高度HD觸覺(jué)反饋技術(shù)的發(fā)展可望在未來(lái)5～6年內達到概念驗證階段；而成功實(shí)現HD觸覺(jué)反饋的關(guān)鍵就在于結合觸控感測、觸覺(jué)驅動(dòng)以及基于壓電技術(shù)的驅動(dòng)IC…
從觸控到語(yǔ)音和手勢控制，人機介面(HMI)持續永無(wú)止境的發(fā)展。各種推陳出新的使用者介面(UI)——無(wú)論任何可能的新技術(shù)——一次又一次地證實(shí)對于影響消費者購買(mǎi)的決定至關(guān)重要。
沒(méi)有比蘋(píng)果(Apple)智慧型手機——iPhone更好的例子了。Apple由于推出配備創(chuàng )新觸控螢幕(涵蓋整個(gè)手機表面)的iPhone，改寫(xiě)了整個(gè)行動(dòng)市場(chǎng)的競爭格局。消費者十分買(mǎi)帳。
此外，還有一家總部位于加拿大魁北克省的12人新創(chuàng )公司——Boréas Technologies，正將其目標瞄準于更進(jìn)一步地推動(dòng)觸控技術(shù)。
如果消費者只需觸控裝置的一小部份區域，就能感受本地的局部高解析(HD)體驗——例如小面積振動(dòng)呢？
觸覺(jué)社群不斷鼓吹的論調是HD觸覺(jué)反饋最終將讓你從螢幕上即可「體驗到襯衫的質(zhì)感」Boréas創(chuàng )辦人兼執行長(cháng)Simon Chaput認為，業(yè)界還需要更多時(shí)間，才能達到這樣的發(fā)展。他表示，達到高度HD觸覺(jué)反饋的技術(shù)將在「未來(lái)五到六年」內順利進(jìn)展——可望達到概念驗證階段。實(shí)現HD觸覺(jué)反饋的關(guān)鍵就在于結合觸控感測、觸覺(jué)驅動(dòng)以及基于壓電技術(shù)的驅動(dòng)IC。
Boréas最近推出了「用于HD觸覺(jué)反饋的最低功耗壓電驅動(dòng)IC，」可設計于穿戴式裝置以及其他電池供電的消費裝置。Chaput聲稱(chēng)，Boréas的BOS1901是「目前市場(chǎng)上唯一能夠驅動(dòng)壓電致動(dòng)器(actuator)并加以感知的單一IC解決方案?！?/font>
Boréas對于業(yè)界的主要貢獻就在于顯著(zhù)降低了功耗和壓電驅動(dòng)IC占位面積。
哈佛大學(xué)(Harvard University)電子工程與電腦科學(xué)教授Gu-Yeon Wei告訴《EE Times》，HD觸覺(jué)反饋的機會(huì )「豐富且多樣化」，從消費產(chǎn)品到現場(chǎng)應急人員以及擴增實(shí)境/虛擬實(shí)境(AR/VR)游戲玩家等。他解釋說(shuō)，這項新技術(shù)可以讓音訊和視訊增加「來(lái)自觸控的真實(shí)感受」。
Wei說(shuō)，只需簡(jiǎn)單地按壓行動(dòng)裝置上較小面積的硬表面，使用者就可以感受到局部振動(dòng)。例如，這種進(jìn)展將使得系統設計人員能夠在智慧型手機或平板電腦上提供「虛擬按鈕」或「虛擬鍵盤(pán)」。而如果在安裝于特斯拉(Tesla)等車(chē)輛的大型顯示器上，駕駛人只需以1或3根手指在螢幕上操作，就可以感知到行駛路線(xiàn)，而不必緊盯著(zhù)前方道路，他補充道。
也許更令人興奮的是觸覺(jué)能夠帶給游戲真正身歷其境體驗的承諾。Wei說(shuō)：「試想一下當你游泳時(shí)穿著(zhù)觸覺(jué)緊身套裝，感受到一只鯊魚(yú)從旁游過(guò)，或者戴著(zhù)觸覺(jué)手套，在A(yíng)R/VR游戲中擊球的感覺(jué)?！?/font>
這項技術(shù)一開(kāi)始是Chaput在Wei的實(shí)驗室中最先研究的技術(shù)，后來(lái)發(fā)展成為Boréas BOS1901觸覺(jué)驅動(dòng)IC。在采訪(fǎng)過(guò)程中，Wei稱(chēng)Chaput是「我所見(jiàn)過(guò)最好的工程師......聰明、有紀律，而且做事非常仔細?！?/font>
機電vs.壓電
值得注意的是，建構Boréas觸覺(jué)驅動(dòng)器IC的CapDrive技術(shù)平臺，是一種可加以擴展的專(zhuān)有壓電驅動(dòng)器架構。
Boréas的驅動(dòng)IC解決方案充份利用了壓電材料。透過(guò)結合壓電執動(dòng)器與Boréas的壓電驅動(dòng)IC，該新創(chuàng )公司認為其解決方案能夠提升HD觸覺(jué)反饋，大幅縮短響應時(shí)間至幾毫秒，而且還能降低能耗。但這些并不適用于基于偏軸轉動(dòng)慣量(ERM)馬達和線(xiàn)性諧振致動(dòng)器(LRA)的傳統觸覺(jué)解決方案。
Chaput解釋?zhuān)珽RM振動(dòng)通常出現在游戲機中，如Sony PlayStation和大多數智慧型手機。但它并未提供感測功能。LRA則定位為中階觸覺(jué)解決方案。Chaput說(shuō)，LRA比ERM的表現更好，但LRA解決方案尺寸「相當大」。
相形之下，壓電采用薄型材料并提供非常短的響應時(shí)間。它是唯一提供整合感測功能的解決方案。小米(Xiaomi)曾經(jīng)試著(zhù)在揚聲器上使用壓電解決方案，但仍存在實(shí)施的問(wèn)題。據Chaput說(shuō)，該公司后來(lái)已不再使用它了。
Chaput表示，Boréas的壓電驅動(dòng)IC解決方案較其他解決方案的能耗更低了10倍。而相較于主要的競爭對手，其響應速度提高了6倍。Chaput說(shuō)，Boréas壓電驅動(dòng)IC的延遲約為300微秒(us)，「這是非常短的響應延遲，感覺(jué)幾乎是即時(shí)的?！?/font>
壓電的致命弱點(diǎn)？
雖然壓電觸覺(jué)解決方案以低功耗著(zhù)稱(chēng)，但其唯一的弱點(diǎn)就在于需要高驅動(dòng)電壓。Chaput說(shuō)，驅動(dòng)壓電致動(dòng)器需要50～200伏(V)電壓，因而減少了壓電被設計于電池供電裝置的機會(huì )。相形之下，Boréas'壓電驅動(dòng)IC設計約在3～5.5V的范圍。
事實(shí)上，Chaput表示，Boréas真正發(fā)明之處在于該公司團隊「從頭開(kāi)始建打造該驅動(dòng)器，使其具有高效的壓電致動(dòng)器和非常低的失真?！?/font>
Boréas驅動(dòng)IC由于是「第一款用于壓電致動(dòng)器的低功率高壓壓電驅動(dòng)器」，其用戶(hù)可以在其觸覺(jué)系統中使用任何現成的壓電致動(dòng)器。
Chaput說(shuō)，Boréas'壓電驅動(dòng)IC還提供了「獨特的差分輸出，以驅動(dòng)一個(gè)雙極壓電致動(dòng)器或兩個(gè)單極壓電致動(dòng)器?！惯@減少了局部觸覺(jué)應用所需的驅動(dòng)器數量，從而節省寶貴的電路板空間。
在Boréas'追求提升HD觸覺(jué)反饋的過(guò)程中，這一元素可能至關(guān)重要。哈佛大學(xué)的Wei解釋說(shuō)，最終，HD觸覺(jué)反饋需要一系列小型觸覺(jué)致動(dòng)器，它們能像「摩斯電碼」(Morse code)一樣協(xié)調地振動(dòng)，以傳遞如同「感受到襯衫質(zhì)料」般的知覺(jué)。
競爭格局
Boréas驅動(dòng)IC的硬體占位面積為4 x 4 x 0.8 mm。Chaput坦承這并不是一款十分小巧的IC。不過(guò)，他補充說(shuō)，作為「在一款晶片中結合驅動(dòng)和感測的完整系統」，它能夠成為空間受限的行動(dòng)裝置之理想選擇。
可以肯定的是，Boréas并不是唯一一家致力于壓電的HD觸覺(jué)反饋晶片供應商。其競爭對手還包括德州儀器(Texas Instruments；TI)和荷蘭Aito BV。
根據Chaput團隊從競爭對手網(wǎng)站上資料表收集到的資訊，他相信BOS1901的功耗性能優(yōu)于主要的競爭IC。
供電電流與輸出電壓的比較 （注：Vdd = 3.6V、f = 200 Hz、C = 47 nF。Vdd是供電電壓，f是輸出訊號頻率，而C是輸出負載的電容）
相較于TI或Aito的產(chǎn)品增加離散式解決方案用于電子感測或離散式高壓驅動(dòng)器以驅動(dòng)壓電致動(dòng)器，Chaput總結道：「我們能夠提供更低的功耗和更小的占位面積?！?/font>
隨著(zhù)BOS1901的推出，Boréas還提供了一個(gè)隨插即用的開(kāi)發(fā)套件，可用于互動(dòng)式壓電觸覺(jué)反饋。據Chaput稱(chēng)，目前有15家公司都在開(kāi)發(fā)系統或評估BOS1901中。
BOS1901開(kāi)發(fā)套件
Chaput并未透露BOS190采用哪一家或哪一種制程節點(diǎn)制造，但他補充說(shuō)，Boréas采用的代工廠(chǎng)可確保為其生產(chǎn)高達數百萬(wàn)單位驅動(dòng)IC的規模。
移動(dòng)設備訪(fǎng)問(wèn)
