作者：Pete Bartolik

　　利用数字工具和服务的设备日益普及和实用，促使更多的产品设计师集成触觉技术，以确保更高的用户参与度并提供更身临其境的体验。通过基于触摸的感觉增强数字界面可增加触觉交互，创造补充或超越视觉和听觉的额外体验。渴望利用触觉功能的设计人员可以利用现成的组件来寻求新的用例和商业机会。

　　触觉技术已被广泛应用于从智能手机到汽车、销售点设备和 ATM 等引人注目的消费产品中。它们还用于医疗设备和手术工具、工业和制造机械以及楼宇自动化应用。

　　触觉的起源可以追溯到 1880 年，当时 Pierre 和 Jacques Curie 展示了某些材料的压电效应，可以通过施加机械力来产生少量电荷。当施加电压时，逆压电效应会产生材料的物理运动，并被用来开发早期的超声波潜艇探测和机载无线电系统。这些相同的原理是小型扬声器、麦克风甚至音乐礼品卡中常用的执行器和传感器的核心。

　　将触觉功能与虚拟现实 (VR)、增强现实 (AR) 和物联网 (IoT) 相结合，有望极大提高用户对现有设备的参与度，并为新应用铺平道路。压电触觉执行器为虚拟交互增添了真实的触感，振动提供了自然且引人入胜的响应感，例如模拟从赛车到武器射击的游戏体验。

　　触觉可以在克服限制视觉或声音识别关键警报的因素方面发挥关键作用。例如，在医疗环境中，触觉可以帮助从业者更容易地对多种输入做出反应，在每一秒都可以对健康结果产生影响的情况下，这可以挽救生命。

　　感受未来：应用和用例

　　触觉的潜力仅受产品设计师愿景的限制。随着 AR 和 VR 的日益普及，以及人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 的不断发展，触觉可能会在各行各业提供不断增长的沉浸式数字体验方面发挥重要作用，包括：

　　在医疗领域，触觉技术已经开始在机器人辅助手术和侵入性牙科手术中发挥作用，帮助复制医生在多年实践中获得的触觉体验。与 VR 相结合，触觉可以通过模拟现实世界的程序来促进医疗技能的学习，从而提供从挥舞手术刀到心跳的实际操作体验。触觉技术可以促进衰弱性损伤患者的康复，帮助中风患者重新学习重要的运动技能，并为截肢者提供克服机械假肢局限性的能力。

　　在汽车用例中，触觉技术已经为汽车驾驶员提供了车道偏离和未能正确握住方向盘的触觉警告。智能手表与导航系统的集成可以提醒操作员即将到来的转弯，从而减少将目光转向车载屏幕上地图的需要。

　　在工业和制造业，重型设备操作员和生产线工人很容易因为需要看一眼按钮或屏幕而分心。触觉可以帮助他们专注于前方或后方的任务，同时确认他们做出了正确的选择，而无需移开视线。触觉技术可以集成到手套和衣服中，以实现对机械的精确远程控制、拣选操作的准确性，并在潜在危险环境中提供反馈或警报。

　　零售和金融服务，因为客户在日常接触销售点系统和 ATM 时会体验到触觉，例如使用卡和移动设备确认交互。触觉和 AR/VR 的结合具有丰富的在线购物体验的潜力，使消费者能够虚拟地复制他们在实体零售业务中所期望的东西。

　　事实证明，消费电子产品采用触觉技术的时机已经成熟。第一款触觉智能手机在 2000 年消费电子展上推出，该技术很快被 Android 和 Apple 智能手机采用，最初是为了帮助增强用户在虚拟键盘上打字和按屏幕图标时的体验。但触觉技术通过丰富 20 世纪 90 年代视频游戏玩家的体验而取得了早期成功，控制器和配件(例如转向蛋黄)为驾驶和射击游戏等提供触觉反馈。随着消费设备和数字服务的不断发展(从健身追踪器到 AR/VR 耳机和眼镜)，产品设计师正在竞相开发新功能，使数字世界像物理世界一样有形。

　　成功的要素：满足各种需求的选项

　　产品设计人员可以使用现成的组件组合来创建符合其规格和应用需求的触觉界面。

　　第一步是了解可用技术及其设计要求之间的差异。机电组件是提供触觉响应的最常见技术。它们通常分为以下主要类别：

　　偏心旋转质量 (ERM ) 执行器利用连接到直流电机的离轴旋转质量来产生振动，从而提供低频“隆隆”感觉(图 1)。致动器以与设备的驱动电压直接相关的频率振动。由于在施加电压时，旋转电机需要很短的时间才能达到所需的速度 - 并将电机减慢至停止 - 它们最适合需要明显振动效果但并不严格需要精确振动模式的应用。PUI Audio提供多种 ERM 执行器，包括表面贴装HD-EMB1104-SM-2，在尺寸为 3.4 毫米 x 4.4 毫米 x 11 毫米的小封装中提供强大的触觉反馈。适用于医疗、汽车或工业领域;消费类或便携式设备;或安全设备。另一个选择是 PCI Audio HD-EM0602-LW15-R无刷直流 ERM，它比有刷执行器具有改进的速度和扭矩控制以及更长的使用寿命。

　　图 1：ERM 执行器的分解图。 (来源：PUI 音频)

　　线性谐振执行器 (LRA)部件(图 2)采用交流驱动，沿一个轴在两个方向上产生振动，从而实现高分辨率、响应灵敏的振动模式，从而向用户传递信息。当线圈被施加到设备的信号的频率和电压激励时，LRA 通过沿线性方向移动质量块来产生振动，从而提供对振动强度和频率的独立控制。与 ERM 不同，配备 LRA 的设备一旦线圈被激励且质量块上下移动，用户就会感觉到振动。该技术与传统扬声器相关，其中线圈由波形激励，导致磁铁和振膜移动并产生声波。 HD -LA1307-SMPUI Audio 是一款防水、IP 级、表面贴装 LRA，有助于无缝集成到各种终端应用中，例如虚拟现实环境、游戏控制台、医疗模拟器、手持设备以及消费和工业控制接口。

　　图 2：LRA 的分解图。 (来源：PUI 音频)

　　音圈电机 (VCM) 也称为音圈执行器 (VCA)(图 3)，使用与 LRA 相同的音圈技术，但更类似于扬声器。质量块像 LRA 一样线性移动，但随着尺寸和质量的增加，产生比 LRA 所能复制的更实质性和更真实的振动效果。 PUI Audio 的HD-VA2527圆柱形 VCM 提供灵活而复杂的振动效果。

　　图 3：VCA 分解图。 (来源：PUI 音频)

　　压电触觉组件通常称为压电弯曲器或蜂鸣器，基于逆压电效应，由活性压电材料的平坦层组成，当施加电压时，这些材料会弯曲和收缩，从而产生声音和振动。它们可以作为磁盘使用，例如 PUI Audio 的HD-PAB1501，也可以作为条带使用，例如HD-PAS2507。压电弯曲器可以传递更复杂和详细的信号，例如心跳的声音，前所未有的真实感。这些部件具有更高的位移精度、更快的响应速度、更显着的产生力和更长的寿命。它们确实需要比 ERM 和 LRA 更高的电压，但设计人员可以利用“弯曲驱动器”集成电路来满足低压源的电压要求。

　　结论

　　产品设计人员可以利用丰富的组件组合将触觉集成到他们的设备中。他们必须评估哪种类型的振动适合其设计，以及每个执行器在满足设计规范、最终用户需求和特定应用方面的优点和局限性。通过正确的设计选择，可以创造出新的触觉产品，从而激发新的商机。