作者：Pete Bartolik

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

　　觸覺技術已被廣泛應用于從智能手機到汽車、銷售點設備和 ATM 等引人注目的消費產(chǎn)品中。它們還用于醫(yī)療設備和手術工具、工業(yè)和制造機械以及樓宇自動化應用。

　　觸覺的起源可以追溯到 1880 年，當時 Pierre 和 Jacques Curie 展示了某些材料的壓電效應，可以通過施加機械力來產(chǎn)生少量電荷。當施加電壓時，逆壓電效應會產(chǎn)生材料的物理運動，并被用來開發(fā)早期的超聲波潛艇探測和機載無線電系統(tǒng)。這些相同的原理是小型揚聲器、麥克風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 (VR)、增強現(xiàn)實 (AR) 和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 相結合，有望極大提高用戶對現(xiàn)有設備的參與度，并為新應用鋪平道路。壓電觸覺執(zhí)行器為虛擬交互增添了真實的觸感，振動提供了自然且引人入勝的響應感，例如模擬從賽車到武器射擊的游戲體驗。

　　觸覺可以在克服限制視覺或聲音識別關鍵警報的因素方面發(fā)揮關鍵作用。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，在每一秒都可以對健康結果產(chǎn)生影響的情況下，這可以挽救生命。

　　感受未來：應用和用例

　　觸覺的潛力僅受產(chǎn)品設計師愿景的限制。隨著 AR 和 VR 的日益普及，以及人工智能 (AI) 和機器學習 (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)字體驗方面發(fā)揮重要作用，包括：

　　在醫(yī)療領域，觸覺技術已經(jīng)開始在機器人輔助手術和侵入性牙科手術中發(fā)揮作用，幫助復制醫(yī)生在多年實踐中獲得的觸覺體驗。與 VR 相結合，觸覺可以通過模擬現(xiàn)實世界的程序來促進醫(yī)療技能的學習，從而提供從揮舞手術刀到心跳的實際操作體驗。觸覺技術可以促進衰弱性損傷患者的康復，幫助中風患者重新學習重要的運動技能，并為截肢者提供克服機械假肢局限性的能力。

　　在汽車用例中，觸覺技術已經(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)，重型設備操作員和生產(chǎn)線工人很容易因為需要看一眼按鈕或屏幕而分心。觸覺可以幫助他們專注于前方或后方的任務，同時確認他們做出了正確的選擇，而無需移開視線。觸覺技術可以集成到手套和衣服中，以實現(xiàn)對機械的精確遠程控制、揀選操作的準確性，并在潛在危險環(huán)境中提供反饋或警報。

　　零售和金融服務，因為客戶在日常接觸銷售點系統(tǒng)和 ATM 時會體驗到觸覺，例如使用卡和移動設備確認交互。觸覺和 AR/VR 的結合具有豐富的在線購物體驗的潛力，使消費者能夠虛擬地復制他們在實體零售業(yè)務中所期望的東西。

　　事實證明，消費電子產(chǎn)品采用觸覺技術的時機已經(jīng)成熟。第一款觸覺智能手機在 2000 年消費電子展上推出，該技術很快被 Android 和 Apple 智能手機采用，最初是為了幫助增強用戶在虛擬鍵盤上打字和按屏幕圖標時的體驗。但觸覺技術通過豐富 20 世紀 90 年代視頻游戲玩家的體驗而取得了早期成功，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。隨著消費設備和數(shù)字服務的不斷發(fā)展(從健身追蹤器到 AR/VR 耳機和眼鏡)，產(chǎn)品設計師正在競相開發(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)格和應用需求的觸覺界面。

　　第一步是了解可用技術及其設計要求之間的差異。機電組件是提供觸覺響應的最常見技術。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)。致動器以與設備的驅(qū)動電壓直接相關的頻率振動。由于在施加電壓時，旋轉(zhuǎn)電機需要很短的時間才能達到所需的速度 - 并將電機減慢至停止 - 它們最適合需要明顯振動效果但并不嚴格需要精確振動模式的應用。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大的觸覺反饋。適用于醫(yī)療、汽車或工業(yè)領域;消費類或便攜式設備;或安全設備。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，從而實現(xiàn)高分辨率、響應靈敏的振動模式，從而向用戶傳遞信息。當線圈被施加到設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，從而提供對振動強度和頻率的獨立控制。與 ERM 不同，配備 LRA 的設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。該技術與傳統(tǒng)揚聲器相關，其中線圈由波形激勵，導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用中，例如虛擬現(xiàn)實環(huán)境、游戲控制臺、醫(yī)療模擬器、手持設備以及消費和工業(yè)控制接口。

　　圖 2：LRA 的分解圖。 (來源：PUI 音頻)

　　音圈電機 (VCM) 也稱為音圈執(zhí)行器 (VCA)(圖 3)，使用與 LRA 相同的音圈技術，但更類似于揚聲器。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 所能復制的更實質(zhì)性和更真實的振動效果。 PUI Audio 的HD-VA2527圓柱形 VCM 提供靈活而復雜的振動效果。

　　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，由活性壓電材料的平坦層組成，當施加電壓時，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雜和詳細的信號，例如心跳的聲音，前所未有的真實感。這些部件具有更高的位移精度、更快的響應速度、更顯著的產(chǎn)生力和更長的壽命。它們確實需要比 ERM 和 LRA 更高的電壓，但設計人員可以利用“彎曲驅(qū)動器”集成電路來滿足低壓源的電壓要求。

　　結論

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