iPhone诞生已有8年，触觉技术何时为消费电子带来“真正的互动”？

关键词： 触觉技术 , 消费电子 , 弯曲波触觉 , 压电式触觉 , 库仑效应触觉

        2007年1月9日，苹果CEO乔布斯发布了几乎颠覆电子产业的一款消费电子产品——第一代iPhone，这款产品最最重要的一个革新就是：丢掉了当时手机行业普遍使用的实体键盘，取而代之的是让人惊艳的触控屏技术，这之后，触控技术被大肆应用到无数产品中，特别是手机等便携设备。
屏幕触控技术被认为是触觉技术第二个阶段（第一个阶段是设备振动），然而，距离一代iPhone发布已经过去了整整8年，触觉技术的第三阶段、第四阶段究竟何时到来？这些新的技术会带来哪些新的应用，新的体验？
下面这篇文章将告诉你这方面的最新信息，以及作者对消费电子产品如何超越产品本身局限的一些想法。
消费电子产品制造商经常说，他们希望我们经由其产品而超越只是消费性媒体，他们希望我们能够与技术有更多真正的“互动”。但是，他们的行动并非如此。
如果我们以智能手机或平板电脑为例，我们可以看到大家都在竞相提供更高质量的画面；例如，Samsung S5 具有全高分辨率的1920×1080像素之屏幕（密度为432 ppi），而Samsung Galaxy Tab Pro 8.4则配备了2560 x 1600的像素的屏幕，而4K屏幕也即将推出。甚至在我们还在考虑LED / AMOLED/ Super AMOLED/ Super AMOLED Plus技术之前，这些技术就推出了。
这些再加上与不断进步的处理器技术 ，像是HTC One M8的亚洲版本采用的就是一颗2.5GHz的四核Snapdragon801处理器。 而且，在一定程度上 ，业内也竞相在提供更好的音频，像是HTC去年成为第一 家实现前向扬声器（orward facing loudspeaker）的厂商。
这一切都意味着我们所收看或收听的媒体内容都是属于那种更好的质量。但它没有互动（interacTIon），只是消费（consumpTIon）。
互动
对于任何真正感觉自然的活动 ，人脑需要至少有一个确认响应（confirmaTIon response），但通常有会几个。 以照明开关的开关为例，我们要感觉到它改变了状态；听到喀嚓声，要看到灯亮起来。如果这些过程有任何一项延迟或没有出现，我们就会觉得有些事情不对劲。就是此一原因，很多人讨厌紧凑型的荧光灯节能灯泡和它要亮起来时的一秒钟延迟。
简而言之， 对于想要与这种技术有所互动的我们而言， 我们要的是一个真实世界的响应 ，而这意味着要对触觉（hapTIcs）（touch feedback，触感反馈）进行投资；但可悲的是，这却是制造商投资不足之处。
如果你玩过市面上所有的智能手机或平板电脑，可能会注意到触觉（如果它们还没有因为扰人而关闭的话） 只不过是一偏轴转动惯量（Eccentric Rotating Mass，ERM）。 的确，此一技术在摩托罗拉发表以来，它只有些许的改变；当初摩托罗拉以此一技术来让它的移动电话Star TAC在来电或短信进来时，可以安静地振动。即使是Alexander Graham Bell的振动手机也是使用几乎相同的技术。
如果厂家继续沿着此一方向发展，那么消费者将会把触觉充其量视为是一种打扰。但它可提供的功能很多，最终，无论是在智能手机、一辆汽车或一台冰箱，它将会是任何电子设备上所该“必须有”的功能。
可以实现什么？
自从苹果推出第一代iPhone而加速了朝触控屏幕设备发展的脚步以来，距今也将近八年了；如今，我们经常会利用虚拟键盘来键入电子邮件和信息。这让我们失去了对触碰所带来的细微的感觉，也就是我们不再需要全神贯注地注意手指或手的移动。回想一下，在用旧型手机键盘发短信，甚至是在驾驶时这样做（这是非法的），因此不能够往下看时，但每次所选到的键都是对的，尽管该手机的T3软件可能会选到错误的选项，把“fancy a pint”变成“fancy a riot”。
虽然手机制造商一直坚持于第一代（整个设备振动）或了不起的第二代（整个屏幕）触觉反应， 但未来应该有更多可能的发展性。
在过去两、三年，我们已看见到从现有技术转向第三代和第四代触觉系统发展的迹象。这些触觉系统可针对面板上的特定位置提供客制化的响应，或在第四代反馈的使用情况下，针对多个位置提供响应，根据用户按压得多用力或多长而变化。
这意味着使用者可以根据正在使用的应用、或他们触碰的位置而使响应不同，从而实现了触控屏幕键盘的仿真，让用户可以有直接放在键盘上的感觉，或甚至在他们压下之前的感觉。




       
触觉技术
弯曲波触觉
弯曲波（bending wave）的物理学探讨了一片面板的低频自然共振，它当初是 NXT所开发并也已取得专利的技术，而NXT希望用它来驱动穿过面板的模态波（modal wave），以产生音频。
该专利现在则是由一家名为Redux Labs的 英国公司所拥有，该公司将此一技术进一步发展和配置，以便可以为任何的触控面板提供触觉反应和表面纹理 （surface texture）。Redux已开发出可提供许多效果的链接库，这些效果可以本地化（localised）至触控屏幕上特定的点 ，以产生实时、 高度可配置的现实的反应。
这家系统级IP开发公司说，它是与技术无关的（technology agnostic）， 且可整合各式各样触控技术的输入，包括电容式触控、压敏油墨（pressure sensitive ink）、和电 - 机械压电换能器（electro-mechanical piezo transducer）等。 该公司已针对各种应用开发出多款展示模块，包括智能电话、车载信息娱乐系统和控制的开关、及军用飞机的驾驶舱控制等。
例如，该公司的Bullfinch智能手机展示模块（如下图照片所示），可提供许多的纹理结构，包括滑动器和多相位响应（在这种情况下，带有触碰、推的照相机按钮仿真）。

Redux Labs的Bullfinch智能手机展示模块

该公司还针对军用飞机完成了多项项目。Redux利用其Bulldog版本的触觉反应评估平台（也是Bullfinch的基础）， 让试飞员在军用飞机研制建立时可以对以触觉反馈来开关的触控面板有所体验，这种触觉反馈在戴着军用飞行手套时也可以感觉得到。
我们认为这种技术将首先出现在汽车领域，在此一领域中，制造商一直在寻找一种替代性产品，希望可以触控面板来取代昂贵且容易发生故障的机械开关，同时还要确保驾驶的安全不会受到影响。 该公司还把触角伸向消费电子产品的制造商，以便加进到智能手机和平板电脑中，在这种应用中，此一技术还可额外替换现有设计中所使用的微型扬声器，这种扬声器让时下的青少年可以在火车上干扰到别人！事实上，这种具有双重目的的技术将可以几乎是免费的方式让这种功能实现。




       
压电式触觉
基于压电技术（piezo technology）的触觉反馈是荷兰公司Aito最近的研发成果。不像其他的触碰方式，AitoChip技术不需要额外的组件来以提供触觉反馈， 而是将压电盘（piezo disc） - 或“药丸（pill）” –当作传感器和致动器使用。这可省下对额外组件的需求，例如振动电机。
该技术可以有效地以个别的压电传感器来取代每一个按钮/开关。其中涉及到可以忽略不计的物理运动，因为压电组件会从施加的压力产生一个电压。这意味着可以以任何材料来做出这种迭加的面板，例如：金属、碳纤维、木材（wood）、塑料、或皮革等。这将为产品设计带来很大的创作自由度，及很多实现产品差异化的机会。
AitoChip技术 也具有成本低和稳健的特性，因为它不会有因为物理运动所引起的磨损。而压电技术与生俱来的稳健性意味着用户界面可做成具有防暴和防水的特性。
这意味着该技术自然是适合家用器具和工业应用，这些领域中的厂商正极力要实现生产时成本要更低的触控面板，且故障率要比标准的按钮还要来得低。此外，它也适用于豪华车市场，这个市场中的制造商被迫要在美学上妥协，以换取功能性，所以经常要以昂贵而吸引人的材料来做切口（cutout），以便将开关摆进来。所以，为什么不干脆把压电盘放在这些表面下方的适当位置即可？
库仑效应触觉
如果你在两个非导电物体之间建立一电荷差异，则将会有一股可测量且会将它们拉到一起的静电力（库仑力）。就是这股力量让小朋友的橡胶气球在头发上磨擦后会黏在身上，电子从头发上转移到气球，使得头发带正电，而气球带负电，而带不同性质电荷的两物体则会相互吸引。
包括芬兰Senseg和Disney Research的少数几家公司便利用这种力量来提供触觉响应，其做法是以高电压（大约1千伏）、近零电流电场（near zero current electric field）穿过就嵌在屏幕表层下方的网格，以便在手指与屏幕之间产生一股可以控制的库仑力（见下图，取材自Senseg的专利申请）。Senseg表示，这增加不到5%的功耗 。

Senseg的库仑效应触觉示意图

由于静力很微小，人类难以检测到，部署这种效应的触觉系统将需要具有每秒开关10-1000次速率的电场。
这将可建立起一响应的范围，Senseg表示，该公司的成果可以复制不同的纹理，甚至让手指 黏住和几乎停止；Disney Research指出他们的技术会让你感觉到图形用户界面中界面元素的特性 。
虽然这种技术肯定可增加一层互动性，但它只限于消费电子显示系统，而且可能会被认为是那令人失望的字眼：小说。我们对一张沙漠的照片是否有必要有沙子的感觉？或我们只是想找回一种较为相似的感觉（a more analogue feel）？
结论
如果消费电子产品制造商真得希望我们经由他们的设备而超越消费媒体，且具有真正的互动能力，那么它就需要解决触碰的问题。先进的触觉技术可以提供许多的效果，让你在与技术打交道时，可以比以往平面的屏幕更直观。
无论是在手机上、汽车中或在壁炉搁架（炉灶）上，人们需要一种由真正开关所带来的自然的感觉。借着引进先进的触觉技术，系统制造商就可以提供这种反应，以确保任何人在使用他们的产品，在第一次触碰时，就会感觉到这才是对的。
来源于：EDN Taiwan