見過鼠標裡面這個小球嗎？
機械鼠標內部的小球，圖片來源：Wikipedia
很多 80後 、90 後的小夥伴可能對這個球還有印象。
只需要把早期的電腦鼠標翻過來，底部的旋鈕稍微一擰，就會掉出來這樣一個小球。在上電腦課的時候，老師還得跟偷偷把鼠標里的球給摳出來玩的同學鬥智鬥勇，網吧老闆也一定有過這樣的陰影。
其實，早在幾十年前的鼠標身上，就有這樣的球了。再往前追溯，人們甚至直接把保齡球塞進了鼠標的「老前輩」里。保齡球怎麼能裝進鼠標？今天為什麼很難再見到這個小球了？下面我們就來聊一聊。
保齡球當鼠標？
如果你去搜索「最早的鼠標」，大概率會搜到這個1964 年研製，1967 年申請專利的鼠標，這個長得有點像文玩的東西看起來也不可能放進一個保齡球。
SRI 原型鼠標，圖片來源：Wikipedia
其實，早在這個鼠標誕生之前大約 20 年，鼠標的「老前輩」就已經誕生了，這個老前輩名叫「軌跡球」。在 20 世紀 40 年代中期，英國海軍正在研製一種綜合顯示系統，這種顯示系統是雷達繪圖系統的一部分。
當時人們需要在雷達系統的顯示器上標識一些重要信息。在這個過程中，人們研發了一種被稱作「滾球」的東西。畢竟想在 360 度的地圖上進行移動和標記，圓球形狀的東西就特別合適。
但後來，這個系統在投入生產使用的時候，還是用了飛機操縱杆，畢竟操縱杆也可以 360 度旋轉標記，而且更現成，不用專門研發生產。
後來，在 20 世紀 50 年代初，加拿大海軍也要建立自己的戰場信息系統。他們在英國進行參觀學習之後，在1952年開始研發自己的系統DATAR。在DATAR里，加拿大人採用的輸入系統就是軌跡球。
比如，圖片中就是DATAR系統中的軌跡球，這個裝置中間是一個標準的「5 瓶保齡球」球體。這種保齡球比正常的保齡球小一些，直徑在 12 厘米左右，放在操作台上正合適。
加拿大「DATAR」系統中使用的軌跡球，圖片來源：參考資料1
鑒於這樣的項目屬於軍事機密，這個軌跡球系統並沒有申請專利。但它算得上是後來的滾珠鼠標以及今天的軌跡球鼠標的老前輩了。
最早申請專利的鼠標
到了 20 世紀 60 年代，道格拉斯·恩格爾巴特（Douglas Engelbart）和比爾·英格利希（Bill English）發明了與現代鼠標功能類似的「鼠標」。
當時恩格爾巴特正在 SRI 公司工作，他需要探索如何改進硬件設備以增強計算機的能力。他希望通過一種外接設備，來跟鍵盤配合，更好地移動光標的位置進行輸入。
後來，英格利希加入 SRI，跟恩格爾巴特一同完成了原型的製作，並且在 1967 年申請了專利。這個原型的正式名稱叫「顯示系統 X-Y 位置指示器」，但恩格爾巴特和英格利希給這個裝置起了個更簡單的名字，就叫「mouse」，鼠標的名字，就這麼誕生了。
「顯示系統 X-Y 位置指示器」專利截圖，圖片來源：參考資料2
而且在 1968 年，恩格爾巴特進行了一次公開演示，演示了包括鼠標、視頻會議、窗口在內的多種人機交互功能。這些在今天稀鬆平常的技術，在當時非常新鮮，甚至有一些科幻的意味了。雖然當時演示的很多產品並沒有立即就普及開來，但給人們留下了深刻的印象，
鼠標中的圓球
當恩格爾巴特的團隊研製出「顯示系統 XY 位置指示器」的同時，德國的一個團隊也在研製類似的設備，而且，德國團隊的這個設備正是受到了早期雷達站的軌跡球啟發。
德國的 RKS100-86，圖片來源：Wikipedia
在 1966 年，德國工程師雷納·馬勒布萊因（Rainer Mallebrein）在看到軌跡球之後突發奇想。他覺得，如果把軌跡倒過來，就可以做成一個更方便的輸入設備。基於這個想法，馬勒布萊因的團隊發明出了 RKS100-86，這個設備跟後來盛行的滾珠鼠標非常相似。
RKS100-86 底部圖，圖片來源：參考資料3
不過當時，德國專利局並沒有授權這項專利。發明者馬勒布萊因在後來的一次采訪中表示，當時他們也嘗試申請專利了，但專利局並沒有接受這個申請，因為專利局認為「RKS100-86 在機械方面的改進不夠大」。
雖然沒有成功申請到專利，但 RKS100-86 算是最早的帶滾珠的鼠標了。在 20 世紀七八十年代，越來越多的滾珠鼠標出現。
1973 年，施樂公司（Xerox）的Alto 計算機誕生，這款計算機是最早一批面向個人用戶的計算機，這款計算機就配備了滾珠鼠標。
Alto 使用的鼠標背面（有三個滾珠），圖片來源：Wikipedia
1984 年，蘋果公司發布了面向大眾消費市場的麥金塔電腦——Macintosh 128k。當時這款電腦配備的也是滾珠鼠標。
早期麥金塔電腦的滾珠鼠標，圖片來源：ebay 截圖
隨着 20 世紀八九十年代個人電腦的普及，滾動鼠標也進入了千家萬戶，幾乎成為了當時的標配。
光學鼠標誕生
但今天，市面上大部分鼠標里又沒有小球了，小球的消失跟光學鼠標的發展有關。
其實早在 1980 年，麻省理工學院的史蒂夫·基爾什（Steve Kirsch）研製出了一款光學鼠標。這款鼠標不再是通過檢測滾珠的運動狀況來控制光標，而是由鼠標內部的紅外線 LED 燈、紅外線傳感器外加一個特製的鼠標墊配合操縱。
紅外線鼠標和特質鼠標墊，圖片來源：Wikipedia
沒錯，這款鼠標只能在特製的鼠標墊上使用，而且如果鼠標墊的方向放錯了，鼠標也是沒有辦法正常工作的，這跟當時的滾珠鼠標相比還是相當不方便的，況且，還有鼠標墊磨損導致定位飄忽的問題。
而同樣是在 1980 年，施樂公司的理查德·里昂（Richard Lyon）也發明了一款基於光學傳感器的鼠標。鼠標配備了一款16 像素的可見光圖像傳感器。
簡單地說，這個鼠標的工作原理是在移動時對鼠標下方進行快速拍照，通過比對照片之間的差別判斷出鼠標的位置移動。
但 16 像素的分辨率實在是太低了，而要處理更高分辨率的圖像，就需要內置一個處理能力更強大的芯片，在 20 世紀 80 年代初，這個成本還比較高。
到了 20 世紀 90 年代末，微軟、惠普（後來拆分出「安捷倫」）開始發布自己的光學鼠標。盡管當時光學鼠標的價格比機械鼠標要貴，但因為光學鼠標可以在大部分物體表面上使用，而且不像機械鼠標那樣需要時不時把鼠標球拿出來清理，光學鼠標也開始占據自己的市場。
不過，普通的 LED 光學鼠標有個缺陷，那就是它們不能在特別光滑的物體表面或者玻璃桌面上使用。如果你使用過早期的光學鼠標可能會有這樣的經歷，早期的光學鼠標在特別光滑的桌面上使用就很容易「飄」。
而另一種類型的光學鼠標就可以解決這個問題。
在 20 世紀 90 年代末，激光鼠標開始出現。激光鼠標使用激光而不是 LED 光源來照明，激光可以顯著提高拍攝的圖像分辨率，這可以提高鼠標的靈敏度（DPI）。而到了 21 世紀初，激光鼠標已經更加全能，幾乎能在所有類型的物體表面上發揮作用（也包括玻璃）。
現在我們在網上能買到的主要就是基於 LED 光或者激光的光學鼠標。如果你只是購買一個日常辦公用的鼠標，這兩種鼠標的差別不是很大。唯一需要注意的是，如果你的桌面非常光滑，或者經常在玻璃桌面上辦公，還是建議使用激光鼠標。
當然了，現在市面上同樣可以找到基於滾珠的「軌跡球鼠標」。但一般情況下，軌跡球鼠標往往會比光學鼠標要貴一些。如果你想體驗一下鼠標「老祖宗」的感覺，也可以試試這一類鼠標，一個合適的軌跡球，配合正確的使用姿勢，能夠減少一些手腕、肩部的負擔，畢竟只用動指頭就行了。
軌跡球鼠標，圖片來源：Wikipedia
未來鼠標還可以用什麼控制？
那從鼠標誕生到現在，已經出現了機械鼠標（包括軌跡球）——LED 鼠標——激光鼠標，未來有沒有可能出現其他的鼠標？
當然是有可能的。
比如慣性傳感器能夠通過檢測運動的加速度、旋轉、傾斜等等參數，在我們的手機里都有這樣的傳感器，而這些參數同樣可以幫助鼠標判斷移動狀況。
另外，2021 年，麻省理工科技評論（MIT technology review）上的一篇文章就提及到了使用腦機接口來輔助殘障人士操縱鼠標鍵盤。這樣的技術成熟後，不僅可以幫助殘障人士更好地使用電子設備，同樣可能應用在普通人生活中，為我們的生活提供便利。
參考文獻
[1] Vardalas, John (1994). "From DATAR To The FP-6000 Computer". IEEE Annals of the History of Computing. 16 (2): 20–30. doi:10.1109/85.279228
[2] US Patent, US3541541A
[3] https://www.e-basteln.de/computing/rollkugel/rollkugel/
[4]https://www.suedkurier.de/ueberregional/wissenschaft/Entwickler-aus-Singen-ueber-die-Anfaenge-der-Computermaus-Wir-waren-der-Zeit-voraus;art1350069,9590558
[5]https://www.technologyreview.com/2021/10/27/1036821/brain-computer-interface-implant-mouse/
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本文為科普中國-星空計劃作品
出品丨中國科協科普部
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作者丨小瑋 科普作者
審核丨游識猷 中國科普作家協會會員
策劃丨丁崝
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來源：科普中國
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