深度解讀“微壓力傳感技術(shù)及應(yīng)用”

4月22日，紐迪瑞科技（NDT）技術(shù)副總裁陳之昀博士受邀參加了集微網(wǎng)主辦的第四期“集微公開課”，為大家深度解讀“微壓力傳感技術(shù)及應(yīng)用”。

① | 行業(yè)領(lǐng)先壓力傳感觸控方案供應(yīng)商

紐迪瑞科技（New Degree Technology，簡(jiǎn)稱NDT），成立于2011年，總部位于中國(guó)深圳，同時(shí)在美國(guó)設(shè)有研發(fā)中心，是一家專注于微壓力傳感器觸控技術(shù)的高科技公司。經(jīng)過短短的幾年時(shí)間，紐迪瑞科技現(xiàn)在已經(jīng)成為國(guó)際領(lǐng)先的壓感觸控解決方案的供應(yīng)商。

據(jù)陳之昀博士介紹，紐迪瑞具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)、獨(dú)立開發(fā)的、成套的技術(shù)體系，擁有62項(xiàng)國(guó)內(nèi)外專利，此外還有一支90余人的高素質(zhì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)支持其壓感觸控技術(shù)的研發(fā)和迭代，其中包含11名博士、28名碩士。

紐迪瑞公司的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)遍及全球，包括在美國(guó)東北部有一個(gè)研發(fā)中心，主要是負(fù)責(zé)新型壓感材料的研發(fā)；在美國(guó)硅谷設(shè)有銷售辦公室；同時(shí)在北美、歐洲和韓國(guó)都有銷售代理，負(fù)責(zé)在全球各地推廣技術(shù)和產(chǎn)品。

////////

② | 壓力傳感技術(shù)到底有什么用？

實(shí)際上壓力傳感是無(wú)所不在的，與我們的生活息息相關(guān)。常見的壓感觸控場(chǎng)景主要可分為兩大類，一種為人機(jī)交互，另一種便是物物互聯(lián)。

人機(jī)交互場(chǎng)景是非常多的，例如我們?nèi)粘２僮?a target="_blank">手機(jī)、電腦、汽車、玩游戲、聽音樂等，只要有按鍵的地方、有觸控的地方、有物理接觸的地方，都可以用到壓力傳感來(lái)實(shí)現(xiàn)觸控交互。

另外一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是物物互聯(lián)。

我們知道物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展是非常迅速的，在很多領(lǐng)域，比如像工業(yè)控制、智能機(jī)器人等這些領(lǐng)域便需要大量的壓力傳感的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)物與物之間的互聯(lián)。

////////

③ | 現(xiàn)有壓力感應(yīng)技術(shù)有哪些？

傳統(tǒng)的壓力傳感器主要為工業(yè)級(jí)的壓力傳感器，其主要的探測(cè)器件是一種金屬應(yīng)變片，而該類應(yīng)變片實(shí)際上是一個(gè)金屬膜電阻。當(dāng)機(jī)床受到壓力或者應(yīng)力發(fā)生形狀變化的時(shí)候，金屬膜電阻的形狀會(huì)跟著發(fā)生變化，相應(yīng)的它的電阻阻值也會(huì)發(fā)生變化，通過阻值變化就可以測(cè)量它所受到的壓力或者應(yīng)力。

傳統(tǒng)應(yīng)變片解決方案的好處就是比較成熟、精度高，但它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因而成本也非常高。此外應(yīng)變片實(shí)際上是一個(gè)單立的器件，它與我們現(xiàn)有常見的電子產(chǎn)品中包含PCB的這種解決方案集成起來(lái)不是那么方便。對(duì)于高集成度的現(xiàn)代的電子產(chǎn)品來(lái)講，它已經(jīng)有一點(diǎn)過時(shí)。

市面上最常見的壓力感應(yīng)技術(shù)主要有壓電陶瓷、壓力電容、壓力電阻等。紐迪瑞的微壓力應(yīng)變器與這三種技術(shù)的根本區(qū)別在于其獨(dú)立研發(fā)的一款高靈敏度的高分子壓力感應(yīng)材料。這種材料可以通過印刷形成可變電阻，使用方式上與此前說(shuō)的應(yīng)變片類似，同樣也是一種通過改變電阻識(shí)別壓力值的應(yīng)用方式。

紐迪瑞研發(fā)的高靈敏度壓感材料的靈敏度是傳統(tǒng)應(yīng)變片的5倍，除此之外這種材料是油墨的狀態(tài)，可以方便通過印刷的方式直接印刷在PCB或者FPC的表面，制程簡(jiǎn)單，集成方便，使用方式也很靈活。

這里還有一個(gè)明顯的與市面上常見的壓力傳感技術(shù)原理不一樣的地方。常見的壓力傳感都需要上下表面需要有支撐，而紐迪瑞的壓力傳感器是單層結(jié)構(gòu)，只需通過傳感器探測(cè)表面面板的形變便可識(shí)別操作者的操作指令。并且它基本上適用于任何表面材質(zhì)，只要能夠貼合便都可以使用，包括玻璃、金屬、陶瓷，甚至是木頭。

總結(jié)起來(lái)，紐迪瑞壓力傳感技術(shù)方案的優(yōu)勢(shì)有三點(diǎn)：高靈敏度、高易用性、高性價(jià)比。高靈敏度來(lái)源于特殊研發(fā)的壓感材料，也是紐迪瑞的核心技術(shù)所在；易用性在于其材料是油墨，可以方便直接印刷到FPC或PCB板上，同時(shí)由于材料具備高靈敏性和整個(gè)結(jié)構(gòu)具備柔軟性，使得即貼即用成為可能；高性價(jià)比在于高靈敏度和高易用性令其可以實(shí)現(xiàn)快速安裝、易于集成，同時(shí)配合紐迪瑞提供的一套高度集成的解決方案，可以為終端產(chǎn)品降低生產(chǎn)和使用成本。

////////

④ | NDT壓感觸控已獲多款旗艦終端商用

紐迪瑞從2015年開始布局手機(jī)行業(yè)，短短的幾年之內(nèi)便充分獲得市場(chǎng)的驗(yàn)證和品牌客戶的信任。在全球11家知名手機(jī)制造商中，已有8家采用了紐迪瑞的壓感觸控方案實(shí)現(xiàn)手機(jī)上的壓感智能交互，量產(chǎn)的商用旗艦機(jī)型已達(dá)30余款。

目前在手機(jī)的壓感觸控應(yīng)用市場(chǎng)，紐迪瑞的市場(chǎng)占有率高達(dá)97.5%，累計(jì)出貨量已經(jīng)達(dá)到了4000萬(wàn)套，奠定了在手機(jī)壓感觸控領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者地位。

紐迪瑞自2011年成立，在之后的2~3年內(nèi)，主要集中力量研發(fā)新型的、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的壓力感應(yīng)的材料。2015年開始進(jìn)入手機(jī)市場(chǎng)，當(dāng)時(shí)便配合中興發(fā)布了世界上第1款采用3D Touch壓感觸控技術(shù)的手機(jī)Axon mini，實(shí)際上比蘋果的iPhone 6s還要早幾個(gè)月發(fā)布。

到2017年，紐迪瑞開始和HTC及谷歌合作，推出具有邊框觸控功能的Pixel 2系列及HTC U11系列手機(jī)。到了2018年，相繼配合推出含壓感觸控功能的小米8系列和魅族16系列。2019年第一款真正意義上無(wú)按鍵瀑布屏手機(jī)vivoNEX 3，所采用的隱藏式壓感電源及音量按鍵，同樣也是來(lái)自NDT的方案；此外還有含有壓感游戲按鍵的iQOO系列以及“未來(lái)科技感”十足的OPPO“透視全景屏”的概念機(jī)及今年vivo新推出的APEX 2020。

正是因?yàn)椴唤叩膭?chuàng)新和持續(xù)的研發(fā)，2016、2017年紐迪瑞連續(xù)兩年入選清科集團(tuán)評(píng)選的“最具投資價(jià)值企業(yè)50強(qiáng)”，2018年更是與騰訊、順豐一起入圍快公司評(píng)選的“中國(guó)最佳創(chuàng)新公司10強(qiáng)”。

////////

⑤ | NDT壓感觸控技術(shù)行業(yè)應(yīng)用有哪些？

經(jīng)過前期充分的市場(chǎng)及用戶需求調(diào)研，目前紐迪瑞壓感觸控技術(shù)表現(xiàn)在具體的產(chǎn)品形式上，有四條產(chǎn)品線，面向四個(gè)不同的市場(chǎng)，分別是Edge Sensor、Strain Gauge、Micro Load Cell、Metal Key。

目前Edge Sensor是最受歡迎的產(chǎn)品模式，它主要用于手機(jī)側(cè)邊實(shí)現(xiàn)譬如音量鍵、電源鍵、游戲L/R鍵、以及快捷鍵之類的按鍵功能，使得原本功能單一的手機(jī)側(cè)邊實(shí)現(xiàn)了智能邊框功能。它的主要優(yōu)勢(shì)在于它為邊框提供了虛擬的按鍵，可以取代實(shí)體按鍵還無(wú)需無(wú)需開孔，帶來(lái)一體化的機(jī)身，讓美學(xué)設(shè)計(jì)與按鍵功能兼具。

Strain Gauge實(shí)際也是應(yīng)變片，但又與傳統(tǒng)的應(yīng)變片有所不同，它的優(yōu)勢(shì)在于高靈敏度和易于集成。目前這個(gè)產(chǎn)品線主要應(yīng)用在手提電腦的觸控面板（Trackpad）上。通過壓力觸控面板可以提供多維的輸入，帶來(lái)例如點(diǎn)擊、輕按、雙按、長(zhǎng)按、滑動(dòng)、拖拽等多樣化交互。同時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成的優(yōu)勢(shì)，可以讓手提電腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為緊湊、為其節(jié)省空間，滿足終端用戶對(duì)于PC的輕薄設(shè)計(jì)和實(shí)用性需求。

Micro Load Cell應(yīng)用場(chǎng)景有無(wú)線耳機(jī)、壓力筆、電動(dòng)工具等。它是一個(gè)非常小巧的壓力傳感器，簡(jiǎn)單易用，可以很輕易地集成到一些很小的部件里面，例如無(wú)線耳機(jī)的手柄中。另外它可以取代實(shí)體按鍵，為產(chǎn)品帶來(lái)一體化設(shè)計(jì)，保持按壓功能延續(xù)的同時(shí)，還能提高防護(hù)級(jí)別和延長(zhǎng)使用壽命。

Metal Key是基于PCB板的一個(gè)壓力觸控單元，可應(yīng)用于金屬面板觸控領(lǐng)域，例如公共醫(yī)療、汽車中控、消費(fèi)電子、電器等應(yīng)用場(chǎng)景。目前大部分的觸控方案對(duì)于比較厚的金屬面板是不容易實(shí)現(xiàn)觸控的，也不太容易檢測(cè)用戶的操作。而紐迪瑞的高靈敏度壓感材料便非常適合在比較厚的金屬面板下面的實(shí)現(xiàn)觸控，因?yàn)樗褪呛?jiǎn)單的通過檢測(cè)用戶觸摸時(shí)所產(chǎn)生的微小形變來(lái)實(shí)現(xiàn)觸控的。此外也能避免在金屬面板表面開孔安裝實(shí)體鍵，可以大大提高產(chǎn)品的美觀性和使用壽命。

正如前面提到的，我們規(guī)劃以上四條壓感觸控方案產(chǎn)品線，是經(jīng)過充分的市場(chǎng)和用戶需求調(diào)研的。

目前手機(jī)市場(chǎng)流行全面屏的設(shè)計(jì)，與此對(duì)應(yīng)的便有一個(gè)需求產(chǎn)生，那就是取消邊框的物理按鍵。因?yàn)槲锢戆存I的存在不但影響美觀，如果邊框太窄使得物理按鍵太窄，還會(huì)帶來(lái)不好的用戶體驗(yàn)；而虛擬壓感按鍵正好可以解決這些痛點(diǎn)。2019年全球的手機(jī)銷售量約為13.7億部，預(yù)計(jì)到2020年能到16億部，只要其中40%的中高端手機(jī)用上壓力觸控技術(shù)，這個(gè)市場(chǎng)便是非常大的。

自從蘋果2015年發(fā)布引入壓感觸控Trackpad的Macbook Pro后，它便成為便攜式電腦的一個(gè)行業(yè)的標(biāo)桿，很多其他PC生產(chǎn)商也希望能夠?yàn)橛脩魩?lái)這樣多樣化交互的Trackpad產(chǎn)品，而紐迪瑞的壓感觸控技術(shù)正好可滿足這個(gè)行業(yè)的需求。

2016年蘋果Airpods系列一經(jīng)發(fā)布，便帶來(lái)一大波TWS用戶的好評(píng)。2019年Airpods系列銷量高達(dá)6000萬(wàn)件。它所引進(jìn)的一種通過新的耳機(jī)壓感來(lái)控制耳機(jī)交互方式帶來(lái)的正向反響后，便有很多智能耳機(jī)想要實(shí)現(xiàn)類似的交互功能。紐迪瑞的Micro Load Cell正好可以滿足這個(gè)市場(chǎng)需求，給很多耳機(jī)廠商提供了一個(gè)有效且高性價(jià)比的壓感觸控方案。

最后一個(gè)Metal Key應(yīng)用，比較具有代表性的重點(diǎn)市場(chǎng)是汽車座艙的觸控面板應(yīng)用。目前很多新發(fā)布的汽車面板一體化程度很高，而且一般為金屬或者比較厚的面板，傳統(tǒng)電容的觸控難以滿足金屬面板上的觸控需求，而且無(wú)法避免誤觸，在一些氣候較為惡劣的特殊環(huán)境還可能存在觸控失效。而紐迪瑞的Metal Key解決方案的特性正好符合這類應(yīng)用場(chǎng)景。

除上述四大應(yīng)用場(chǎng)景外，紐迪瑞還一直在堅(jiān)持其他領(lǐng)域的探索。例如生理傳感器市場(chǎng)。目前紐迪瑞開發(fā)的生理（心率）傳感器非常輕巧，最大的優(yōu)點(diǎn)是具備很高的易用性和便攜性。一顆很小的壓力傳感器通過創(chuàng)可貼或膠帶貼在手腕脈搏處，再通過藍(lán)牙連接到手機(jī)上，便可以隨時(shí)隨地、實(shí)時(shí)且清晰地檢測(cè)脈搏跳動(dòng)情況，等效于醫(yī)院檢測(cè)的心電圖。通過大數(shù)據(jù)分析，可以獲取更多的生理細(xì)節(jié)。

這種測(cè)量方法實(shí)際也是利用壓力應(yīng)變的原理，利用心跳和脈搏造成皮膚的形變來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，傳感器的形變與皮膚的形變同步進(jìn)行。這種測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)在于其檢測(cè)的實(shí)際是物理的形變，可以有效避免汗液、膚色的干擾。目前這個(gè)產(chǎn)品仍然處于研發(fā)階段，紐迪瑞已在計(jì)劃盡快完善該產(chǎn)品并投入市場(chǎng)。

最后陳之昀博士總結(jié)表示紐迪瑞公司是一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、可提供高度垂直整合且易于集成的壓感觸控解決方案供應(yīng)商。目前在壓感觸控這個(gè)領(lǐng)域，尤其在手機(jī)和消費(fèi)電子這個(gè)領(lǐng)域的壓感觸控解決方案，紐迪瑞公司的技術(shù)可謂是一個(gè)領(lǐng)頭企業(yè)。

陳之昀博士也相信壓感觸控技術(shù)解決方案是非常廣泛的，從家電、商用機(jī)器、工控、醫(yī)療，一直到手機(jī)，智能機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等，這些都是有著非常廣闊的壓感觸控應(yīng)用前景。他堅(jiān)信紐迪瑞的解決方案可以為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代導(dǎo)入一種更加豐富、更為有效的人機(jī)交互功能，讓每一位用戶都能受益其中。