Todos sabemos lo que es un ratón, pero… ¿sabemos como funciona?. En este post explicaré el funcionamiento de los dos principales tipos de ratones, los mecánicos y los ópticos.

El ratón, junto con el teclado, suponen los dispositivos de entrada básicos de cualquier ordenador, tan corrientes, tan imprescindibles, que sus controladores estarán disponibles en la BIOS del sistema, y no requerirán de ningún tipo de instalación.

Al final, la función de un ratón, no es otra que trasladar su movimiento a un desplazamiento del cursor en pantalla, proporcional al movimiento del ratón. Este último se suele producir sobre una superficie pero hay algunos modelos de ratón fijos, que no se mueven sobre una superficie.

Atendiendo al mecanismo que se empleé para capturar el movimiento del ratón, vamos a distinguir dos grandes grupos: los mecánicos y los ópticos.

Los ratones mecánicos

El mecanismo que emplean los ratones mecánicos para capturar su movimiento se basa en una esfera, una bola que asoma por debajo del ratón. Esta bola está en contacto con la superficie sobre la que se mueve el ratón, una mesa por ejemplo, y se aloja en una estructura que le permite girar libremente según desplazamos el ratón por la superficie. Lo mejor para que os hagáis una idea es que le echéis un ojo a la siguiente foto:

Imagen del interior de un ratón mecánico de bola

Luego tenemos dos ejes perpendiculares que están en contacto con la esfera, recogiendo el movimiento de esta. A modo de sistema de coordenadas, un eje sería el horizontal y otro el vertical. Según se mueve la esfera, los ejes van rotando, registrando su movimiento en las dos direcciones, el eje horizontal giraría con el movimiento vertical y el eje vertical con el movimiento horizontal.

Bien, ya hemos trasladado el movimiento del ratón a dos ejes en dos direcciones perpendiculares. Lo siguiente es cuantificar el movimiento en ambos ejes, tenemos que saber si el ratón se ha desplazado mucho o poco, ya que el movimiento del cursor en la pantalla tiene que ser proporcional al movimiento del ratón. En definitiva, necesitamos saber cuanto ha girado cada eje, para lo que colocamos en uno de los extremos de cada eje, una rueda que nos ayudará a medir el giro, en seguida veremos como. Pero de momento, para asegurarme de que no te pierdes, te dejo este gráfico que muestra claramente lo comentado.

Mecanismo del ratón mecánico

La imagen también da una idea de como se produce la lectura del ángulo girado. Podemos observar que la rueda tiene una serie de ranuras o orificios, y que a un lado de la rueda tenemos un emisor de luz, típicamente un LED, y al otro lado un receptor, típicamente una célula fotoeléctrica. Cuando la luz esté enfrentada a una ranura, pasará al otro lado y tendremos lectura en la célula fotoeléctrica, y cuando no lo esté, no pasará la luz y no habrá lectura. Según la intermitencia de estas lecturas, sabremos la cantidad de movimiento que se ha producido y a que velocidad.

Un detalle curioso es que cada rueda cuenta con dos parejas: LED – Célula fotoeléctrica, colocadas a distinta altura, y de esta forma poder conocer el sentido de giro. En la siguiente figura puedes ver como, dado que tienen distinta altura, hay un desfase entre las lecturas de ambas células, que  sirve para determinar el sentido en el que está girando el eje.

Transcripción del movimiento de los ejes de un ratón mecánico a señales eléctricas

Esta no es la único solución posible para adivinar en que sentido está girando el eje. Hay otras soluciones que en lugar de jugar con la colocación de los emisores y sensores, juegan con el diseño de la rueda. En internet se puede encontrar toda suerte de diseños a cual más ingenioso.

Finalmente, el funcionamiento de los botones no tiene nada de especial, son unos interruptores que dan paso o no a una señal eléctrica.

Todas estas señales, son gestionadas por un chip muy básico que encontramos en el circuito integrado del ratón. Tampoco es que tenga una función muy complicada por lo que con uno muy elemental nos sobra. Este chip envía las señales a través de la conexión con el ordenador, si hablamos de ratones mecánicos casi seguro que es un cable, y el controlador del ratón las interpreta.

Los ratones ópticos

A finales del siglo pasado, la empresa Agilent Technologies, desarrollo un nuevo tipo de ratón sin partes móviles. Había nacido el ratón óptico.

Y la gran pregunta, ¿Cómo funciona el ratón óptico?. Pues no tiene nada que ver con el ratón mecánico, se puede decir que el ratón óptico es básicamente una cámara que toma fotos y un procesador digital de imágenes. La cámara toma miles de fotos por segundo, el procesador digital busca patrones en las fotos tomadas y los va comparando de una foto a otra, el desplazamiento de estos patrones entre fotos permite determinar el movimiento del ratón y su velocidad. Así es que básicamente inferimos el movimiento del ratón, comparando fotos.

Estos ratones son más fiables y precisos que los mecánicos. Sin embargo, si los empleamos sobre una superficie totalmente uniforme, en la que no sea posible detectar ningún patrón, el ratón no funcionará, no tiene manera de inferir el movimiento. Esto es lo que puede ocurrir cuando utilizamos este tipo de ratón sobre una superficie metálica o un cristal.

El ratón dispone de un LED, una luz, cuya función es iluminar la superficie que va a fotografiarse. Se trata de obtener una imagen de calidad, lo que sin duda ayudará al procesador digital. Como curiosidad, algunos alumnos confunden el LED con un laser, y cuando explican como funciona el ratón óptico hablan de un lasér, supongo que por simpatía con la impresora laser. Bueno, el ratón óptico utiliza un LED, si utilizara un laser probablemente lo llamarías ratón laser, como llamamos a la impresora laser.

En la siguiente imagen se puede apreciar lo comentado hasta este punto:

Esquema de ratón óptico

Con esto, espero que podamos hacernos una idea general de como trabaja un ratón. Al final se trata de un dispositivo muy sencillo, pero omnipresente, y conviene entender como funciona.

NOTA:

Este post es parte de la colección “Arquitectura de Sistemas” que reproduce los apuntes de la clase que imparto sobre el tema en ESIC. Puedes ver el índice de esta colección aquí.