實作觸覺功能產品的設計

採用數位工具和服務的裝置越來越受歡迎且實用性增加，因此促使更多產品設計人員整合觸覺技術，以確保達到更高的使用者參與度並提供更多沉浸式體驗。以觸感增強數位介面不僅可添加觸覺互動，更可創造出輔助甚至是超越視覺與聽覺的額外體驗。設計人員若要運用觸覺功能，可以善用現成的元件，探索新的使用案例和商機。

觸覺技術已廣泛用於各種常見的消費型產品，從智慧型手機到汽車、銷售點裝置和 ATM 等。也用於醫療裝置和手術工具、工業和製造機械，以及建築自動化應用。

觸覺技術的起源可以追溯到 1880 年，當時 Pierre 和 Jacques Curie 展示了一些材料的壓電效應，只要施加機械力就可產生少量電荷。在材料上施加電壓時，其逆壓電效應會產生物理運動。此原理也在當時用來開發早期的超音波潛艦偵測和空中無線電系統。小型揚聲器、麥克風，甚至音樂賀禮卡片中常用的致動器和感測器也採用相同的原理。

將觸覺功能與虛擬實境 (VR)、擴增實境 (AR) 和物聯網 (IoT) 相結合，預期可大幅提高既有裝置的使用者參與度，並為新的應用鋪路。壓電式觸覺致動器能為虛擬互動增添真實的觸感，振動則提供自然且引人入勝的回應，像是模擬賽車和武器射擊等遊戲的體驗。

觸覺可在視覺或聽覺無法識別關鍵警報時克服限制，在關鍵時刻發揮作用。例如，在醫療環境中，觸覺可以幫助醫療人員更迅速對多重輸入進行應對。醫療決策的每分每秒都是極為重要的關鍵時刻，若能做出適當的判斷可挽救生命。

感受未來：應用和使用案例

觸覺技術的潛力無窮，唯一的限制只在產品設計師的遠見。隨著 AR 和 VR 日益普及，而且人工智慧 (AI) 和機器學習 (ML) 持續發展，觸覺技術可能會在各產業不斷增加的沉浸式數位體驗中扮演關鍵角色，包括：

• 醫療領域：觸覺技術在機器人輔助手術和侵入性牙科手術中，有助於重現醫生在多年執業間獲得的觸感體驗。與 VR 結合後，觸覺技術可以模擬實際的手術，提供從如何操作手術刀到讓心臟跳動的實作體驗，以便增進醫療技能的學習。觸覺技術可以促進衰弱性損傷患者復健、幫助中風患者重新學習重要的動作技能，並協助截肢者克服機械義肢的限制。
• 汽車使用案例：觸覺技術目前已可在車道偏離和未正確握住方向盤時，提供汽車駕駛人觸覺警示。智慧手錶與導航系統的整合，可提醒駕駛前方的轉彎，因此可讓駕駛減少將視線轉向車載螢幕上的地圖。
• 工業和製造業：重型設備操作人員和生產線作業員很容易因為需要看一眼按鈕或螢幕而分心。觸覺技術可以幫助他們專注於前方或後方的工作，同時無需移開視線即可確認已正確選擇。觸覺技術可以整合到手套和衣服中，以便對機械進行精準的遠端控制，在揀選作業中達到準確性，並在潛在危險環境中提供回饋或警報。
• 零售和金融服務：客戶在日常使用的銷售點系統和 ATM 上已逐漸體驗到觸覺技術，例如使用卡片和行動裝置進行互動的確認。觸覺技術和 AR/VR 的組合，可提供豐富的線上購物體驗，能讓消費者以虛擬方式重現在實體零售店中的體驗。
• 消費型電子產品：證明了觸覺技術的成熟。自第一款觸覺技術智慧型手機在 2000 年消費型電子展上推出後，此技術很快就由 Android 和 Apple 智慧型手機採用。最初用於協助增強使用者在虛擬鍵盤上打字和按壓螢幕圖示時的體驗。但觸覺技術在 1990 年代已取得早期成功，在電玩控制器和配件中 (例如電玩手把)，為駕駛和射擊等遊戲提供觸覺回饋，豐富了玩家的體驗。消費型裝置和數位服務不斷發展 (從健身追蹤器到 AR/VR 耳機和眼鏡)，產品設計人員競相開發新功能，讓數位世界像實體世界一樣具體。

成功的要素：滿足各種需求的選項

產品設計人員可以使用現成的元件組合，打造符合規格和應用需求的觸覺介面。

第一步是瞭解可用技術及設計要求之間的差異。機電元件是提供觸覺回饋最常見的技術。通常分為以下主要類別：

• 偏軸旋轉質量 (ERM) 致動器會運用連接到直流馬達的離軸旋轉質量來產生振動，可提供低頻「隆隆」感 (圖 1)。此致動器的振動頻率與裝置的驅動電壓直接相關。施加電壓時，旋轉馬達只需很短的時間就可達到需要的速度 (將馬達減慢至停止時也很快)，因此最適合需要明顯振動效果，但並不一定需要精確振動模式的應用。PUI Audio 提供多種 ERM 致動器，包括表面黏著 HD-EMB1104-SM-2，採用 3.4 mm x 4.4 mm x 11 mm 的小型封裝，提供強大的觸覺回饋。適用於醫療、汽車、工業領域；消費性或可攜式裝置；保全裝置。另一種選擇是 PCI Audio 的 HD-EM0602-LW15-R 無刷直流 ERM，與有刷致動器相比，在速度和扭力控制上有所提升，並享有更長的使用壽命。

圖 1：ERM 致動器的分解圖。(資料來源：PUI Audio)

• 線性諧振致動器 (LRA) 零件 (圖2) 由交流電驅動，會沿著單一軸在兩個方向上產生振動，可達到高解析度、反應靈敏的振動模式，向使用者傳遞資訊。當線圈以施加到裝置訊號的頻率和電壓激磁時，LRA 會沿著線性方向移動質量塊來產生振動，因此也可對振動的強度和頻率進行獨立控制。與 ERM 不同，配備 LRA 的裝置一旦線圈激磁且質量塊上下移動，使用者就會感受到振動。此技術與傳統揚聲器相關，其線圈由波形激磁，藉此讓磁鐵和振膜移動並產生聲波。PUI Audio 的 HD-LA1307-SM 是防水、IP 等級、表面黏著 LRA，有利於順利整合到各種終端應用中，例如虛擬實境環境、電玩主機、醫療模擬器、手持式裝置，以及消費性和工業控制介面。

圖 2：LRA 的分解圖。(資料來源：PUI Audio)

• 音圈馬達 (VCM)，也稱為音圈致動器 (VCA) (圖 3)，使用與 LRA 相同的音圈技術，但更類似於揚聲器。其質量塊像 LRA 一樣線性移動，但隨著尺寸和質量增加，能重現比 LRA 更實質和更真實的振動效果。PUI Audio 的 HD-VA2527 圓柱形 VCM 提供靈活且複雜的振動效果。

圖 3：VCA 分解圖。(資料來源：PUI Audio)

• 壓電觸覺元件通常稱為壓電彎曲器或蜂鳴器，以逆壓電效應為基礎運作，由平坦的活性壓電材料層組成。這些材料在施加電壓時會彎曲和收縮，產生聲音和振動。有提供碟片形式，如 PUI Audio 的 HD-PAB1501，也有提供條帶形式，如 HD-PAS2507。壓電彎曲器可以傳遞更複雜和精細的訊號，例如心跳聲，達到前所未有的真實感。這些元件有更高的位移精密度、更快的反應速度、更明顯的產生力和更長的壽命。但需要比 ERM 和 LRA 更高的電壓，設計人員可以利用「彎曲驅動器」積體電路，滿足低電壓源的電壓要求。

結論

產品設計人員可以運用豐富的元件組合，將觸覺技術整合到裝置中。設計人員必須評估適合設計的振動類型，以及每個致動器在滿足設計規格、最終使用者需求、特定應用方面的優點和限制。在正確的設計選擇下，就可打造出新的觸覺功能產品，進而激發新的商機。