通過(guò)觸摸實(shí)現(xiàn)真實(shí)感的Piezo(壓電)觸覺反饋設(shè)備

最近開始在工業(yè)用、車載用顯示器和洗衣機(jī)等白色家電的顯示器上導(dǎo)入的觸覺設(shè)備，實(shí)際上也可以導(dǎo)入到手機(jī)、筆記本電腦等ICT產(chǎn)品中。
作為這種觸覺設(shè)備，TDK正在準(zhǔn)備利用壓電效應(yīng)的產(chǎn)品。

目錄

人類的觸覺

為什么利用壓電效應(yīng)的產(chǎn)品（壓電元件）作為觸覺設(shè)備非常優(yōu)異？

ICT領(lǐng)域的使用示例
智能手機(jī)
筆記本電腦
觸控筆

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人類的觸覺

表1

人類的五感（視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺）是由各自發(fā)揮作用的傳感器所支撐的。其中，觸覺是通過(guò)皮膚感受到的感覺，覆蓋身體的皮膚整體作為傳感器工作，是五感中最大的感覺器官。
皮膚深處的環(huán)層小體是負(fù)責(zé)感應(yīng)觸覺的傳感器之一。左邊的圖表顯示了這種環(huán)層小體的靈敏度。（正弦波閾值越小，靈敏度越高）
由此，可以知道人類通過(guò)觸覺能夠感知到大約50Hz到500Hz頻率的振動(dòng)，并且200Hz左右的靈敏度非常高。

為什么利用壓電效應(yīng)的產(chǎn)品（壓電元件）作為觸覺設(shè)備非常優(yōu)異？

目前作為觸覺設(shè)備廣泛使用的產(chǎn)品有偏心電機(jī)（ERM： 偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 ）、LRA（線性諧振傳動(dòng)器）。
ERM只能以特定頻率的正弦波振動(dòng)。LRA頻率和振幅都可以進(jìn)行一定程度的調(diào)整，但產(chǎn)品自身的諧振頻率在150-300Hz之間，因此很難進(jìn)行細(xì)致的觸覺控制。
然而，壓電元件的諧振頻率在幾乎不涉及觸覺的數(shù)十kHz處，因此在對(duì)觸覺有很大貢獻(xiàn)的50-500Hz之間可以自由控制振動(dòng)，可以再現(xiàn)更接近真實(shí)觸感的振動(dòng)。（下圖為本公司產(chǎn)品的輸入輸出響應(yīng)示例）

表2

因?yàn)椴荒茱@示觸感的差異，所以我們將之前的說(shuō)明換成視覺進(jìn)行說(shuō)明。

對(duì)于ERM產(chǎn)生的振動(dòng)，可以知道“有”什么，但沒(méi)有更多信息，是像左邊那樣模糊的感覺。LRA能辨別出什么形狀，但還不知道詳細(xì)情況，是稍稍有點(diǎn)模糊的感覺。如果使用了壓電元件，可以清楚地識(shí)別細(xì)節(jié)。而且，壓電元件可以做得比ERM、LRA小、薄，在非常要求小型薄型的ICT領(lǐng)域也能發(fā)揮其真正價(jià)值。

壓電元件的其他應(yīng)用示例
以上就觸覺（觸感）進(jìn)行了說(shuō)明，如上所述，壓電元件擁有非常高的諧振頻率（數(shù)十kHz）。換句話說(shuō)，這意味著可以在非常寬的頻率范圍內(nèi)使之振動(dòng)，也就是可以在人能聽到的范圍的頻率（一般是20-20kHz）使之振動(dòng)，這也可以作為揚(yáng)聲器使用。壓電元件這種產(chǎn)品不僅可以用于觸覺，也可以用于聽覺。

CT領(lǐng)域的使用示例

在這里介紹壓電元件可能用于ICT領(lǐng)域產(chǎn)品的哪些地方。

表4智能手機(jī)

接收機(jī)/揚(yáng)聲器
將本公司PiezoListen?壓電揚(yáng)聲器貼在外殼或顯示器上，就不需要傳統(tǒng)技術(shù)所需要的音孔了。

側(cè)鍵
除了作為傳動(dòng)器的作用以外，壓電元件還具有傳感器（將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)）的功能。使用這種功能，在外殼下配置PowerHap執(zhí)行器，可以省去開關(guān)孔。如果使用適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)IC，還可以將PowerHap執(zhí)行器作為按鈕（按壓檢測(cè)）、傳動(dòng)器使用，并且可以通過(guò)施加到傳動(dòng)器上的電信號(hào)來(lái)傳遞各種觸感。

觸覺引擎
適當(dāng)?shù)呐渲肞iezoHapt?執(zhí)行器、PowerHap執(zhí)行器后，也可以作為觸覺引擎使用，再現(xiàn)各種各樣的觸感。根據(jù)不同用途，也可以使用PiezoListen?壓電揚(yáng)聲器 。

表5筆記本電腦

電源／音量開關(guān)
與智能手機(jī)的側(cè)鍵相同，安裝PowerHap執(zhí)行器，替代開關(guān)孔，有望提高設(shè)計(jì)性和耐水性。

揚(yáng)聲器
與智能手機(jī)相同，不再設(shè)音孔，而在顯示屏上安裝PiezoListen?壓電揚(yáng)聲器 ，這樣聽到的聲音是從與圖像相同的位置傳出來(lái)的，可以更好地享受影像信息。

鍵盤、觸控板
利用壓電元件的特性，可以實(shí)現(xiàn)更薄、更高功能的鍵盤、觸控板。

表6觸控筆

將PowerHap執(zhí)行器放進(jìn)觸控筆內(nèi)，可以再現(xiàn)筆感。（例：鉛筆、圓珠筆、鋼筆等筆記用具）（或：紙、石頭、木頭等）

可穿戴設(shè)備等的觸覺反饋用等

審核編輯：彭菁