持續(xù)進(jìn)化的觸覺(jué)感知，壓電振動(dòng)技術(shù)迎來(lái)更廣闊的應(yīng)用空間

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）基于振動(dòng)的觸覺(jué)反饋，是現(xiàn)在很多終端設(shè)備都會(huì)配置的一種功能，可以帶給使用者更真實(shí)更具操作感的觸覺(jué)體驗(yàn)，或者通過(guò)振動(dòng)來(lái)進(jìn)行消息通知。這一為人熟知的功能背后，其實(shí)有著不少功能元件和技術(shù)的應(yīng)用。

目前觸覺(jué)反饋技術(shù)通過(guò)作用力、振動(dòng)等一系列動(dòng)作為使用者再現(xiàn)觸感。偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)和線性共振致動(dòng)器是此前常用來(lái)實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)振動(dòng)的器件，而隨著壓電振動(dòng)片的出現(xiàn)以及相關(guān)材料、積層和設(shè)計(jì)技術(shù)的提升，未來(lái)觸覺(jué)的實(shí)現(xiàn)或許都需要依靠這一方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)和線性共振致動(dòng)器的振動(dòng)

基于偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)實(shí)現(xiàn)的振動(dòng)，是歷史最悠久也被開(kāi)發(fā)得足夠成熟的用來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的方案。其本質(zhì)是一個(gè)高頻轉(zhuǎn)動(dòng)偏心質(zhì)量的電機(jī)，通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)形成擴(kuò)散的振動(dòng)，然后該振動(dòng)傳遍整個(gè)設(shè)備。以前的手機(jī)收到消息的大振動(dòng)，就是通過(guò)它實(shí)現(xiàn)的。

嚴(yán)格的以現(xiàn)在對(duì)觸覺(jué)反饋的界定來(lái)說(shuō)，這種方案實(shí)現(xiàn)的振動(dòng)很難用于觸覺(jué)反饋，而且40-80ms的響應(yīng)也拖了后腿。偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)振動(dòng)方案發(fā)展到現(xiàn)在仍然有應(yīng)用的原因在于它足夠成熟成本足夠低。在器件小型化發(fā)展的現(xiàn)在，它也在小型化以適應(yīng)更小型的設(shè)備，然后憑借其低成本的優(yōu)勢(shì)在一些低端振動(dòng)應(yīng)用中發(fā)揮作用。

線性共振致動(dòng)器顧名思義，其振動(dòng)由一個(gè)水平方向的共振片實(shí)現(xiàn)的。線性共振致動(dòng)器的應(yīng)用意在取代偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)，它帶來(lái)了更快的響應(yīng)（20-30ms），更小的尺寸以及更小的功耗。雖然線性共振致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)更麻煩一些，但是其驅(qū)動(dòng)具有更短的滯后和上升時(shí)間，能夠提供改進(jìn)的觸覺(jué)性能，相比偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)功率的消耗也更低。

而且線性共振致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的輸入信號(hào)的振幅和頻率彼此獨(dú)立，允許輸入具有比偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)更復(fù)雜的波形，這可以產(chǎn)生更豐富的用戶觸覺(jué)體驗(yàn)。不過(guò)在頻率方面，線性共振致動(dòng)器犧牲了一部分靈活性。但這并不影響很多終端尤其是手持終端選擇線性共振致動(dòng)器這種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)振動(dòng)。

壓電觸覺(jué)振動(dòng)的持續(xù)進(jìn)化

壓電技術(shù)并不是一個(gè)新技術(shù)了，早在幾十年前壓電技術(shù)被用于許多能量采集應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器中。隨著材料、積層和設(shè)計(jì)的進(jìn)步，尤其是多層陶瓷構(gòu)造優(yōu)化的越來(lái)越好的背景下，壓電技術(shù)在觸覺(jué)振動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)愈發(fā)獨(dú)特。

壓電器件有著壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)兩個(gè)特點(diǎn)，這兩大特點(diǎn)是用于產(chǎn)生觸覺(jué)反饋的核心。如果僅僅是振動(dòng)，它能達(dá)到的效果和前面二者都沒(méi)有太大差別。關(guān)鍵在于，多層壓電振動(dòng)片不僅僅可以帶來(lái)振動(dòng)。

基于力反饋，多層壓電振動(dòng)片能夠?qū)崿F(xiàn)局部觸覺(jué)功能的實(shí)現(xiàn)，這是前面二者全局振動(dòng)沒(méi)法實(shí)現(xiàn)的其中一個(gè)反饋效果。同時(shí)為了達(dá)到不同的觸覺(jué)效果，在技術(shù)上需要驅(qū)動(dòng)的帶寬足夠大。多層壓電片驅(qū)動(dòng)的帶寬是絕對(duì)領(lǐng)先的，可以通過(guò)改變駐波的振幅、頻率、相位再現(xiàn)各種“真實(shí)的觸感”。觸感是未來(lái)觸覺(jué)傳感領(lǐng)域著重發(fā)展的一個(gè)方向，盡可能實(shí)現(xiàn)多樣真實(shí)的觸覺(jué)感知，不同觸感對(duì)應(yīng)不同的功能需求，這些需要更加精細(xì)的觸覺(jué)振動(dòng)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

觸覺(jué)振動(dòng)效果的及時(shí)響應(yīng)也是影響觸覺(jué)效果的重要參考指標(biāo)。論響應(yīng)速度，多層壓電振動(dòng)片的響應(yīng)速度是目前其他振動(dòng)技術(shù)難以企及的，在材料和積層技術(shù)的加持下，多層壓電技術(shù)已經(jīng)可以做到全頻域1ms以內(nèi)的響應(yīng)能力，有著數(shù)量級(jí)上的領(lǐng)先，在觸覺(jué)反饋中做到現(xiàn)在最及時(shí)的反饋。

當(dāng)然，多層壓電也不是沒(méi)有弊端，壓電振動(dòng)片必須貼附在面板上，所以可能在有些應(yīng)用中使用受限。而且目前其成本還是偏高，在有些應(yīng)用里綜合考慮性價(jià)比、實(shí)現(xiàn)效果，可能并不是考慮BOM應(yīng)用的最好選擇。

小結(jié)

未來(lái)的觸覺(jué)效果，肯定是需要器件提供更多的可設(shè)計(jì)性和多功能性，壓電技術(shù)對(duì)未來(lái)的觸覺(jué)實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)是更為契合的觸覺(jué)實(shí)現(xiàn)手段。隨著材料優(yōu)化、疊層技術(shù)發(fā)展以及成本下探，現(xiàn)在應(yīng)用范圍有限的壓電觸覺(jué)技術(shù)無(wú)疑將進(jìn)一步擴(kuò)大其發(fā)展空間。