آیا می‌دانید حسگر اثرانگشت از چه زمانی به‌وجود آمده‌‌اند، چند نوع هستند، چه ساختاری دارند، چگونه عمل می‌کنند و چه از سخت‌افزارها و الگوریتم‌های امنیتی بهره می‌برند؟

حسگر اثرانگشت یکی از فناوری‌هایی است که در سال‌های اخیر نقش بسیاری مهمی در افزایش امنیت دستگاه‌های مختلف داشته است و بیشتر شرکت‌های سازنده‌ی گوشی نیز انواع مختلفی از این حسگرها را از چند سال گذشته تاکنون از محصولات خود تعبیه کرده‌اند.

این حسگرها که از زمان پیدایش خود تاکنون پیشرفت‌های زیادی داشته‌اند، زمانی تنها در گوشی‌های و سایر دستگاه‌های رده‌بالا استفاده می‌شدند؛ اما امروزه در گوشی‌های میان‌رده و حتی ارزان‌قیمت هم وجود دارند؛ علاوه‌بر این، استفاده از این حسگرها در دستگاه‌های مورداستفاده برای تشخیص هویت نیز در سال‌های اخیر افزایش یافته که باعث شده است بهره‌مندی از در حوزه‌های مختلف افزایش یابد. به همین دلیل برآن شده‌ایم تا آن‌ها را از جنبه‌های مختلف بررسی کنیم.

تعریف

حسگر اثرانگشت یکی از فناوری‌های امنیتی زیست‌سنجشی یا بیومتریک (فناوری‌های مبتنی بر تجزیه و تحلیل داده‌های زیستی مرتبط‌با ویژگی‌های بیولوژیکی بدن انسان مثل اثرانگشت، ساختار عنبیه چشم، اثر کف دست، الگوهای صوتی و شکل دست و پا) به‌شمار می‌رود که برای شناسایی اثرانگشت و تشخیص هویت کاربر جهت ورود یا جلوگیری از ورود او به یک سیستم استفاده می‌شود و ساختار آن ترکیبی از ویژگی‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری است.

تاریخچه

در این بخش ابتدا مهم‌ترین رویدادها در تاریخ آشنایی بشر با اثرانگشت، بهره‌گیری از آن برای شناسایی افراد، ساخت حسگر اثرانگشت و آغاز استفاده از آن در وسایل مختلف از جمله لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند را از قرن ۱۴ میلادی تا سال ۲۰۱۴ بیان می‌کنیم

در سال ۱۴۰۰ شیخ فضل‌الله همدانی در کتاب خود یعنی جوامع‌التاریخ برای نخستین بار نظراتی در مورد شناسایی افراد با اثرانگشت بیان کرد.

در سال ۱۶۸۵ گواررد بیدلو، پزشک هلندی، در کتاب خود تحت‌عنوان «آناتومی بدن انسان (Anatomy of the Human Body)»، جزئیات برجستگی‌های کف دست و سر انگشت یا همان الگوی پاپیلاری (الگوهای اختصاصی خطوط، برجستگی‌ها و تورفتگی‌های اثرانگشت هر فرد) را شرح داد.

در سال ۱۷۸۸ دانشمندی آلمانی به نام یوهان کریستف آندره مایر در سال ۱۷۸۸ برای نخستین بار اعلام کرد که اثرانگشت هر فرد مختص به او است و نمی‌توان دو اثرانگشت را پیدا کرد که کاملا با یکدیگر یکسان باشند.

در سال ۱۸۲۳ یان اوانگلیستا پورکین، داشنشمند اهل جمهوری چک، ۹ الگوی اثرانگشت را معرفی کرد.

در سال ۱۸۵۸ هرمان وکلر، دانشمند آلمالی، برای نخستین بار پایداری اثرانگشت را بررسی و در سال ۱۸۹۸ مطالعه‌ای با همین موضوع منتشر کرد.

در سال ۱۸۵۹ ویلیام جیم هرشل، دانشمندان انگلیسی، نخستین فردی بود اثرانگشت خود را با جوهر پای یک قرارداد داخلی زد.

درسال ۱۸۶۳ دانشمندی فرانسوی به‌نام پال ژون کولی، نخستین فردی بود که دریافت می‌توان اثرانگشت را روی کاغذ چاپ  و از ذره‌بین برای شناسایی اثرانگشت افراد مظنون و مجرم و دستگیری آن‌ها با این روش استفاده کرد.

در سال ۱۸۷۷ آقای توماس تیلور، فردی آمریکایی که میکروسکوپ‌ها را مورد مطالعه قرار داد، برای نخستین بار این موضوع را مطرح کرد که می‌توان با مطابقت‌دادن اثرانگشت به‌جا‌مانده روی اجسام و اثرانگشت افراد مظنون، مجرمان و قاتلان را شناسایی کرد.

در دهه‌های ۱۸۷۰ و ۱۸۸۰ جراحی انگلیسی به نام هنری فولدز به اهمیت شناسایی ازطریق اثرانگشت پی برد. وی همچنین روشی برای دسته‌بندی اثرانگشت‌ها ابداع و روش دیگری برای ثبت اثرانگشت با جوهر طراحی کرد

درسال ۱۸۸۸ فرانسیس گالتون پژوهش‌های مرتبط‌با شناسایی با اثرانگشت را آغاز کرد.

در سال ۱۸۹۲ بازرسی به نام ادواردو آلوارز موفق شد برای نخستین بار قاتلی به نام فرانسیسکا رجاس را که اثرانگشت خونی او روی در به جا مانده بود، شناسایی کند.

اثرانگشت قاتل شناسایی‌شده

در سال ۱۸۹۷ اولین اداره‌ی تشخیص هویت با اثرانگشت جهان در کلکته‌ در هند ایجاد شد.

در سال ۱۹۷۴ نخستین سیستم کامپیوتری ثبت اثرانگشت با فناوری تصویربرداری دیجیتالی و ذخیره و تحلیل آن (موسوم به فناوری (AFIS) ایجاد شد و FBI استفاده از آن را آغاز کرد.

یک سال بعد فرایند FBI فرایند ایجاد و توسعه‌ی فناوری ایجاد حسگرها و فناوری استخراج اطلاعت مربوط‌ به خطوط منحنی دوگانه و نقطه‌ی پایانی خطوط منحنی را آغاز کرد که منجر به ساخت نمونه‌‌ی اولیه‌ی یک اثرانگشت شد. نمونه‌های اولیه‌ی حسگرها از تکنیک‌های خازنی برای جمع‌آوری اطلاعات مربوط‌به ویژگی‌های اثرانگشت استفاده می‌کردند.

سرانجام در سال ۱۹۹۵ شرکت تامسون سی اس اف (Thomson-CSF) نخستین حسگر اثرانگشت جهان را تولید کرد. در این حسگر از فناوری دوربین‌های مادون قرمز جهان استفاده شده بود. این حسگر که درواقع نوعی حسگر اثرانگشت گرمایی بود، در سال ۱۹۹۷ برای نخستین بار در معرض نمایش برای عموم مردم قرار گرفت.نخستین حسگر اثرانگشت در سال ۱۹۹۵ تولید شد

حسگر اثرانگشت این شرکت در سال ۱۹۹۸ برای نخستین بار در لپ‌تاپ اچ‌پی مدل OB3000 تعبیه شد و این لب‌تاپ به‌عنوان اولین وسیله‌ی مجهز به حسگر اثرانگشت روانه‌ی بازار شد. پس از آن گوشی ساژم MC 959 ID phone به‌عنوان اولین گوشی بی‌سیم مجهز به حسگر اثرانگشت وارد بازار شد. در سال ۲۰۰۲ دستیار دیجیتالی شخصی اچ‌پی iPAQ h5450 به‌عنوان اولین دستیار دیجیتالی دارای حسگر اثرانگشت تولید و عرضه شد. در سال ۲۰۰۳ نیز گوشی فوجیتسو F505i توانست عنوان نخستین گوشی مجهز به حسگر اثرانگشت را از آن خود کند. برای مشاهده‌ی فهرست تمام وسایل مجهز به حسگر اثرانگشت از سال ۱۹۹۸ تا سال ۲۰۰۷، به این صفحه مراجعه کنید.

البته گوشی پنتک جی ۱۰۰ نخستین گوشی مجهز به اثرانگشت بود که توانست نظر افراد را به خود جلب کند و حتی در برخی از منابع به‌عنوان اولین گوشی مجهز به حسگر اثرانگشت معرفی شده است. این حسگر علاوه‌بر تشخیص اثرانگشت می‌توانست برای تشخیص هویت کاربر و شماره‌گیری سریع با اثرانگشت نیز استفاده شود؛ البته توشیبا نخستین شرکتی بود که این رویکرد را به‌صورت جدی ادامه داد و در سال ۲۰۰۷ گوشی‌های G500 و G900 را با حسگر اثرانگشت روانه‌ی بازار کرد. پس از توشیبا اچ تی سی با تولید گوشی P6500، ایسر با M900، ال‌جی با GW820 eXpo در سال ۲۰۰۹ و موتورولا با ES400 این روند را دنبال کردند.

البته می‌توان گفت عموم مردم زمانی با حسگرهای اثرانگشت آشنا شدند که اپل برای اولین‌بار آن‌ها را در سال ۲۰۱۳ با عنوان Touch ID را در گوشی آیفون ۵ اس تعبیه کرد. سامسونگ نیز در سال ۲۰۱۴ اولین گوشی مجهز به حسگر اثرانگشت خود یعنی گلکسی اس ۵ را عرضه کرد. عرضه‌ی این دو گوشی درواقع نقطه‌ی آغاز استفاده‌ی رسمی و گسترده‌ از حسگر اثرانگشت در گوشی‌های مختلف بود.

در تصویر زیر می‌توانید تاریخچه‌ی مختصر حسگرهای اثرانگشت را از سال ۱۸۹۲ تا ۲۰۱۴ را در یک نگاه مشاهده کنید.

ساختار حسگر اثرانگشت و نحوه‌ی عملکرد آن

درکل شش نوع حسگر اثرانگشت وجود دارد؛ نوری، حسگرهای نیمه‌هادی (خازنی، رادیویی، حرارتی، فشاری) و فراصوت. به‌دلیل اینکه بیشتر حسگرها از نوع اپتیکال، خازنی و فراصوت هستند، در مورد آن‌ها بیشتر توضیح خواهیم داد.

اجازه دهید قبل از بیان انواع مختلف حسگرها، نحوه‌ی کار حسگرهای متداول اثرانگشت را به‌صورت کاملا ساده توضیح دهیم. در بیشتر حسگرهای متداول (البته نه همه‌ی آن‌ها) ابتدا تصویری از اثرانگشت تهیه و پس از شناسایی بخش‌‌های مختلف آن و تهیه‌ی الگو از آن، الگوی تهیه‌شده به‌صورت دیجیتالی با نمونه‌ی ذخیره‌شده مطابقت داده می‌شود.

اسکنر اثر  انگشت با حسگر اثرانگشت تفاوت دارد

نکته‌ی حائز اهمیت دیگری که قبل از آن آشنایی با انواع حسگر اثرانگشت باید به اشاره کنیم؛ تفاوت بین اسکنر اثرانگشت و حسگر اثرانگشت است؛ بسیاری از افراد این دو قطعه‌ی الکترونیکی را یکی می‌دانند؛ اما اصلا این چنین نیست؛ زیرا درواقع اسکنر به کل قطعه‌ای کفته می‌شود که با تهیه‌ی نسخه‌ی الکترونیکی از اثرانگشت کاربر، رمزگذاری آن به‌صورت دیجیتالی و درنهایت ارسال اثرانگشت به قطعه‌ای دیگر، وظیفه‌‌ی تشخیص و شناسایی اثرانگشت را برعهده داردِ؛ اما حسگر قطعه‌ای تعبیه‌شده در داخل اسکنر است که با شیوه‌های مختلف که در ادامه در مورد آن‌ها توضیح خواهیم داد، الگوی تهیه‌‌شده از اثرانگشت را به سیگنالی الکتریکی تبدیل می‌کند؛ به عبارت دیگر اسکنر اطلاعات را دریافت و حسگر با پردازش نهایی آن‌ها، امکان استفاده از اطلاعات را فراهم می‌کند.

حسگرهای اپتیکال یا نوری

حسگرهای اپتیکال با گرفتن تصویری نوری از اثرانگشت، آن را شناسایی می‌کنند و تشخیص می‌دهند

حسگرهای نوری که به آن حسگرهای بصری یا چشمی نیز گفته می‌شود، قدیمی‌ترین نوع حسگر برای ثبت و مقایسه‌ی اثرانگشت‌ها محسوب می‌شود (البته همان‌طور که گفته می‌شود نمونه‌های اولیه حسگرهای اثرانگشت قبل از ساخت نخستین حسگر اثرانگشت تجاری، از تکنیک‌های خازنی برای تشخیص اثرانگشت استفاده می‌کردند) و بر پایه‌ی گرفتن تصاویر نوری و عکس ایجاد شده است. این حسگرها با تحلیل تیره‌ترین و روشن‌ترین نقاط اثرانگشت، از چند الگتوریم برای تشخیص الگوهای منحصر‌به‌فرد اثرانگشت مثل (خطوط منحنی و سایر بخش‌های آن) استفاده می‌کنند.

این حسگرها مانند دوربین‌ها رزولوشن مشخصی دارند و هر چقدر رزولوشن بالاتری داشته باشند، جزئیات بالاتری ثبت می‌کنند و در نتیجه از امنیت بیشتری برخوردار هستند؛ البته تصاویری که این حسگرها می‌گیرند، نسبت به تصاویر دوربین کنتراست بیشتری دارند. در هر اینچ از این حسگرها تعداد بسیاری دیود نصب شده است تا حداکثر جزئیات ممکن ثبت شود. سطح این حسگرها که انگشت روی آن قرار می‌گیرد، بسیار تیره است؛ بنابراین برخی از آن‌ها مجهز به چند ردیف فلش LED هستند که باعث روشن‌شدن تصویر هنگام تصویربرداری می‌شوند. درضمن این حسگرها مجهز به آرایه‌ای از تشخیص‌دهنده‌های فتودیود یا فتوترانزیستور برای تبدیل انرژی موجود در نور تشخیص‌‌دهنده‌ها به جریان الکتریکی هستند.

‌در‌حال‌حاضر حسگرهای اثرانگشت نوری مانند صفحه‌های لمسی مقاومتی به میزان کمی استفاده می‌شوند و تنها می‌توان آن‌ها را در دستگاه‌های ارزان‌قیمت دید؛ البته اکنون هزینه‌ی تولید حسگرهای خازنی که عملکرد بسیار بهتری نسبت به انواع نوری خود دارند، کاهش یافته است و در دستگاه‌های میان‌رده نیز از آن‌ها استفاده می‌شود.

البته به‌دلیل اینکه در سال‌های اخیر سازندگان گوشی‌های هوشمند به استفاده از صفحه‌های بدون حاشیه در محصولات خود روی آورده‌اند، استفاده از حسگرهای نوری کوچک که نیازمند فضای کمی هستند و می‌توان آن‌ها را در زیر شیشه‌ی صفحه‌نمایش نصب کرد، دوباره باب شده است! شرکت سینَپتیک (Synaptic)، تولیدکننده‌ی حسگرهای مختلف برای گوشی‌ها و سایر دستگاه‌ها، با رونمایی از حسگر اثرانگشت مدل Natural ID FS9100 اعلام کرده است که این حسگر در زیر شیشه با ضخامت یک میلی‌متر عملکرد بسیار خوبی دارند و می‌توان با انگشت تَر (حسگرهای خازنی اثرانگشت انگشت‌های تَر را تشخیص نمی‌دهد) نیز از آن‌ها استفاده کرد؛ بنابراین شاید در سال‌های آتی هم شاهد استفاده از حسگرهای نوری باشیم! قضاوت درباره‌ی این موضوع را به شما خوانندگان عزیز واگذار می‌کنیم؟

انواع حسگر اپتیکال

حسگرهای اپتیکال با سه روش متفاوت عمل می‌کنند که باعث ایجاد سه نوع متفاوت از آن‌ها شده است.

روش بازتاب اپتیکال

در این روش حسگر اپتیکال از پدیده‌ای تحت‌عنوان بازتاب کلی تضعیف‌شده بهره می‌برد. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که نور وارد فضای بین دو ماده‌‌ی رسانگر (فضایی که باعث ایجاد ارتباط بین آن‌ها می‌شود) و انرژی نور به دو بخش تقسیم شود؛ سپس بخشی از مرز بین دو ماده بازتاب می‌شود و بخشی دیگر از همان قسمت وارد ماده‌ی دوم می‌شود. میزان نور بازتاب‌شده به نسبت کل آن به عواملی مثل زاویه‌ی انتشار شار نور (به کل خارج‌شده از یک منبع نوری در مدت‌زمان معین که در تمام جهات پخش می‌شود)؛ البته با شروع بازتاب میزان مشخصی از نور از یک زاویه‌ی مشخص، تمام نور بازتاب می‌شود.

این پدیده را بازتاب کل داخلی می‌نامند؛ وقتی که سطح انگشت با سطح اسکنر اپنیکال تماس پیدا می‌کندِ، تراکم بیشتر سطح انگشت نسبت به سطح اسکنر باعث عبور نور از مرز میان این دو سطح می‌شودِ؛ بنابراین تنها از آن دسته از پرتوهای نور که با قسمت پاپیلاری سطح انگشت در تماس نبوده‌اند، بازتاب می‌شوند. گرفتن تصویر نوری از سطح انگشت مستلزم استفاده از حسگر تصویر است که بسته به نوع اسکنر می‌تواند CCD یا CMOS باشد؛ البته حسگرهایی را که از این روش استفاده می‌کنند، می‌توان به‌ راحتی فریب داد و قادر به شناسایی اثرانگشت انگشت‌ های تر یا آغشته به مواد مختلف نیز نیستند.

نوردهی اپتیکال

این نوع حسگرها از آرایه‌ی فیبر نوری استفاده می‌کنند که در آن تمام موج‌برها در خروجی به حسگرهای عکس متصل می‌شوند. حساسیت هر یک از این حسگرها امکان جذب باقیمانده‌ی نوری را که از نقطه‌ی تماس انگشت با سطح آرایه می‌گذرد، فراهم می‌کند و درنهایت تصویر کل سر انگشت براساس اطلاعات هر یک از حسگرهای عکس ایجاد می‌شود. از مزایای این حسگرها می‌توان به عملکرد دقیق و فریب‌‌نخوردن آن‌ها و از معایب‌شان می‌توان به پیچیدگی ساختار اشاره کرد.

حسگرهای بدون تماس

برای کار با این حسگرها لازم نیست انگشت را روی سطح اسکنر آن‌ها قرار دهید؛ بلکه تنها کافی است انگشت خود را نزدیک سوراخ  اسکنر بگیرید؛ در مرحله‌ی بعدی چند منبع نور از زوایای مختلف به سر انگشت نور می تابانند؛ سپس لنزی که در مرکز اسکنر قرار دارد، اطلاعات جمع‌آوری‌شده را به یک حسگر تصویر CMOS که می‌تواند اطلاعات را به تصویر سر انگشت تبدیل کند، انتقال می‌دهد.

برخی از حسگرهای نوری مجهز به نوع دیگری از تشخیص‌دهنده‌ها تحت‌عنوان دستگاه بار جفت‌شده یا CCD هستند که به میزان کم نور هم حساس هستند و می‌توانند تصاویری با گستره‌ای عالی از سایه‌ رنگ خاکستری ایجاد کنند؛ البته به‌دلیل اینکه تشخیص اثرانگشت، نیازی حساسیت به نور کم و تصویری با میزان گسترده‌ای از سایه رنگ خاکستری نیست و از سویی دیگر  حسگرهای تصویر CCD هم گران‌قیمت هستند، نسبت به حسگرهای CMOS که استفاده از آن‌ها هزینه‌ی کمتری دارد، کمتر استفاده می‌شوند.

مزایا و معایب

حسگرهای اپتیکال دقت نسبتا خوبی دارند؛ اما به‌دلیل اینکه برپایه‌ی تشخیص تصویر دو بعدی طراحی شده‌اند، با چاپ اثرانگشت روی کاغذ با چاپگر جوهری، به‌راحتی می‌توان آن را فریب داد؛ به همین دلیل این حسگرها برای دستگاه‌هایی که نیازمند امنیت بالایی هستند، مناسب نیستند و احتمالا در آینده‌ی بسیار نزدیک کاملا منسوخ خواهند شد؛ البته می‌توان با بهره‌گیری از تکنیک تصویر‌برداری الکترواپتیکال تاحدوی این مشکل را برطرف کرد. برای استفاده از این تکنیک ابتدا باید ولتاژ مشخصی را از میان پوششی پلیمری با قابلیت انتشار نور را عبور داد و انگشت روی پوشش قرار گیرد تا جریان کمی برای ایجاد نور ایجاد شود. استفاده از این تکنیک باعث می‌شود تصویر فرورفتگی‌ها همچنان تاریک باقی بماند و تصویری با کنتراست بالا ایجاد شود.

یکی دیگر از معایب این حسگرها این است که عواملی مثل انحراف نور یا کثیفی‌های روی سطح اسکنر مثل کثیفی یا چربی و خط و خش، عملکرد آن‌ها را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند.

حسگرهای نیمه‌‌رسانا یا نیمه‌هادی

پایه و اساس عملکرد این نوع حسگرها، بهره‌گیری از ویژگی‌های نیمه‌هادی‌ها برای گرفتن تصویر سر انگشت یک انگشت با تغییر نقاط تماس بالاترین نقاط برآمدگی‌های کوچک سر انگشت با سطح اسکنر است. اکنون انواع مختلف این نوع حسگرها را معرفی می‌کنیم.

حسگرهای خازنی

در‌حال‌حاضر حسگرهای خازنی متداول‌ترین نوع حسگرهای اثرانگشت هستند و در بیشتر گوشی‌های هوشمند با بالاترین سطح امنیت تعبیه می‌شوند. این نوع حسگرها وسیله‌ی الکترونیکی کوچکی به‌نام خازن را در خود جای داده‌اند.

در این نوع خازن‌ها به‌جای روش قدیمی تصویربرداری از سر انگشت، از چند ردیف مدار خازنی کوچک برای جمع‌آوری داده‌ها استفاده می‌شود. احتمالا می‌دانید که خازن‌ها قادر هستند جریان الکترونیکی را در خود ذخیره می‌کنند و با متصل‌شدن به صفحات کوچک رسانای سطح اسکنر، می‌توانند برای ثبت و بررسی جزئیات اثرانگشت استفاده شوند. زمانی‌که خطوط منحنی سرانگشت با صفحه‌های رسانا تماس پیدا کردند، جریان ذخیره‌شده در خازن‌ها کمی تغییر می‌کند. این در‌حالی است که شکاف هوا باعث می‌شود جریان خازن تقریبا تغییری نکند. در مرحله‌ی بعد مدار انتگرال‌گیر تقویت‌کننده‌ی عملیاتی برای ردیابی این تغییرات که مبدل آنالوگ به دیجیتال می‌تواند آن‌ها را ثبت کند، استفاده می‌شود.

امنیت حسگرهای خازنی بسیار بیشتر از حسگرهای اپتیکال است

زمانی‌که این اطلاعات دیجیتالی ثبت شد، می‌توان آن‌ها را برای دستیابی به ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد و متمایز برای هر فرد، تجزیه و تحلیل کرد. درضمن می‌توان این اطلاعات را برای مقایسه در آینده ذخیره کرد. آنچه حسگرهای اپتیکال را به‌طور ویژه‌ای هوشمند کرده، دشوارتر‌بودن فریب آن‌ها نسبت به حسگرهای اپتیکال است؛ زیرا نمی‌توان تنها با یک عکس داده‌هایی را که این حسگرها پس از دریافت آن‌ها، هویت کاربر را تشخیص و اجازه‌ی دسترسی به دستگاه را به او می‌دهند، جعل و کپی کرد و به‌دلیل اینکه مواد مختلف، جریان‌های مختلف را در خازن‌ها ایجاد می‌کنند (که تفاوت بسیار کمی با یکدیگر دارند)، فریب آن‌ها به‌معنای واقعی کلمه دشوار است. می‌توان گفت هک سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری، تنها تهدید واقعی و احتمالی برای امنیت این حسگرها محسوب می‌شود.

کیت حسگر خازنی

با تعبیه‌‌ی خازن‌ها در حسگرها به اندازه‌ی کافی که معمولا صدها یا حتی هزاران عدد در یک حسگر است، می‌توان تنها با استفاده از جریان الکترونیکی، تصویری با جزئیات بسیار زیاد از خطوط منحنی و فرورفتگی‌ها و برآمدگی‌های اثرانگشت به دست آورد. یکی از شباهت‌های حسگرهای خازنی با انواع نوری خود این است که هر چقدر رزولوشن آن‌‌ها با افزودن تعدادی زیادتری از حسگرها بیشتر شود، امنیت آن‌ها نیز به همان نسبت افزایش می‌یابد.

در گذشته به‌دلیل اینکه حسگرهای خازنی دارای قطعه‌های زیادی در مدار تشخیص خود بودند، قیمت بسیار بالایی داشتند؛ به همین دلیل طراحان این حسگرها تلاش کردند با بهره‌گیری از طراحی‌های جدید اولیه و حسگرهای سوایپی، تعداد خازن‌های حسگر را کاهش دهند؛ زیرا زمانی‌که کاربر انگشت خود را روی این حسگرها می‌کشد؛ آن‌ها با رفرش‌کردن نتایج و داده‌های خروجی حسگر، داده‌ها را با تعداد کمتری از حسگرها جمع‌آوری می‌کنند؛ البته این نوع حسگرها آزاردهنده بودند و کاربر برای شناسایی درست اثرانگشت باید انگشت خود را چند بار روی آن‌ها می‌کشید؛ امروزه استفاده از حسگرهایی که انگشت باید روی آن‌ها ثابت نگه داشته شود، بسیار متداول‌تر از حسگرهای سوایپی است.

مزایا و معایب

این حسگرها قابلیت‌ها و ویژگی‌هایی فراتر از تشخیص اثرانگشت دارند و مدل‌های جدید آن‌ها از ویژگی‌هایی مثل استفاده از ژست‌های حرکتی و سوایپ‌کردن برای انجام برخی از کارها نیز پشتیبانی می‌کنند. درضمن می‌توان از این حسگرها که دکمه‌های نرمی هستند، به‌عنوان دکمه‌های ناوبری استفاده کرد. از دیگر قابلیت‌های کاربردی حسگرهای خازنی می‌توان به حساسیت به میزان فشار و امکان ایجاد تعامل با دیگر عناصر رابط‌کاربری گوشی (البته در برخی از آن‌ها) اشاره کرد؛ هچنین باید این مژده را به شما بدهیم که قیمت تولید این حسگرها همچنان در‌حال کاهش است.

از دیگر معایب و مزایای این این حسگرها می‌توان به قیمت پایین و قابل‌اطمینان‌بودن آن‌ها و از معایب آن می‌توان به لزوم تعبیه‌ی تعداد زیادی از خازن‌ها در این حسگرها اشاره کرد. درضمن این حسگرها نیز مانند حسگرهای اپتیکال نسبت به موادی که سر انگشت می‌تواند به آن‌ها آغشته شود، حساس هستند.

اسکنرهای دارای فرکانس رادیویی

ساختار حسگرهای فرکانس‌های رادیویی از آرایه‌ای از عناصر حسگری تشکیل شده است که هر کدام از آن‌ها به‌عنوان آنتن‌های بسیار کوچکی عمل می‌کنند. این حسگرها که درواقع ماژول فرکانس رادیویی هستند، امواجی با شدت کم ایجاد و آن‌ها را به سمت سطح اسکن‌شده‌‌ی انگشت ارسال می‌کنند؛ سپس هر یک از آنتن‌ها امواج بازتاب‌شده از روی الگوهای پاپیلاری اثرانگشت را دریافت می‌کنند. میزان و اندازه‌ی نیروی محرکه‌ی الکترونیکی القا‌شده به هر یک از ریزآنتن‌ها به وجود یا نبود بالاترین نقاط اثرانگشت در نزدیکی آن‌ها بستگی دارد. درنهایت ماتریس تنش بدست‌آمده (تجزیه و تحلیل امواج ارسال‌شده از سوی آنتن‌ها و امواجی که دریافت کرده‌اند)، به تصویری دیجیتالی از اثرانگشت تبدیل می‌شود.

مزایا و معایب

یکی از مزایای بسیار خوب این حسگرها این است که می‌توانند اثرانگشت را حتی از روی لایه‌ی پوستی زیر سطح انگشت نیز تشخیص دهد؛ بنابراین از این روش برای شناسایی اثرانگشت انگشت‌های آسیب‌دیده و خشک استفاده کرد.

در این روش به‌دلیل اینکه خصوصیات فیزیولوژیکی پوست بررسی می‌شود، احتمال فریب‌خوردن حسگر تقریبا صفر درصد است؛ البته اگر انگشت به‌صورت صحیحی روی سطح اثرانگشت قرار نگیرد، عملکرد آن ناپایدار خواهد شد.

حسگرهای فشاری

در حسگرهای فشاری از آرایه‌ای از مواد اثرفشار برقی یا اثر پیزوالکتریک (موادی که بر اثر فشرده‌شدن برق تولید می‌کنند) که نسبت به فشار حساس هستند. زمانی‌که انگشت روی سطح این حسگرها قرار می‌‌گیرد، برآمدگی‌های خطوط منحنی اثرانگشت روی بخشی از آرایه‌ی پیزوالکتریک‌ها فشار وارد می‌کنند، اما ‌تورفتگی‌ها فشاری را ایجاد نمی‌کنند؛ این فرایند باعث می‌شود، ولتاژی که پیزوالکترونیک‌ها ایجاد می‌کنند، به تصویر اثرانگشت تبدیل شود.

این حسگرها کاملا نازک هستند و معمولا در وسایل الکترونیکی به کار گرفته می‌شوند. یکی از معایب حسگرهای اثرانگشت فشاری اولیه این بود که افزایش دوام آن‌ها باعث کاهش کارایی آن‌ها می‌شد؛ زیرا لایه‌ی محافظی که روی سطح اسکنر حسگر قرار می‌گرفت، کنتراست اثرانگشت را کاهش داد

انواع

دو نوع حسگر فشاری وجود دارد:

حسگرهای دارای پوشش رسانا

این حسگرها پوشش منعطفی دارد که لایه‌ای دوگانه از الکترود روی آن‌ها را پوشانیده است.

حسگرهای دارای چیپ‌های میکروالترومکانیکی

در این حسگرها از سوییچ‌های بسیار کوچک سیلیکونی استفاده شده که روی چیپ‌های سیلیکونی قرار گرفته است و زمانی‌که خطوط منحنی اثرانگشت با سوییچ تماس پیدا می‌کنند، سوییچ بسته می‌‌شود و اثرانگشت به‌صورت الکترونیکی تشخیص داده می‌شود

مزایا و معایب

حسگرهای فشاری می‌توانند به‌گونه‌ای طراحی شوند که نسبت به میزان فشار هم حساس باشند و با توجه به میزان فشار کارهای مختلفی انجام دهند؛ انجام کارهای مختلف در اپلیکیشن‌ها می‌تواند یکی از کاربردهای این نوع طراحی باشد؛ مثلا هنگامی که اپلیکیشن نقشه درحال اجرا است، می‌توانید با فشار ملایم روی حسگر، روی قسمتی از نقشه زوم کرد. البته این حسگرها چندین عیب دارند نیز دارند که شامل حساسیت کم، امنیت پایین (به‌راحتی فریب می‌خورند) و آسیب‌پذیر بودن در هنگام ایجاد فشار زیاد روی آن می‌شود.

حسگر حرارتی

در اسکنر‌های حرارتی از حسگرهای دربردارنده‌ی عناصر پیزوالکتریسه (موادی که بر اثر دریافت حرارت، الکتریسیته تولید می‌کنند) استفاده می‌شود. این نوع طراحی مشکل اختلاف دما و تبدیل آن به حرارت را حل می‌کند.

عملکرد این نوع حسگرها به این صورت است که وقتی انگشت روی اسکنر حسگر قرار می‌گیرد، نقشه‌ی دمایی سطح انگشت براساس دمای نقاط بیرون‌زده‌ی برآمدگی‌های اثرانگشت که با مواد پیزوالکتریسه تماس پیدا می‌کنند و همچنین دمای هوایی که در بین این برآمدگی‌ها وجود دارد، ایجاد و در مرحله‌ی بعدی به تصویری دیجیتالی تبدیل می‌شود.

معایب و مزایا

این روش مزایای زیادی دارد که از میان آن‌ها می‌توان به مقاومت بالا دربرابر تخلیه‌ی جریان الکتریسیته‌ی ساکن، عملکرد پایدار در طیف گسترده‌ای از دماهای مختلف و امنیت بالا و فریب نخوردن اشاره کرد.

اما بزرگ‌ترین عیب حسگرهای حرارتی  این است که تغییر دما پویا است و تقریبا فقط ۰٫۱ ثانیه طول می‌کشد تا دمای سطح حسگر با دمای خطوط منحنی و فرورفتگی‌های اثرانگشت که با سطح حسگر در تماس هستند، یکسان شود و تصویر اثرانگشت پاک بشود. درضمن با اینکه حسگر حرارتی اثرانگشت می‌تواند در طیف گسترده‌ای از دما عمل کند، زمانی‌که دمای محیط به دمای سطح انگشت نزدیک‌ باشد، حسگر برای ایجاد اختلاف دما که حداقل یک درجه سانتی‌گراد است، به حرارت نیاز دارد.

یکی دیگر از انواع حسگر اثر انگشت، حسگر اثر انگشت اولتراسونیک است که در گوشی های هوشمند جدید بیشتر استفاده میشود.

در مورد حسگر اثر انگشت اولتراسونیک بیشتر بدانید.