Uno smartphone è anche un piccolo laboratorio di misura. Dentro la scocca ci sono sensori che rilevano movimento, rotazione, campo magnetico, pressione dell'aria, luce e vicinanza degli oggetti. Ogni volta che lo schermo ruota, il contapassi aumenta o la mappa si orienta nella direzione giusta, qualcuno di questi sensori sta lavorando. Conoscerli aiuta a capire cosa può fare il telefono e perché certe misure sono meno affidabili di quanto sembri.
Sensori di movimento: MEMS
La maggior parte dei sensori di movimento è realizzata con la tecnologia MEMS (sistemi microelettromeccanici): strutture meccaniche minuscole, ricavate nel silicio, che si muovono di frazioni di micrometro. Il loro spostamento viene misurato elettricamente, di solito come variazione di capacità.
Accelerometro
Misura l'accelerazione lungo tre assi. Da fermo rileva l'accelerazione di gravità, e questo gli permette di capire come è inclinato il telefono: è il sensore che decide se lo schermo deve ruotare. In movimento rileva urti e vibrazioni, ed è alla base del contapassi, che riconosce l'andamento ritmico della camminata.
Giroscopio
Misura la velocità di rotazione attorno ai tre assi. È fondamentale per la realtà aumentata, i giochi che si controllano inclinando il telefono e la stabilizzazione delle foto. Ha un difetto tipico: la deriva. Se si somma nel tempo la velocità di rotazione per ottenere un angolo, piccoli errori si accumulano e l'orientamento calcolato si allontana lentamente da quello reale.
Magnetometro
Misura il campo magnetico, compreso quello terrestre: è la bussola. È molto sensibile ai disturbi: magneti delle custodie, altoparlanti, strutture metalliche, auto. Quando un'app chiede di muovere il telefono disegnando un otto, sta calibrando il magnetometro per compensare questi disturbi.
Altri sensori comuni
| Sensore | Che cosa misura | Uso tipico |
|---|---|---|
| barometro | pressione atmosferica | variazioni di quota, piani saliti |
| prossimità | presenza di un oggetto vicino | spegnere lo schermo durante le chiamate |
| luce ambientale | intensità della luce | luminosità automatica |
| impronte | caratteristiche del dito | sblocco e autenticazione |
Il barometro è interessante: la pressione cambia di poco tra un piano e l'altro, ma il sensore è abbastanza sensibile da accorgersene. Per questo alcune app di fitness contano i piani saliti. La misura assoluta della quota, invece, dipende anche dal meteo, perché la pressione varia con le condizioni atmosferiche.
Sensor fusion: lavorare insieme
Nessun sensore da solo è perfetto:
- l'accelerometro dà un riferimento stabile verso il basso, ma è disturbato da ogni movimento;
- il giroscopio è preciso nel breve periodo, ma deriva nel tempo;
- il magnetometro indica il nord, ma soffre i disturbi magnetici.
La sensor fusion combina le tre misure con algoritmi di filtraggio, così che ciascuna compensi i difetti delle altre. Il risultato è un orientamento stabile e reattivo, che i sistemi operativi offrono alle app come sensore «virtuale» già elaborato. Le app di navigazione aggiungono anche la posizione satellitare; quelle di realtà aumentata usano la fotocamera.
Il consumo energetico
Tenere attivi i sensori ha un costo in batteria. Per questo i telefoni hanno spesso un piccolo processore dedicato, chiamato a volte sensor hub, che legge i sensori a basso consumo mentre il processore principale riposa. Il contapassi, il riconoscimento del gesto per sollevare e accendere lo schermo e il rilevamento dell'attività funzionano così tutto il giorno senza pesare troppo sull'autonomia.
Sensori e privacy
I permessi di localizzazione, fotocamera e microfono sono ben visibili; quelli dei sensori di movimento molto meno. Eppure i dati di movimento rivelano molto: abitudini di camminata, orari di sonno, spostamenti in auto. I sistemi operativi hanno introdotto limiti, come la riduzione della frequenza di lettura per le app che non la giustificano, e permessi specifici per l'attività fisica. Vale la pena controllare quali app hanno accesso ai dati di attività fisica e movimento, e revocarlo a quelle che non ne hanno bisogno.
Usi pratici e curiosità
- Alcune app usano l'accelerometro come livella o per misurare le vibrazioni di un elettrodomestico.
- Il magnetometro, con un'app adatta, aiuta a individuare dove passano i tubi metallici o i cavi in una parete, con risultati approssimativi.
- Il sensore di luce, coperto da una pellicola o da una custodia mal tagliata, fa impazzire la luminosità automatica: è una causa frequente e spesso trascurata.
- Un sensore di prossimità sporco o coperto fa spegnere lo schermo durante le chiamate quando non dovrebbe, o non lo spegne quando dovrebbe.
Quando un sensore non funziona
- Riavviare il telefono: molti problemi sono software.
- Togliere custodia e pellicola, soprattutto vicino alla parte alta dello schermo.
- Usare il menu di diagnostica del produttore, se presente, oppure un'app che mostri i valori grezzi.
- Ricalibrare la bussola lontano da oggetti metallici.
In sintesi
- Accelerometro, giroscopio e magnetometro sono sensori MEMS che misurano movimento, rotazione e campo magnetico.
- Ogni sensore ha punti deboli: la sensor fusion li combina per ottenere un orientamento affidabile.
- Il barometro rileva i cambi di quota, ma la quota assoluta dipende anche dal meteo.
- Custodie, pellicole e magneti sono cause frequenti di letture sbagliate.
- I dati di movimento sono dati personali: conviene controllare quali app vi accedono.
