盡管大多數(shù)智能手機(jī)和平板電腦用戶都已經(jīng)體驗(yàn)過觸覺技術(shù),，但是觸覺學(xué)這個(gè)術(shù)語本身卻很少為消費(fèi)者所了解,。就其基本定義而言,，“觸覺學(xué)”是指觸覺反饋科學(xué),。觸覺技術(shù)最為基本的應(yīng)用形式是,，手機(jī)通過振動(dòng)提示用戶來電或者收件箱有一條新的短信。在這些情況下,，手機(jī)利用觸覺技術(shù),，引起用戶的請注意,。
約有三分之一的智能手機(jī)都使用了觸覺反饋技術(shù),，其實(shí)現(xiàn)的功能已不僅僅只是振動(dòng)提醒。一個(gè)常見例子是,，當(dāng)使用手機(jī)編寫電子郵件或者發(fā)短信時(shí),，用戶會(huì)感受到細(xì)微的振動(dòng)反饋。成功按下某個(gè)按鍵后,，手機(jī)就會(huì)振動(dòng)確認(rèn)一次,。在使用觸覺反饋的情況下，用戶很少會(huì)出現(xiàn)的輸入錯(cuò)誤,，并且操作體驗(yàn)也更滿意,。
利用觸覺技術(shù)增強(qiáng)用戶體驗(yàn)
越來越多的移動(dòng)設(shè)備，例如：手機(jī)和平板電腦等,，都在使用觸摸功能,。觸摸界面是如此的簡單和直觀，以至于三歲小孩也會(huì)解鎖智能手機(jī),，然后點(diǎn)擊YouTube圖標(biāo)查看視頻播放列表,。但是，觸摸屏存在一個(gè)嚴(yán)重的局限性：因?yàn)闆]有物理或者機(jī)械反饋,，無法實(shí)現(xiàn)用戶互動(dòng)或者提醒,。設(shè)計(jì)優(yōu)秀的觸覺反饋功能，可以極大增強(qiáng)觸摸式移動(dòng)設(shè)備的整體用戶體驗(yàn),。
觸覺技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止用戶提醒或者按鍵確認(rèn)那么簡單,。標(biāo)準(zhǔn)的手勢操作，例如：滑動(dòng)解鎖,、手指縮放圖片以及上下拖動(dòng)翻頁等,，都可以擁有屬于自己的觸覺/感知特性。當(dāng)用戶將圖片放至最大尺寸觀看時(shí)，觸覺反饋強(qiáng)度也會(huì)增加,?？焖贊L動(dòng)操作時(shí)，觸覺反饋也會(huì)更快,。如果這種情景敏感型反饋同聲音反饋相結(jié)合,，所得到的用戶體驗(yàn)會(huì)令人高度滿意，也更加直觀,。
另外,，觸覺反饋還帶來了另一種樂趣。許多人都使用移動(dòng)設(shè)備玩游戲,。觸覺反饋技術(shù)可以極大地改善游戲體驗(yàn),。例如，在第一人稱射擊游戲中,，游戲主角可以真實(shí)地感受到武器射擊帶來的震撼,。用戶可以在賽車游戲中感覺到車載的碰撞和顛簸，在流行的“憤怒的小鳥”游戲中感受釋放彈弓繩時(shí)的彈力,，在演奏游戲中真實(shí)感受吉他琴弦或者鋼琴鍵等等,，諸如此類。游戲開發(fā)者的想象力將創(chuàng)造出無限的體驗(yàn)可能性,！
慣性觸覺傳動(dòng)器（ERM/LRA）
手機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)觸覺反饋功能,，通過一個(gè)被稱作偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量傳動(dòng)器(ERM) 的小型馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)。該馬達(dá)受到電壓驅(qū)動(dòng)開始旋轉(zhuǎn),，用戶便可感覺到振動(dòng),。觸覺反饋驅(qū)動(dòng)器芯片以差動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，因此馬達(dá)在正電壓起作用時(shí)旋轉(zhuǎn),，而在反極性即負(fù)電壓起作用時(shí)停止,。用于振動(dòng)提醒時(shí)，這種方法十分有效,。但是,，當(dāng)把ERM用于其他觸覺反饋應(yīng)用時(shí)，例如：游戲等,，設(shè)備電池電量迅速下降,。
ERM存在慣性，需要過驅(qū)動(dòng)才能更快速地旋轉(zhuǎn),。啟動(dòng)時(shí)間是指馬達(dá)達(dá)到90%額定加速度所需的時(shí)間,，其范圍通常為50到100 ms。馬達(dá)制動(dòng)或者停止的時(shí)間范圍類似,。觸發(fā)一個(gè)非常簡單的觸覺反饋事件（例如：點(diǎn)擊）,，耗時(shí)約100到200 ms。如果應(yīng)用要求重復(fù)觸覺反饋事件，則馬達(dá)型觸覺反饋的延遲便不那么理想,。
ERM的另一個(gè)方面是旋轉(zhuǎn)馬達(dá)產(chǎn)生的嗡嗡聲,，即人耳可以聽見的噪聲。如果觸覺反饋與聲音反饋結(jié)合使用,，可以部分緩解這個(gè)問題,。但是，在安靜的會(huì)議室里,，如果有人在發(fā)短信,，則所有人都能聽到這種噪聲。另外,，ERM的觸覺反饋效果會(huì)因用戶操作而變得不明顯,。振動(dòng)頻率和振幅，與單控制電壓有關(guān),。
另一種慣性傳動(dòng)器即線性共振傳動(dòng)器（LRA）,，用于一些智能手機(jī)中，實(shí)現(xiàn)觸覺反饋和振動(dòng)提醒,。相比ERM,，LRA的機(jī)械結(jié)構(gòu)不同。它包含一個(gè)安裝在彈簧上的質(zhì)量塊,，以線性運(yùn)動(dòng)方式振動(dòng)。LRA必須在窄共振頻率下受到驅(qū)動(dòng),。另外,，它的啟動(dòng)時(shí)間稍好于ERM。
根據(jù)不同的制造廠商,，啟動(dòng)時(shí)間范圍為40到60 ms（圖1）,，相比ERM的啟動(dòng)時(shí)間（50到100ms）要好一些。通過對(duì)共振載波振幅進(jìn)行調(diào)制,，可以產(chǎn)生各種不同的觸覺反饋效果,。
圖1 LRA 的典型啟動(dòng)時(shí)間為40 到60ms
高分辨率觸覺反饋
高清(HD) 電視比標(biāo)清電視的分辨率更高，因此能夠提供更加銳麗和清晰的畫面,。同樣,，相比慣性傳動(dòng)器的嗡嗡振動(dòng)，高分辨率觸覺反饋也可以讓用戶感受到更明顯的振動(dòng)效果,。壓電(piezo) 或者陶瓷式觸覺反饋傳動(dòng)器用于實(shí)現(xiàn)HD觸覺反饋,，提供與ERM/LRA不一樣的美好體驗(yàn)。
壓電式傳動(dòng)器
當(dāng)在壓電式傳動(dòng)器兩端施加差動(dòng)電壓時(shí),，它會(huì)彎曲變形,，從而產(chǎn)生振動(dòng)。壓電式傳動(dòng)器需要高壓才能變形。根據(jù)不同的制造廠商,，電壓可以為50到150VPP,。電壓更高時(shí)，要求壓電層數(shù)減少,；因此,，電壓為150VPP時(shí)，壓電式傳動(dòng)器約有4層,，而電壓為50VPP時(shí),，則可能有16到24層。更高電壓時(shí),，由于層數(shù)減少,，壓電式傳動(dòng)器的電容更小。換句話說,，驅(qū)動(dòng)低電容觸覺反饋傳動(dòng)器所需的電流更小,。
壓電傳動(dòng)器使用圓盤或者矩形條的形式，也被稱作彎曲器,。壓電盤垂直變形,，可用于Z軸振動(dòng)。壓電彎曲器可直接安裝在一塊“漂浮”式觸摸屏上,，以實(shí)現(xiàn)屏幕振動(dòng)（圖2a）,。壓電彎曲器還可以貼裝到一個(gè)小型模塊中，而該模塊又可以安裝到設(shè)備的外殼或者PCB上,，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備振動(dòng)（圖2b）,。壓電模塊之所以流行，是因?yàn)樗臋C(jī)械集成很簡單,。
圖2 壓電式傳動(dòng)器的形狀系數(shù)
是什么讓壓電式傳動(dòng)器擁有高分辨率,？
四大因素讓壓電式傳動(dòng)器區(qū)別于慣性傳動(dòng)器：
1、啟動(dòng)更快：由于其固有機(jī)械屬性,，壓電式傳動(dòng)器的啟動(dòng)時(shí)間非常短—一般小于15ms,，比ERM快3到4倍。相比ERM,，總體觸覺反饋事件持續(xù)時(shí)間縮短70ms,。圖3對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的描述。
2,、帶寬更高：壓電式傳動(dòng)器的更高帶寬（參見圖4）,，可提供更細(xì)膩的觸覺反饋組合，實(shí)現(xiàn)更多的效果,。
3,、噪聲更低：與ERM不同,，壓電式傳動(dòng)器沒有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)械噪聲。
4,、振動(dòng)更強(qiáng)：壓電式模塊可產(chǎn)生更高的振動(dòng)強(qiáng)度,。圖5顯示了一個(gè)市售壓電式模塊的加速特性，而圖6顯示了一個(gè)市售LRA的加速特性,。我們可以看到,，相比LRA低于1.5 GPP的峰值到峰值加速度，壓電式傳動(dòng)器產(chǎn)生了3 GPP的峰值到峰值加速度,。這種更高的振動(dòng)強(qiáng)度意味著,，壓電式模塊是大屏幕智能手機(jī)和平板電腦的理想選擇。
圖3 壓電式模塊的典型啟動(dòng)時(shí)間為~14 ms
圖4 壓電式傳動(dòng)器（理想模塊）的帶寬更高
圖5 壓電式模塊的加速特性
圖6 LRA 的加速特性
壓電式傳動(dòng)器的電流消耗
盡管壓電式傳動(dòng)器所需電壓高于標(biāo)準(zhǔn)慣性傳動(dòng)器,，但是實(shí)際電流消耗卻低于ERM,，大小與LRA一樣（參見表1）。
表1 觸覺反饋傳動(dòng)器的功耗
結(jié)論
相比慣性傳動(dòng)器,，壓電式傳動(dòng)器擁有較大的性能和成本優(yōu)勢,。它具有更短的啟動(dòng)時(shí)間，幫助鍵盤應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)烈而輕快的點(diǎn)擊確認(rèn),。它的高帶寬優(yōu)點(diǎn),，可幫助實(shí)現(xiàn)用戶更易感知的觸覺效果，這一點(diǎn)對(duì)游戲應(yīng)用至關(guān)重要,。壓電式傳動(dòng)器具有更強(qiáng)的振動(dòng),，可以為一些大尺寸消費(fèi)類設(shè)備（例如：平板電腦和電子閱讀器等）帶來觸覺反饋功能?？傊?，壓電式觸覺反饋技術(shù)擁有許多引人注目的特性，可以增強(qiáng)觸覺反饋體驗(yàn),，幫助提高移動(dòng)設(shè)備的整體用戶體驗(yàn)。
TI 同時(shí)供應(yīng)模擬輸入（DRV8662）和數(shù)字輸入（DRV2665）壓電式觸覺反饋驅(qū)動(dòng)器,，其可以與市場上的各種壓電式傳動(dòng)器一起使用,。另外，TI還提供一些讓廣大設(shè)計(jì)人員“耳目一新”的演示,。
相關(guān)網(wǎng)站及參考文檔
http://www.ti.com.cn/ww/touch_screen_controllers_and_haptics/index.htm