیم که دقیقا شبیه پیچ‌های استفاده شده توی اپل واچ هست.

خوشبختانه ما پیچ‌گوشتی مخصوص این کار رو تو ابزارهامون داریم و نیازی به دردسرهای اضافه نیست.

دقیقا زیر این پیچ کوچیک، چند تا پین اتصال (Contact) ریز دیده می‌شه که به احتمال زیاد اپل ازشون برای تست‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری تو کارخونه استفاده می‌کنه.

بعد از کمی برش‌کاری دوباره روی لایه فلزی، بالاخره به اجزای داخلی می‌رسیم. اینجا آنتن و مجموعه باتری خودشون رو نشون می‌دن. برخلاف مدادهای معمولی، اینجا هیچ خبری از گرافیت نیست!

این باتری لیتیوم یونی فوق‌العاده کوچیک با ولتاژ 3.82 ولت و ظرفیت 0.329 وات‌ساعت، فقط حدود 5 درصد ظرفیت باتری آیفون 6s انرژی ذخیره می‌کنه.

برای مقایسه، باتری قلم سرفیس مایکروسافت توسط کاربر قابل تعویضه و معمولا بین 0.4 تا 0.9 وات‌ساعت ظرفیت داره.

با کنار رفتن پوسته فلزی، آنتن رو جدا می‌کنیم که با ترکیب رنگ مشکی و طلایی معروف اپل طراحی شده. حالا اون فلتی که تو مراحل اول پاره شد رو بهتر می‌بینیم؛ این فلت بین کانکتور لایتنینگ و باتری کشیده شده و به نظر می‌رسه چند تا آیسی شارژ هم روی مسیرش قرار دارن. چون سمت دیگه قلم هم تراشه‌های بیشتری دیدیم، باتری رو کنار می‌ذاریم تا بریم سراغ قسمت جذاب ماجرا یعنی برد اصلی!

این برد اصلی کوچیک برای اینکه کمترین فضای ممکن رو اشغال کنه، از وسط تا شده. واقعا طراحی هوشمندانه‌ایه!

وزن این مادربرد فقط 1.0 گرمه و قطعا یکی از کوچک‌ترین بردهاییه که تا حالا دیدیم. بیایید نگاهی به چیپ‌های روی این برد بندازیم تا ببینیم مغز متفکر این قلم چیا داره:

← میکروکنترلر 32 بیتی فوق کم‌مصرف STMicroelectronics با معماری ARM.

← سوییچ‌های لود 5 کاناله PMOS از شرکت STMicroelectronics مدل STMLS05.

← میکروکنترلر 32 بیتی ARM Cortex-M0+ ساخت STMicroelectronics با 64 کیلوبایت حافظه فلش (مدل STM32L052T8).

← مبدل آنالوگ به دیجیتال 24 بیتی از Maxim Integrated (مدل MAX11290).

تراشه هوشمند بلوتوث ساخت Cambridge Silicon Radio یا همون کوالکام.

شتاب‌سنج مدل BMA282 ساخت شرکت Bosch Sensortec.

← آمپلی‌فایر دقیق سنجش جریان از Maxim Integrated (مدل MAX44284).

برمی‌گردیم سراغ پوسته فلزی تا سنسورهای نوک قلم رو بررسی کنیم و راز کارکردشون رو بفهمیم. با جدا کردن یکی از ریزترین بردهایی که تو عمرمون دیدیم، سه تا نقطه اتصال روی برد و سه تا نقطه روی انتهای مجموعه نوک قلم پیدا کردیم. احتمالا این قطعات با اندازه‌گیری فاصله بین خودشون، میزان فشار وارد شده از نوک قلم رو تشخیص می‌دن. یه تراشه هم اینجاست که داستان عملکرد نوک رو روشن‌تر می‌کنه.

← روی این تراشه کد 8529043 343S00008-A1 نوشته شده که احتمالا یه کنترلر سفارشی از STMicroelectronics برای مدیریت سنسور نوک قلم هست.

کالبدشکافی فیزیکی بیشتر روی نوک قلم دیگه امکان‌پذیر نیست، اما مشکلی نداریم چون با استفاده از تصاویر اشعه ایکس، می‌تونیم داخلش رو دقیق ببینیم. توی این عکس‌ها، نوک فنری فوق‌العاده ریز و دو تا فرستنده‌ای که داخل شفت قرار گرفتن کاملا مشخصن. همچنین برد اصلی تاشده، کانکتور لایتنینگ و درپوش رو هم زیر اشعه ایکس بردیم تا چیزی از قلم نیفته.

خوشبختانه این عکس‌های رادیولوژی رو قبل از اینکه قلم رو تکه‌تکه کنیم گرفتیم. توی عکس‌ها می‌تونی ببینی که کانکتور چقدر تمیز به فلت کوچیکش لحیم شده؛ یه شاهکار مهندسی که البته تعمیرپذیریش رو به صفر رسونده!

رسیدیم به پایان ماجرا. به عنوان جمع‌بندی، اپل پنسل نمره 1 از 10 رو تو تعمیرپذیری می‌گیره (10 یعنی راحت‌ترین حالت). با این کالبدشکافی تو تیم آیسی‌مدار دیدیم که این دستگاه فوق‌العاده مینیاتوری فقط یه بار مونتاژ می‌شه و برای تعمیر ساخته نشده. یادت نره اپلیکیشن آیسی‌مدار رو به دوستات و همکارات معرفی کنی تا اونا هم به این محتواهای جذاب دسترسی داشته باشن!

← تنها قطعاتی که کاربر می‌تونه خودش عوض کنه، نوک پلاستیکی قلم و درپوش انتهای اونه که در صورت گم شدن یا خراب شدن به راحتی جایگزین می‌شن.

← این قلم به هیچ وجه برای باز شدن یا تعمیر طراحی نشده؛ ورود به داخل دستگاه بدون تخریب کامل بدنه غیرممکنه.

← لایه‌های پلاستیک و فلزی که قطعات داخلی رو در بر گرفتن، جوری به هم محکم شدن که برداشتنشون فقط با بریدن و خرد کردن امکان‌پذیره.

← باتری دستگاه با وجود اینکه برای 12 ساعت کارکرد مداوم عالیه، اما غیرقابل تعویضه و همین موضوع باعث می‌شه وقتی عمر باتری تموم بشه، کل دستگاه بلااستفاده بشه.