作者：Pete Bartolik

隨著數字工具和服務的設備日益普及和實用，越來越多的產品設計師開始集成觸覺技術，以確保更高的用戶參與度并提供更沉浸的體驗。通過提供觸摸式感覺增強數字界面，增加觸覺互動，創造補充或超越視覺和聽覺的額外體驗。渴望利用觸覺功能的設計師可以利用現成的元件來開發新的用例和商機。

從智能手機到汽車，再到收銀機和自動取款機，觸覺技術已被廣泛應用于各種引人注目的消費產品中。它們還用于醫療設備和手術工具、工業和制造機械以及樓宇自動化應用。

觸覺學的起源可以追溯到 1880 年，當時 Pierre 和 Jacques Curie 展示了某些材料的壓電效應，通過施加機械力可產生微小的電荷。當施加電壓時，反向壓電效應會使材料產生物理運動，早期的超聲波潛艇探測和機載無線電系統就是利用這種效應開發的。這些原理也是小型揚聲器、麥克風甚至音樂賀卡中常用的致動器和傳感器的核心。

將觸覺功能與虛擬現實 (VR)、增強現實 (AR) 和物聯網 (IoT) 相結合，有可能大大提高用戶與現有設備的互動性，并為新應用鋪平道路。壓電觸覺致動器為虛擬互動增添了逼真的觸感，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。

在克服視覺或聽覺限制識別關鍵警報的因素方面，觸覺技術可以發揮重要作用。例如，在醫療環境中，觸覺技術可以幫助從業人員更快地對多種輸入做出反應，在這種情況下，每一秒都可能對健康結果產生影響，因此觸覺技術可以證明是救命的技術。

感受未來：應用和用例

觸覺技術的潛力只受限于產品設計師的想像力。隨著 AR 和 VR 的普及，以及人工智能 (AI) 和機器學習 (ML) 的不斷發展，觸覺技術很可能會在為各行各業提供越來越多的沉浸式數字體驗方面發揮突出作用，具體包括：

• 在 醫療領域 ，觸覺技術已經開始在機器人輔助手術和侵入性牙科手術中發揮作用，幫助復現醫生在多年實踐中獲得的觸覺體驗。通過與 VR 技術相結合，觸覺技術可以模擬真實世界的手術過程，提供從揮動手術刀到觸摸心臟的親身體驗，從而推動醫療技能的學習。觸覺技術可以促進患者康復，幫助中風患者重新學習關鍵的運動技能，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，觸覺技術已經在為汽車駕駛員提供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的集成可以提醒操作員即將轉彎，從而減少他們將視線轉移到車載屏幕上地圖的需要。
• 在工業和制造業領域，重型設備操作員和生產線工人很容易因為看按鈕或屏幕而分心。觸覺技術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，而無需將目光移開。我們還可以將觸覺技術集成到手套和衣服中，以實現對機器的精確遠程控制、提升分揀操作的準確性，以及在潛在危險環境中提供反饋或警報。
• 在零售和金融服務領域，客戶在日常與收銀機和自動取款機的常見接觸中都會體驗到觸覺，例如使用銀行卡和移動設備確認互動。將觸覺技術和 AR/VR 技術相結合，就有可能帶來豐富的在線購物體驗，讓消費者以虛擬方式復制他們在實體零售店的購物體驗。
• 在消費電子產品領域，已證明觸覺技術已經十分成熟。第一款觸摸屏智能手機在 2000 年的消費電子展上即已推出，該技術很快被安卓和蘋果智能手機所采用，最初是為了幫助提升用戶在虛擬鍵盤上打字和按屏幕圖標時的體驗。但觸覺技術早在 20 世紀 90 年代就通過豐富視頻游戲玩家的體驗取得了成功，控制器和配件（如方向桿）為駕駛和射擊游戲等提供了觸覺反饋。隨著消費設備和數字服務（從健身追蹤器到 AR/VR 頭戴式設備和眼鏡）的不斷發展，產品設計師們正競相開發新功能，使數字世界與實體世界一樣觸手可及。

獲得成功的元件：滿足各種需求的選擇

產品設計師可以使用現成的元件產品組合，打造符合其規格和應用需求的觸覺界面。

第一步要了解現有技術及其設計要求之間的差異。機電組件是提供觸覺反應的最常見技術。它們通常分為以下幾大類：

• 偏心旋轉質量 (ERM) 致動器，利用連接到直流電機的離軸旋轉質量塊來產生振動，從而帶來低頻“ 轟鳴”感覺（圖 1）。該致動器的振動頻率與設備的驅動電壓直接相關。由于在施加電壓時，旋轉電機只需很短的時間就能達到所需的速度，并使電機減速至停止，因此它們最適用于需要明顯振動效果，但不嚴格需要精確振動模式的應用場合。[PUI Audio] 提供多種 ERM 致動器，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，可提供強烈的觸覺反饋。它適用于醫療、汽車或工業領域；消費或便攜設備；或安全設備。另一種選擇是 PCI Audio [HD-EM0602-LW15-R] 無刷直流 ERM，與有刷致動器相比，其速度和扭矩控制更佳，使用壽命更長。

圖 1：ERM 致動器零件分解圖。（來源：PUI Audio）

• 線性諧振致動器 (LRA) 零件（圖 2）由交流電驅動，沿一個軸向產生兩個方向的振動，從而實現高分辨率、反應靈敏的振動模式，為用戶提供有效信息。當線圈受到施加到設備上的信號頻率和電壓的激勵時，LRA 通過使質量塊沿線性方向移動來產生振動，從而實現對振動強度和頻率的獨立控制。與 ERM 不同的是，使用配備 LRA 的設備時，只要線圈受到激勵，質量塊會向上或向下移動，用戶就會感覺到振動。這種技術與傳統揚聲器有關，在傳統揚聲器中，線圈受到波形激勵，使磁鐵和振膜移動并產生聲波。PUI Audio 的 [HD-LA1307-SM]是一款 IP 級的防水表面貼裝 LRA，可無縫集成到各種終端應用中，如虛擬現實環境、游戲機、醫療模擬器、手持設備以及消費和工業控制接口。

圖 2：LRA 的零件分解圖。（來源：PUI Audio）

• 音圈電機 (VCM)，亦稱音圈致動器 (VCA) （圖 3），采用與 LRA 相同的音圈技術，但更類似于揚聲器。質量塊像 LRA 一樣線性移動，但尺寸和質量都有所增大，產生的振動效果比 LRA 更真實、更強烈。PUI Audio 的 [HD-VA2527] 圓柱形 VCM 可提供靈活而復雜的振動效果。

圖 3：VCA 零件分解圖。（來源：PUI Audio）

• 壓電觸覺元件，通常稱為壓電彎曲片或蜂鳴器，它們基于反向壓電效應，由平整的有源壓電材料層組成，在施加電壓時會彎曲和收縮，從而產生聲音和振動。它們既有像 PUI Audio 的 [HD-PAB1501] 這樣的圓盤，也有像 [HD-PAS2507] 這樣的條帶。壓電彎曲片可以發出更復雜、更細膩的信號，如心跳聲，帶來前所未有的真實感。這些元件具有更高的位移精度、更快的響應速度、更強的動力能力和更長的使用壽命。與 ERM 和 LRA 相比，它們確實需要更高的電壓，但設計師可以利用“彎曲片驅動器”集成電路來滿足低壓源的電壓要求。

結語

觸覺技術產品組合現在已經非常豐富，產品設計師可以利用現成的元件將觸覺技術集成到其設備中。但他們必須評估哪種類型的振動適合其設計，以及每種執行器在滿足設計規范、最終用戶需求和特定應用方面的優勢和局限性。有了正確的設計選擇，就有可能創造出新的觸覺產品，從而帶來新的商機。

審核編輯 黃宇