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來(lái)源：DigiKey 作者：Pete Bartolik 隨著數(shù)字工具和服務(wù)的設(shè)備日益普及和實(shí)用，越來(lái)越多的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師開(kāi)始集成觸覺(jué)技術(shù)，以確保更高的用戶(hù)參與度并提供更沉浸的體驗(yàn)。通過(guò)提供觸摸式感覺(jué)增強(qiáng)數(shù)字界面，增加觸覺(jué)互動(dòng)，創(chuàng)造補(bǔ)充或超越視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的額外體驗(yàn)。渴望利用觸覺(jué)功能的設(shè)計(jì)師可以利用現(xiàn)成的元件來(lái)開(kāi)發(fā)新的用例和商機(jī)。 從智能手機(jī)到汽車(chē)，再到收銀機(jī)和自動(dòng)取款機(jī)，觸覺(jué)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各種引人注目的消費(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(dòng)化應(yīng)用。 觸覺(jué)學(xué)的起源可以追溯到 1880 年，當(dāng)時(shí) Pierre 和 Jacques Curie 展示了某些材料的壓電效應(yīng)，通過(guò)施加機(jī)械力可產(chǎn)生微小的電荷。當(dāng)施加電壓時(shí)，反向壓電效應(yīng)會(huì)使材料產(chǎn)生物理運(yùn)動(dòng)，早期的超聲波潛艇探測(cè)和機(jī)載無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)就是利用這種效應(yīng)開(kāi)發(fā)的。這些原理也是小型揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)甚至音樂(lè)禮品卡中常用的致動(dòng)器和傳感器的核心。 將觸覺(jué)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，有可能大大提高用戶(hù)與現(xiàn)有設(shè)備的互動(dòng)性，并為新應(yīng)用鋪平道路。壓電觸覺(jué)致動(dòng)器為虛擬互動(dòng)增添了逼真的觸感，振動(dòng)提供了自然而引人入勝的響應(yīng)感，例如模擬從賽車(chē)到武器射擊的游戲體驗(yàn)。 在克服視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)限制識(shí)別關(guān)鍵警報(bào)的因素方面，觸覺(jué)技術(shù)可以發(fā)揮重要作用。例如，在醫(yī)療環(huán)境中，觸覺(jué)技術(shù)可以幫助從業(yè)人員更快地對(duì)多種輸入做出反應(yīng)，在這種情況下，每一秒都可能對(duì)健康結(jié)果產(chǎn)生影響，因此觸覺(jué)技術(shù)可以證明是救命的技術(shù)。 感受未來(lái)：應(yīng)用和用例 觸覺(jué)技術(shù)的潛力只受限于產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的想像力。隨著 AR 和 VR 的普及，以及人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 的不斷發(fā)展，觸覺(jué)技術(shù)很可能會(huì)在為各行各業(yè)提供越來(lái)越多的沉浸式數(shù)字體驗(yàn)方面發(fā)揮突出作用，具體包括： · 在醫(yī)療領(lǐng)域，觸覺(jué)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)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)現(xiàn)醫(yī)生在多年實(shí)踐中獲得的觸覺(jué)體驗(yàn)。通過(guò)與 VR 技術(shù)相結(jié)合，觸覺(jué)技術(shù)可以模擬真實(shí)世界的手術(shù)過(guò)程，提供從揮動(dòng)手術(shù)刀到觸摸心臟的親身體驗(yàn)，從而推動(dòng)醫(yī)療技能的學(xué)習(xí)。觸覺(jué)技術(shù)可以促進(jìn)患者康復(fù)，幫助中風(fēng)患者重新學(xué)習(xí)關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)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(chē)用例中，觸覺(jué)技術(shù)已經(jīng)在為汽車(chē)駕駛員提供車(chē)道偏離和未能正確握住方向盤(pán)的觸覺(jué)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轉(zhuǎn)彎，從而減少他們將視線(xiàn)轉(zhuǎn)移到車(chē)載屏幕上地圖的需要。 · 在工業(yè)和制造業(yè)領(lǐng)域，重型設(shè)備操作員和生產(chǎn)線(xiàn)工人很容易因?yàn)榭窗粹o或屏幕而分心。觸覺(jué)技術(shù)可以幫助他們專(zhuān)注于前方或后方的任務(wù)，同時(shí)確認(rèn)他們做出了正確的選擇，而無(wú)需將目光移開(kāi)。我們還可以將觸覺(jué)技術(shù)集成到手套和衣服中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的精確遠(yuǎn)程控制、提升分揀操作的準(zhǔn)確性，以及在潛在危險(xiǎn)環(huán)境中提供反饋或警報(bào)。 · 在零售和金融服務(wù)領(lǐng)域，客戶(hù)在日常與收銀機(jī)和自動(dòng)取款機(jī)的常見(jiàn)接觸中都會(huì)體驗(yàn)到觸覺(jué)，例如使用銀行卡和移動(dòng)設(shè)備確認(rèn)互動(dòng)。將觸覺(jué)技術(shù)和 AR/VR 技術(shù)相結(jié)合，就有可能帶來(lái)豐富的在線(xiàn)購(gòu)物體驗(yàn)，讓消費(fèi)者以虛擬方式復(fù)制他們?cè)趯?shí)體零售店的購(gòu)物體驗(yàn)。 · 在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，已證明觸覺(jué)技術(shù)已經(jīng)十分成熟。第一款觸摸屏智能手機(jī)在 2000 年的消費(fèi)電子展上即已推出，該技術(shù)很快被安卓和蘋(píng)果智能手機(jī)所采用，最初是為了幫助提升用戶(hù)在虛擬鍵盤(pán)上打字和按屏幕圖標(biāo)時(shí)的體驗(yàn)。但觸覺(jué)技術(shù)早在 20 世紀(jì) 90 年代就通過(guò)豐富視頻游戲玩家的體驗(yàn)取得了成功，控制器和配件（如方向盤(pán)）為駕駛和射擊游戲等提供了觸覺(jué)反饋。隨著消費(fèi)設(shè)備和數(shù)字服務(wù)（從健身追蹤器到 AR/VR 頭戴式設(shè)備和眼鏡）的不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師們正競(jìng)相開(kāi)發(fā)新功能，使數(shù)字世界與實(shí)體世界一樣觸手可及。 獲得成功的元件：滿(mǎn)足各種需求的選擇 產(chǎn)品設(shè)計(jì)師可以使用現(xiàn)成的元件產(chǎn)品組合，打造符合其規(guī)格和應(yīng)用需求的觸覺(jué)界面。 第一步要了解現(xiàn)有技術(shù)及其設(shè)計(jì)要求之間的差異。機(jī)電組件是提供觸覺(jué)反應(yīng)的最常見(jiàn)技術(shù)。它們通常分為以下幾大類(lèi)： 偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 (ERM) 致動(dòng)器，利用連接到直流電機(jī)的離軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊來(lái)產(chǎn)生振動(dòng)，從而帶來(lái)低頻“ 轟鳴”感覺(jué)（圖 1）。該致動(dòng)器的振動(dòng)頻率與設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電壓直接相關(guān)。由于在施加電壓時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)只需很短的時(shí)間就能達(dá)到所需的速度，并使電機(jī)減速至停止，因此它們最適用于需要明顯振動(dòng)效果，但不嚴(yán)格需要精確振動(dòng)模式的應(yīng)用場(chǎng)合。PUI Audio 提供多種 ERM 致動(dòng)器，包括表面貼裝型 HD-EMB1104-SM-2，它采用 3.4 mm x 4.4 mm x 11 mm 的小型封裝，可提供強(qiáng)烈的觸覺(jué)反饋。它適用于醫(yī)療、汽車(chē)或工業(yè)領(lǐng)域；消費(fèi)或便攜設(shè)備；或安全設(shè)備。另一種選擇是 PCI Audio HD-EM0602-LW15-R 無(wú)刷直流 ERM，與有刷致動(dòng)器相比，其速度和扭矩控制更佳，使用壽命更長(zhǎng)。 
圖 1：ERM 致動(dòng)器零件分解圖。（來(lái)源：PUI Audio） 線(xiàn)性諧振致動(dòng)器 (LRA) 零件（圖 2）由交流電驅(qū)動(dòng)，沿一個(gè)軸向產(chǎn)生兩個(gè)方向的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率、反應(yīng)靈敏的振動(dòng)模式，為用戶(hù)提供有效信息。當(dāng)線(xiàn)圈受到施加到設(shè)備上的信號(hào)頻率和電壓的激勵(lì)時(shí)，LRA 通過(guò)使質(zhì)量塊沿線(xiàn)性方向移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度和頻率的獨(dú)立控制。與 ERM 不同的是，使用配備 LRA 的設(shè)備時(shí)，只要線(xiàn)圈受到激勵(lì)，質(zhì)量塊會(huì)向上或向下移動(dòng)，用戶(hù)就會(huì)感覺(jué)到振動(dòng)。這種技術(shù)與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器有關(guān)，在傳統(tǒng)揚(yáng)聲器中，線(xiàn)圈受到波形激勵(lì)，使磁鐵和振膜移動(dòng)并產(chǎn)生聲波。PUI Audio 的 HD-LA1307-SM 是一款 IP 級(jí)的防水表面貼裝 LRA，可無(wú)縫集成到各種終端應(yīng)用中，如虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境、游戲機(jī)、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 的零件分解圖。（來(lái)源：PUI Audio） 音圈電機(jī) (VCM)，亦稱(chēng)音圈致動(dòng)器 (VCA)（圖 3），采用與 LRA 相同的音圈技術(shù)，但更類(lèi)似于揚(yáng)聲器。質(zhì)量塊像 LRA 一樣線(xiàn)性移動(dòng)，但尺寸和質(zhì)量都有所增大，產(chǎn)生的振動(dòng)效果比 LRA 更真實(shí)、更強(qiáng)烈。PUI Audio 的 HD-VA2527 圓柱形 VCM 可提供靈活而復(fù)雜的振動(dòng)效果。
圖 3：VCA 零件分解圖。（來(lái)源：PUI Audio） 壓電觸覺(jué)元件，通常稱(chēng)為壓電彎曲片或蜂鳴器，它們基于反向壓電效應(yīng)，由平整的有源壓電材料層組成，在施加電壓時(shí)會(huì)彎曲和收縮，從而產(chǎn)生聲音和振動(dòng)。它們既有像 PUI Audio 的 HD-PAB1501 這樣的圓盤(pán)，也有像 HD-PAS2507 這樣的條帶。壓電彎曲片可以發(fā)出更復(fù)雜、更細(xì)膩的信號(hào)，如心跳聲，帶來(lái)前所未有的真實(shí)感。這些元件具有更高的位移精度、更快的響應(yīng)速度、更強(qiáng)的動(dòng)力能力和更長(zhǎng)的使用壽命。與 ERM 和 LRA 相比，它們確實(shí)需要更高的電壓，但設(shè)計(jì)師可以利用“彎曲片驅(qū)動(dòng)器”集成電路來(lái)滿(mǎn)足低壓源的電壓要求。 結(jié)語(yǔ) 觸覺(jué)技術(shù)產(chǎn)品組合現(xiàn)在已經(jīng)非常豐富，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師可以利用現(xiàn)成的元件將觸覺(jué)技術(shù)集成到其設(shè)備中。但他們必須評(píng)估哪種類(lèi)型的振動(dòng)適合其設(shè)計(jì)，以及每種執(zhí)行器在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范、最終用戶(hù)需求和特定應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)和局限性。有了正確的設(shè)計(jì)選擇，就有可能創(chuàng)造出新的觸覺(jué)產(chǎn)品，從而帶來(lái)新的商機(jī)。 |
