لوحة مفاتيح وترية

لوحة المفاتيح الوترية (وتُسمى أيضًا لوحة مفاتيح الوتر أو لوحة مفاتيح الوتر ) هي جهاز إدخال بيانات للحاسوب يسمح للمستخدم بإدخال الأحرف أو الأوامر عن طريق الضغط على عدة مفاتيح معًا، تمامًا كما لو كان يعزف " وترًا " على البيانو . يتيح العدد الكبير من التوليفات المتاحة من عدد قليل من المفاتيح إدخال النصوص أو الأوامر بيد واحدة، مما يترك اليد الأخرى حرة. ومن مزاياها الثانوية إمكانية دمجها في جهاز صغير جدًا (مثل حاسوب بحجم الجيب أو مقود دراجة ) لا يتسع للوحة مفاتيح عادية الحجم.

لوحة المفاتيح ذات المفاتيح المتعددة، المصممة عادةً للاستخدام باليد، تُسمى لوحة مفاتيح . وقد قدم دوغلاس إنجلبارت مجموعة المفاتيح المتعددة كواجهة حاسوبية في عام 1968 في ما يُعرف غالبًا باسم " أم جميع العروض التوضيحية ".

يُخصص لكل مفتاح فعلي رقم، ولكل مخرج مطلوب (حرف أو أمر) رقم أيضًا. يمكن لكل مفتاح توليد حرف واحد بمفرده، ولكن بالضغط على مفتاحين أو أكثر معًا، يمكن للمستخدم توليد عدد من الأحرف يفوق عدد المفاتيح الفعلية. عادةً، لا يُسجل ضغط المفتاح إلا بعد تحرير جميع المفاتيح المضغوطة، فلا يلزم الضغط على جميع المفاتيح دفعة واحدة طالما بقي أحدها مضغوطًا. عند تحرير المفتاح الأخير، يُخرج الحرف المقابل بناءً على جميع المفاتيح التي تم الضغط عليها منذ تسجيل الحرف الأخير.

في تصميم إنجلبارت الأصلي، استخدم خمسة مفاتيح: 1، 2، 4، 8، 16. وتمت برمجة الأحرف الناتجة كالتالي: أ = 1، ب = 2، ج = 3، وهكذا. إذا ضغط المستخدم على المفتاحين 1 و2 معًا، ثم حررهما، فسيتم تسجيل الحرف المقابل للرقم 3 (مجموع 1 و2)، وبما أن ج هو الحرف الثالث في الأبجدية، فسيظهر الحرف "ج". وينطبق الأمر نفسه على الضغط المطوّل على المفتاح 1، ثم الضغط لفترة وجيزة على المفتاح 2 وتحريره، ثم تحرير المفتاح 1 مرة أخرى - أي ما مجموعه 3، وبالتالي سيظهر الحرف "ج" - كما لو تم الضغط على جميع المفاتيح معًا. منذ أن قدم إنجلبارت هذه المجموعة من المفاتيح، تم تطوير العديد من التصاميم المختلفة بناءً على مفاهيم مماثلة.

كمثال مبسط، قد يتحكم كل إصبع بمفتاح واحد يُقابل بتًا واحدًا في البايت ، بحيث يُمكن باستخدام سبعة مفاتيح وسبعة أصابع إدخال أي حرف من مجموعة ASCII - إذا كان المستخدم قادرًا على تذكر الرموز الثنائية. ونظرًا لقلة عدد المفاتيح المطلوبة، يُمكن تكييف تقنية الضغط على المفاتيح بسهولة من بيئة سطح المكتب إلى بيئة الأجهزة المحمولة.

تستخدم الأجهزة العملية عمومًا رموزًا أبسط للأحرف الشائعة ( مثلًا، Baudot )، أو قد توفر طرقًا لتسهيل تذكر هذه الرموز ( مثلًا، Microwriter ^{[ 1 ]} )، ولكن المبادئ نفسها تنطبق. وقد اكتسبت هذه الأجهزة المحمولة شعبيةً لأول مرة مع حركة الحواسيب القابلة للارتداء في ثمانينيات القرن الماضي.

نشر ثاد ستارنر من معهد جورجيا للتكنولوجيا وآخرون العديد من الدراسات ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} التي تُظهر أن إدخال النصوص باستخدام لوحة المفاتيح المزدوجة أسرع وأقل أخطاءً من استخدام لوحة مفاتيح QWERTY . وتحمل آلات الاختزال حاليًا الرقم القياسي لأسرع إدخال للكلمات، حيث يستطيع العديد من مستخدميها الوصول إلى 300 كلمة في الدقيقة. مع ذلك، يتدرب الكتّاب المختزلون عادةً لمدة ثلاث سنوات قبل الوصول إلى مستويات احترافية من السرعة والدقة.

كانت أقدم لوحة مفاتيح معروفة تعمل بالأوتار جزءًا من محطة مشغل التلغراف "ذات الخمس إبر" ، التي صممها ويتستون وكوك عام 1836، حيث كان بإمكان أي إبرتين من الإبر الخمس أن تشيرا إلى اليسار أو اليمين للدلالة على الأحرف في شبكة. وقد صُممت هذه اللوحة ليستخدمها مشغلون غير مدربين (يحددون المفاتيح التي يجب الضغط عليها بالنظر إلى الشبكة)، ولم تُستخدم في الأماكن التي يتوفر فيها مشغلو تلغراف مدربون.

كان أول استخدام واسع النطاق للوحة المفاتيح الوترية في آلة الاختزال التي يستخدمها كتّاب المحاكم، والتي اختُرعت عام 1868 ولا تزال قيد الاستخدام. كان ناتج آلة الاختزال في الأصل عبارة عن رمز صوتي كان يجب نسخه لاحقًا (عادةً بواسطة نفس المشغل الذي أنتج الناتج الأصلي)، بدلاً من نص عشوائي - وهو ما أصبح شائعًا الآن بفضل برامج التحويل التلقائي.

في عام ١٨٧٤، صُممت شفرة بودو التلغرافية ذات الخمسة بتات ولوحة مفاتيح متوافقة بخمسة مفاتيح، لاستخدامها مع المشغل الذي يُنشئ الشفرات يدويًا. رُوعي في الشفرة السرعة وتقليل التآكل، حيث اختيرت المفاتيح بحيث تستخدم الأحرف الأكثر شيوعًا أبسطها. لكن مشغلي التلغراف كانوا يستخدمون بالفعل آلات كاتبة بلوحات مفاتيح QWERTY "لنسخ" الرسائل الواردة، وكان من المنطقي آنذاك بناء آلة كاتبة تُنشئ الشفرات تلقائيًا، بدلًا من إجبارهم على تعلم استخدام جهاز إدخال جديد.

استخدمت بعض آلات تثقيب الورق القديمة لوحة مفاتيح تحتوي على 12 مفتاحًا مُعَلَّمًا لتثقيب الثقوب الصحيحة في البطاقات الورقية. كانت الأرقام من 0 إلى 9 تُمثَّل بتثقيب واحد؛ بينما كانت الأحرف الستة والعشرون تُمثَّل بمجموعات من تثقيبين، أما الرموز فكانت تُمثَّل بمجموعات من تثقيبين أو ثلاثة.

تستخدم طريقة برايل (نظام كتابة للمكفوفين) إما 6 أو 8 نقاط لمسية تُشكّل منها جميع الحروف والأرقام. عندما اخترعها لويس برايل ، كانت تُنتج عن طريق حفر ثقوب في الورق باستخدام مثقب ^{[ 6 ]} . في عام 1892، ابتكر فرانك هافن هول ، مدير معهد إلينوي لتعليم المكفوفين، آلة هول برايل للكتابة، وهي أشبه بآلة كاتبة بستة مفاتيح، مفتاح لكل نقطة في خلية برايل. ^{[ 7 ]} أما آلة بيركنز برايل ، التي صُنعت لأول مرة عام 1951، فتستخدم لوحة مفاتيح بستة مفاتيح (بالإضافة إلى مفتاح المسافة) لإنتاج مخرجات برايل، وقد حققت نجاحًا كبيرًا كمنتج ميسور التكلفة في السوق. تستخدم طريقة برايل، مثل طريقة بودو، رمزًا رقميًا ورمزًا للتحويل، والذي يمكن تكراره لتثبيت التحويل، وذلك لدمج الأرقام والأحرف الكبيرة في الرموز الـ 63 التي توفرها 6 بتات.

بعد الحرب العالمية الثانية، ومع ظهور الإلكترونيات لقراءة الرموز والبحث في جداول "الشفرات"، بدأت مكاتب فرز البريد في البحث عن حلول تعتمد على الرموز لتوظيف أشخاص آخرين غير الكاتبات المدربات والمكلفات. وفي عام 1954، تم اكتشاف مفهوم هام: إنتاج الرموز أسهل في الإتقان عندما يتم الإنتاج عند رفع الأصابع عن المفاتيح بدلاً من الضغط عليها.

بدأ باحثون في شركة IBM بدراسة لوحات المفاتيح ذات الاختصارات، سواءً للآلات الكاتبة أو لإدخال البيانات الحاسوبية، منذ عام 1959، انطلاقًا من فكرة أنها قد تكون أسرع من الكتابة باللمس إذا استُخدمت اختصارات معينة لإدخال الكلمات كاملةً أو أجزاء منها. وفي عام 1975، صمّم زميل IBM، نات روتشستر، لوحة مفاتيح تضم 14 مفتاحًا مُقعّرة الحواف والسطح، بحيث يُمكن لإصبع واحد الضغط على مفتاحين متجاورين للحصول على تركيبات إضافية. ^{[ 8 ] [ 9 ]} لم تكن نتائجهم حاسمة، لكن استمر البحث حتى عام 1978 على الأقل.

بدأ دوغ إنجلبارت تجاربه على مجموعات المفاتيح لاستخدامها مع الفأرة في منتصف الستينيات. ^{[ 10 ]} وفي عرضٍ شهيرٍ عام 1968 ، ^{[ 11 ]} قدّم إنجلبارت واجهةً بين الإنسان والحاسوب تتضمن لوحة مفاتيح QWERTY ، وفأرةً بثلاثة أزرار ، ومجموعة مفاتيح بخمسة أزرار. استخدم إنجلبارت مجموعة المفاتيح بيده اليسرى والفأرة بيده اليمنى لكتابة النصوص وإدخال الأوامر. وكانت أزرار الفأرة تُستخدم لتحديد النصوص المختارة وتأكيد الأوامر أو إلغائها.

أصبح المستخدمون في مركز أبحاث التحسين التابع لإنجلبارت في معهد ستانفورد للأبحاث ( SRI) بارعين في استخدام الفأرة ومجموعة المفاتيح. في سبعينيات القرن الماضي، تم تخفيض التمويل الذي كان يتلقاه فريق إنجلبارت من وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة (ARPA)، فانتقل العديد من الأعضاء الرئيسيين في فريق إنجلبارت للعمل في مركز أبحاث زيروكس بارك (Xerox PARC) حيث واصلوا تجاربهم على الفأرة ومجموعة المفاتيح. استُخدمت مجموعات المفاتيح المدمجة في مركز أبحاث زيروكس بارك في أوائل ثمانينيات القرن الماضي، إلى جانب الفأرات وواجهات المستخدم الرسومية ، على محطات عمل زيروكس ستار وألتو. تم دمج نسخة من الفأرة بزر واحد في جهاز أبل ماكنتوش، لكن ستيف جوبز قرر عدم دمج مجموعة المفاتيح المدمجة.

في أوائل ثمانينيات القرن الماضي، أجرت مختبرات أبحاث فيليبس في ريد هيل، ساري، دراسة موجزة حول لوحات مفاتيح صغيرة ورخيصة لإدخال النصوص على الهاتف. اعتمد أحد الحلول على شبكة من المفاتيح السداسية، نُقشت عليها رموز في تجاويف صغيرة تقع إما في مركز المفتاح، أو على حدود مفتاحين، أو عند التقاء ثلاثة مفاتيح. يؤدي الضغط على أحد هذه التجاويف إلى الضغط على زر واحد أو اثنين أو ثلاثة من الأزرار السداسية في آنٍ واحد، مُشكلةً سلسلةً فريدةً لهذا الرمز. وبهذا التصميم، أمكن تركيب لوحة مفاتيح بتسعة أزرار، موزعة على ثلاثة صفوف من ثلاثة أزرار سداسية، على الهاتف، مما يُتيح إمكانية كتابة ما يصل إلى 33 رمزًا مختلفًا. وباختيار مفاتيح متباعدة، يُمكن استخدام أحد التجاويف كمفتاح "تحويل" لكتابة الأحرف والأرقام معًا. بفضل أحد عشر مفتاحًا بترتيب 3/4/4، يمكن ترتيب 43 رمزًا، مما يسمح بتمثيل الأحرف الصغيرة والأرقام وعدد محدود من علامات الترقيم، بالإضافة إلى وظيفة "Shift" للوصول إلى الأحرف الكبيرة. ورغم أن هذه الطريقة كانت تتميز بسهولة استخدامها من قِبل المستخدمين غير المتمرسين عبر الكتابة المتقطعة ، واحتياجها إلى مفتاح أقل من لوحة المفاتيح التقليدية ذات 12 زرًا، إلا أنها كانت تعاني من عيب يتمثل في أن بعض الرموز تتطلب قوة ضغط أكبر بثلاث مرات من غيرها، مما يُصعّب تحقيق سرعة جيدة في استخدام الجهاز. لا يزال هذا الحل قائمًا، وقد اقترحته شركات مثل Fastap وUnitap، كما تم إنتاج هاتف تجاري منه والترويج له في كندا خلال عام 2006.

تاريخياً، تم توحيد لوحات مفاتيح بودو وبرايل إلى حد ما، لكنها لا تستطيع محاكاة مجموعة الأحرف الكاملة للوحة المفاتيح الحديثة. وتُعد برايل الأقرب إلى ذلك، حيث تم توسيعها لتشمل ثمانية بتات.

المعيار الحديث الوحيد المقترح، GKOS (أو معيار لوحة المفاتيح العالمية المفتوح ) ^{[ 12 ]} ، يدعم معظم الأحرف والوظائف الموجودة على لوحة مفاتيح الكمبيوتر، ولكنه لم يشهد تطورًا تجاريًا يُذكر. مع ذلك، يتوفر تطبيق لوحة مفاتيح GKOS لأجهزة iPhone منذ 8 مايو 2010، ولأجهزة Android منذ 3 أكتوبر 2010، ولأجهزة MeeGo Harmattan منذ 27 أكتوبر 2011.

تستخدم آلات الاختزال ، التي يستخدمها أحيانًا كتّاب المحاكم ، لوحة مفاتيح ذات اختصارات لتمثيل الأصوات: على لوحة المفاتيح القياسية، Uيُمثل الحرف الصوت والكلمة "you"، بينما KATيُمثل الحرف الثلاثي المكون من ثلاثة مفاتيح الصوت والكلمة "cat". لوحة مفاتيح الاختزال مُرتبة بشكل واضح: في KAT، K، على اليسار، يُمثل الصوت البادئ. P، S، و T، وهي أصوات بادئة ونهاية شائعة، متوفرة على جانبي لوحة المفاتيح: POPهو اختصار مكون من ثلاثة مفاتيح، باستخدام كلا Pالمفتاحين. ^{[ 13 ]}

تتوفر العديد من تصميمات المفاتيح/مجموعات المفاتيح مفتوحة المصدر ، مثل pickey، ^{[ 14 ]} وهو جهاز PS/2 يعتمد على وحدة التحكم الدقيقة PIC ؛ وspiffchorder، ^{[ 15 ]} وهو جهاز USB يعتمد على عائلة Atmel AVR من وحدات التحكم الدقيقة؛ وFeatherChorder، ^{[ 16 ]} وهو جهاز BLE يعتمد على Adafruit Feather، وهي لوحة متكاملة تتضمن وحدة تحكم دقيقة متوافقة مع Arduino ؛ وبرنامج تشغيل لوحة المفاتيح GKOS لنظام Linux ^{[ 17 ]} بالإضافة إلى مكتبة Gkos للوحة Atmel/ Arduino ^{[ 18 ]} مفتوحة المصدر.

برنامج Plover ^{[ 19 ]} هو برنامج مجاني ومفتوح المصدر ومتعدد المنصات، يهدف إلى توفير تقنية الكتابة المختزلة في الوقت الفعلي ليس فقط للمختصين في هذا المجال، بل أيضاً للهواة الذين يستخدمون أي شيء بدءاً من آلات الكتابة المختزلة الاحترافية وصولاً إلى لوحات مفاتيح الألعاب منخفضة التكلفة بتقنية NKRO . وهو متوفر لأنظمة Linux و Windows و macOS .

Joy2chord هو برنامج تشغيل لوحة مفاتيح متعددة المفاتيح لنظام لينكس. باستخدام ملف تهيئة، يمكن تحويل أي عصا تحكم أو وحدة تحكم ألعاب إلى لوحة مفاتيح متعددة المفاتيح. تم اعتماد فلسفة التصميم هذه لخفض تكلفة تصنيع الأجهزة، وبالتالي تسهيل استخدام لوحات المفاتيح متعددة المفاتيح. كما يمكن إضافة مفاتيح الماكرو وأنماط التشغيل المتعددة بسهولة باستخدام برنامج تشغيل يعمل في مساحة المستخدم. ^{[ 20 ]}

من الأمثلة البسيطة على لوحات المفاتيح الوترية لوحة مفاتيح نصف QWERTY لإدغار ماتياس، الموصوفة في براءة الاختراع الأمريكية رقم 5288158  الصادرة عام 1992 تقريبًا، والتي تُنتج أحرف النصف المفقود عند ضغط المستخدم على مفتاح المسافة ومفتاح المرآة في آنٍ واحد. وقد نشر مؤتمر INTERCHI '93 دراسةً أجراها ماتياس وماكنزي وبكستون، تُظهر أن الأشخاص الذين تعلموا الكتابة باللمس يمكنهم استعادة ما بين 50% و70% من سرعة كتابتهم بكلتا اليدين بسرعة. ^{[ 21 ]} ويُسهم هذا النقص في السرعة في النقاش الدائر حول السرعة. وقد طُبقت هذه التقنية على هاتفين محمولين شائعين، كل منهما مزود ببرنامج لإزالة الغموض، مما يسمح للمستخدمين بتجنب استخدام مفتاح المسافة.

تم اختراع مفاتيح "متعددة الأنماط" للاستخدام مع أجهزة الكمبيوتر القابلة للارتداء في كندا في سبعينيات القرن الماضي. تشبه مفاتيح "متعددة الأنماط" لوحات المفاتيح ذات الوصلات المتعددة ولكن بدون لوحة، حيث يتم تجميع المفاتيح في مجموعة لسهولة حملها باليد، بدلاً من وضعها على سطح مستو.

تُستخدم لوحات المفاتيح ذات المفاتيح المتعددة أيضًا كأجهزة إدخال محمولة ثنائية اليد للمكفوفين وضعاف البصر (إما مع شاشة برايل قابلة للتحديث أو مع توليف صوتي). تحتوي هذه اللوحات على سبعة مفاتيح على الأقل، حيث يُمثل كل مفتاح نقطة برايل مُحددة ، باستثناء مفتاح واحد يُستخدم كمسافة. في بعض التطبيقات، تُستخدم المسافة لإنتاج مفاتيح متعددة إضافية تُمكّن المستخدم من إصدار أوامر تحرير، مثل تحريك المؤشر أو حذف الكلمات. تجدر الإشارة إلى أن عدد النقاط المُستخدمة في حوسبة برايل ليس ستة، بل ثمانية، مما يسمح للمستخدم، من بين أمور أخرى، بالتمييز بين الأحرف الصغيرة والكبيرة، بالإضافة إلى تحديد موضع المؤشر. ونتيجة لذلك، تحتوي معظم لوحات المفاتيح الحديثة ذات المفاتيح المتعددة لإدخال برايل على تسعة مفاتيح على الأقل.

تتوفر لوحات المفاتيح اللمسية لمستخدمي الهواتف الذكية كخيار إضافي لإدخال النصوص. ونظرًا لقلة عدد المفاتيح، يمكن تكبير مساحات الأزرار لتسهيل الضغط عليها على الشاشة الصغيرة. ولا تتطلب الأحرف الأكثر شيوعًا بالضرورة استخدام اختصارات، كما هو الحال في تخطيطات لوحة مفاتيح GKOS المُحسّنة (تطبيق أندرويد)، حيث لا تتطلب الأحرف الاثنا عشر الأكثر استخدامًا سوى مفتاح واحد.

لوحة مفاتيح DecaTxt اللاسلكية أحادية اليد بتقنية بلوتوث، من إنتاج شركة IN10DID، مزودة بعشرة مفاتيح، اثنان لكل إصبع، وتستطيع استبدال جميع ضغطات المفاتيح التقليدية بمجموعات من أربعة مفاتيح أو أقل. حجمها صغير (8.2 سم × 5.7 سم) ووزنها خفيف (حوالي 57 غرامًا)، مما يجعلها سهلة الحمل والاستخدام أثناء المشي. تُصنف DecaTxt عمومًا ضمن التقنيات المساعدة نظرًا لقدرتها على معالجة مشاكل متنوعة مثل ضعف البصر، وفقدان الأطراف، ورعشة اليد، وضعف المهارات الحركية. ^{[ 22 ]}

تبيع شركة CharaChorder أجهزة إدخال الأحرف عبر المفاتيح. أول جهاز متوفر تجاريًا هو CharaChorder One، الذي يتميز بتصميم مقسم، حيث يحتوي كل مفتاح على 9 مفاتيح يمكن تحريكها في خمسة اتجاهات (أعلى، أسفل، يسار، يمين، وضغط) على عكس لوحات المفاتيح التقليدية. يتيح هذا الجهاز إدخال الأحرف عبر المفاتيح بالإضافة إلى إدخالها بالطريقة التقليدية. يمكن للمستخدم تغيير مجموعة الكلمات التي يمكن إدخالها عبر المفاتيح ديناميكيًا في الوقت الفعلي، ولكنها تتضمن افتراضيًا أكثر 300 كلمة شيوعًا في اللغة الإنجليزية. تتيح ميزة إدخال الأحرف عبر المفاتيح سرعات كتابة فائقة، لدرجة أن مؤسس الشركة مُنع من المشاركة في مسابقات الكتابة عبر الإنترنت. ^{[ 23 ]} بالإضافة إلى ذلك، تُنتج الشركة CharaChorder Lite بتصميم لوحة مفاتيح أكثر تقليدية. ادّعت الشركة المصنعة أن مستخدمي CharaChorder One يمكنهم الوصول إلى سرعة 300 كلمة في الدقيقة، بينما يمكن لمستخدمي CharaChorder Lite الوصول إلى سرعة 250 كلمة في الدقيقة. ^{[ 24 ]}

• لوحة مفاتيح BAT
• FrogPad
• مفتاح
• آلة كتابة صغيرة
• بالانتييب
• النمط المختصر
• لوحة مفاتيح Velotype ذات الأوتار المقطعية

• بارديني، تيري، التمهيد الذاتي: دوغلاس إنجلبارت، التطور المشترك، وأصول الحوسبة الشخصية (2000)، الفصلان 2 و3، رقم ISBN 0-8047-3723-1، ISBN 0-8047-3871-8
• إنجلبارت وإنجلش، "مركز أبحاث لتعزيز القدرات الفكرية البشرية"، وقائع مؤتمر AFIPS ، المجلد 33، مؤتمر الحاسوب المشترك لخريف 1968، ص 395-410
• لوكهيد وكليمر، تقييم آلة كاتبة ذات 8 مفاتيح لكتابة الكلمات ، تقرير بحثي لشركة IBM رقم RC-180، مركز أبحاث IBM، يوركتاون هايتس، نيويورك، نوفمبر 1959.
• روتشستر، وبيكويرت، وشارب، "لوحة مفاتيح الأوتار"، مجلة IEEE Computer ، ديسمبر 1978، ص 57-63
• سيبل، "أجهزة وإجراءات إدخال البيانات"، في دليل الهندسة البشرية لتصميم المعدات ، فان كوت وكينكيد (محرران)، 1963