作者：Pete Bartolik

　　利用數(shù)字工具和服務(wù)的設(shè)備日益普及和實(shí)用，促使更多的產(chǎn)品設(shè)計師集成觸覺技術(shù)，以確保更高的用戶參與度并提供更身臨其境的體驗(yàn)。通過基于觸摸的感覺增強(qiáng)數(shù)字界面可增加觸覺交互，創(chuàng)造補(bǔ)充或超越視覺和聽覺的額外體驗(yàn)。渴望利用觸覺功能的設(shè)計人員可以利用現(xiàn)成的組件來尋求新的用例和商業(yè)機(jī)會。

　　觸覺技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于從智能手機(jī)到汽車、銷售點(diǎn)設(shè)備和 ATM 等引人注目的消費(fèi)產(chǎn)品中。它們還用于醫(yī)療設(shè)備和手術(shù)工具、工業(yè)和制造機(jī)械以及樓宇自動化應(yīng)用。

　　觸覺的起源可以追溯到 1880 年，當(dāng)時 Pierre 和 Jacques Curie 展示了某些材料的壓電效應(yīng)，可以通過施加機(jī)械力來產(chǎn)生少量電荷。當(dāng)施加電壓時，逆壓電效應(yīng)會產(chǎn)生材料的物理運(yùn)動，并被用來開發(fā)早期的超聲波潛艇探測和機(jī)載無線電系統(tǒng)。這些相同的原理是小型揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)甚至音樂禮品卡中常用的執(zhí)行器和傳感器的核心。

　　將觸覺功能與虛擬現(xiàn)實(shí) (VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 相結(jié)合，有望極大提高用戶對現(xiàn)有設(shè)備的參與度，并為新應(yīng)用鋪平道路。壓電觸覺執(zhí)行器為虛擬交互增添了真實(shí)的觸感，振動提供了自然且引人入勝的響應(yīng)感，例如模擬從賽車到武器射擊的游戲體驗(yàn)。

　　觸覺可以在克服限制視覺或聲音識別關(guān)鍵警報的因素方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，在醫(yī)療環(huán)境中，觸覺可以幫助從業(yè)者更容易地對多種輸入做出反應(yīng)，在每一秒都可以對健康結(jié)果產(chǎn)生影響的情況下，這可以挽救生命。

　　感受未來：應(yīng)用和用例

　　觸覺的潛力僅受產(chǎn)品設(shè)計師愿景的限制。隨著 AR 和 VR 的日益普及，以及人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 的不斷發(fā)展，觸覺可能會在各行各業(yè)提供不斷增長的沉浸式數(shù)字體驗(yàn)方面發(fā)揮重要作用，包括：

　　在醫(yī)療領(lǐng)域，觸覺技術(shù)已經(jīng)開始在機(jī)器人輔助手術(shù)和侵入性牙科手術(shù)中發(fā)揮作用，幫助復(fù)制醫(yī)生在多年實(shí)踐中獲得的觸覺體驗(yàn)。與 VR 相結(jié)合，觸覺可以通過模擬現(xiàn)實(shí)世界的程序來促進(jìn)醫(yī)療技能的學(xué)習(xí)，從而提供從揮舞手術(shù)刀到心跳的實(shí)際操作體驗(yàn)。觸覺技術(shù)可以促進(jìn)衰弱性損傷患者的康復(fù)，幫助中風(fēng)患者重新學(xué)習(xí)重要的運(yùn)動技能，并為截肢者提供克服機(jī)械假肢局限性的能力。

　　在汽車用例中，觸覺技術(shù)已經(jīng)為汽車駕駛員提供了車道偏離和未能正確握住方向盤的觸覺警告。智能手表與導(dǎo)航系統(tǒng)的集成可以提醒操作員即將到來的轉(zhuǎn)彎，從而減少將目光轉(zhuǎn)向車載屏幕上地圖的需要。

　　在工業(yè)和制造業(yè)，重型設(shè)備操作員和生產(chǎn)線工人很容易因?yàn)樾枰匆谎郯粹o或屏幕而分心。觸覺可以幫助他們專注于前方或后方的任務(wù)，同時確認(rèn)他們做出了正確的選擇，而無需移開視線。觸覺技術(shù)可以集成到手套和衣服中，以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械的精確遠(yuǎn)程控制、揀選操作的準(zhǔn)確性，并在潛在危險環(huán)境中提供反饋或警報。

　　零售和金融服務(wù)，因?yàn)榭蛻粼谌粘＝佑|銷售點(diǎn)系統(tǒng)和 ATM 時會體驗(yàn)到觸覺，例如使用卡和移動設(shè)備確認(rèn)交互。觸覺和 AR/VR 的結(jié)合具有豐富的在線購物體驗(yàn)的潛力，使消費(fèi)者能夠虛擬地復(fù)制他們在實(shí)體零售業(yè)務(wù)中所期望的東西。

　　事實(shí)證明，消費(fèi)電子產(chǎn)品采用觸覺技術(shù)的時機(jī)已經(jīng)成熟。第一款觸覺智能手機(jī)在 2000 年消費(fèi)電子展上推出，該技術(shù)很快被 Android 和 Apple 智能手機(jī)采用，最初是為了幫助增強(qiáng)用戶在虛擬鍵盤上打字和按屏幕圖標(biāo)時的體驗(yàn)。但觸覺技術(shù)通過豐富 20 世紀(jì) 90 年代視頻游戲玩家的體驗(yàn)而取得了早期成功，控制器和配件(例如轉(zhuǎn)向蛋黃)為駕駛和射擊游戲等提供觸覺反饋。隨著消費(fèi)設(shè)備和數(shù)字服務(wù)的不斷發(fā)展(從健身追蹤器到 AR/VR 耳機(jī)和眼鏡)，產(chǎn)品設(shè)計師正在競相開發(fā)新功能，使數(shù)字世界像物理世界一樣有形。

　　成功的要素：滿足各種需求的選項

　　產(chǎn)品設(shè)計人員可以使用現(xiàn)成的組件組合來創(chuàng)建符合其規(guī)格和應(yīng)用需求的觸覺界面。

　　第一步是了解可用技術(shù)及其設(shè)計要求之間的差異。機(jī)電組件是提供觸覺響應(yīng)的最常見技術(shù)。它們通常分為以下主要類別：

　　偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 (ERM ) 執(zhí)行器利用連接到直流電機(jī)的離軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量來產(chǎn)生振動，從而提供低頻“隆隆”感覺(圖 1)。致動器以與設(shè)備的驅(qū)動電壓直接相關(guān)的頻率振動。由于在施加電壓時，旋轉(zhuǎn)電機(jī)需要很短的時間才能達(dá)到所需的速度 - 并將電機(jī)減慢至停止 - 它們最適合需要明顯振動效果但并不嚴(yán)格需要精確振動模式的應(yīng)用。PUI Audio提供多種 ERM 執(zhí)行器，包括表面貼裝HD-EMB1104-SM-2，在尺寸為 3.4 毫米 x 4.4 毫米 x 11 毫米的小封裝中提供強(qiáng)大的觸覺反饋。適用于醫(yī)療、汽車或工業(yè)領(lǐng)域;消費(fèi)類或便攜式設(shè)備;或安全設(shè)備。另一個選擇是 PCI Audio HD-EM0602-LW15-R無刷直流 ERM，它比有刷執(zhí)行器具有改進(jìn)的速度和扭矩控制以及更長的使用壽命。

　　圖 1：ERM 執(zhí)行器的分解圖。 (來源：PUI 音頻)

　　線性諧振執(zhí)行器 (LRA)部件(圖 2)采用交流驅(qū)動，沿一個軸在兩個方向上產(chǎn)生振動，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率、響應(yīng)靈敏的振動模式，從而向用戶傳遞信息。當(dāng)線圈被施加到設(shè)備的信號的頻率和電壓激勵時，LRA 通過沿線性方向移動質(zhì)量塊來產(chǎn)生振動，從而提供對振動強(qiáng)度和頻率的獨(dú)立控制。與 ERM 不同，配備 LRA 的設(shè)備一旦線圈被激勵且質(zhì)量塊上下移動，用戶就會感覺到振動。該技術(shù)與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器相關(guān)，其中線圈由波形激勵，導(dǎo)致磁鐵和振膜移動并產(chǎn)生聲波。 HD -LA1307-SMPUI Audio 是一款防水、IP 級、表面貼裝 LRA，有助于無縫集成到各種終端應(yīng)用中，例如虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境、游戲控制臺、醫(yī)療模擬器、手持設(shè)備以及消費(fèi)和工業(yè)控制接口。

　　圖 2：LRA 的分解圖。 (來源：PUI 音頻)

　　音圈電機(jī) (VCM) 也稱為音圈執(zhí)行器 (VCA)(圖 3)，使用與 LRA 相同的音圈技術(shù)，但更類似于揚(yáng)聲器。質(zhì)量塊像 LRA 一樣線性移動，但隨著尺寸和質(zhì)量的增加，產(chǎn)生比 LRA 所能復(fù)制的更實(shí)質(zhì)性和更真實(shí)的振動效果。 PUI Audio 的HD-VA2527圓柱形 VCM 提供靈活而復(fù)雜的振動效果。

　　圖 3：VCA 分解圖。 (來源：PUI 音頻)

　　壓電觸覺組件通常稱為壓電彎曲器或蜂鳴器，基于逆壓電效應(yīng)，由活性壓電材料的平坦層組成，當(dāng)施加電壓時，這些材料會彎曲和收縮，從而產(chǎn)生聲音和振動。它們可以作為磁盤使用，例如 PUI Audio 的HD-PAB1501，也可以作為條帶使用，例如HD-PAS2507。壓電彎曲器可以傳遞更復(fù)雜和詳細(xì)的信號，例如心跳的聲音，前所未有的真實(shí)感。這些部件具有更高的位移精度、更快的響應(yīng)速度、更顯著的產(chǎn)生力和更長的壽命。它們確實(shí)需要比 ERM 和 LRA 更高的電壓，但設(shè)計人員可以利用“彎曲驅(qū)動器”集成電路來滿足低壓源的電壓要求。

　　結(jié)論

　　產(chǎn)品設(shè)計人員可以利用豐富的組件組合將觸覺集成到他們的設(shè)備中。他們必須評估哪種類型的振動適合其設(shè)計，以及每個執(zhí)行器在滿足設(shè)計規(guī)范、最終用戶需求和特定應(yīng)用方面的優(yōu)點(diǎn)和局限性。通過正確的設(shè)計選擇，可以創(chuàng)造出新的觸覺產(chǎn)品，從而激發(fā)新的商機(jī)。