失去触觉的代价：从玻璃界面到压电触觉反馈，重建数字交互的确定性

1.数字界面中的触觉危机
2.对振动的感知：压电位移
3.触觉精准度真正发挥作用的场合
4.下一层：人工智能自适应触觉和隐形界面。
5.结论

数字界面中的触觉危机
玻璃现在无处不在。智能手机、汽车仪表盘、家用电器和医疗设备，它们都拥有所谓的光滑无纹理表面。它看起来干净整洁，拍照效果也很好。然而，它存在一个问题：它不会告诉你任何信息。
实体按键从来不会同时承担两种功能。它们允许你执行操作，并且确认的就是这个操作。你按下按钮，它会发出咔哒声，你的大脑会形成一个想法：完成了。这个过程不到50毫秒。没有犹豫，也没有重复按压。
然而，触摸屏的出现打破了这种循环。
在玻璃表面上，当你轻敲表面时，任何东西都不会移动。屏幕上可能会闪过颜色变化，也可能播放声音。但实际上并没有进行任何物理测试。大脑会提出一个简单的问题：刚才的动作有反应吗？这个问题不会立即得到回答。所以它会等待，或者再次轻敲，或者将目光从屏幕上移开。
在时速100公里的车辆中，驾驶员只需1秒钟目视检查中控台，车辆就会在驾驶员毫无注意的情况下移动数米。错误的操作可能导致严重的后果：在精密的控制台上，犹豫地双击错误的按钮就可能造成严重错误。在原厂控制面板上，不确定的输入会带来误差和风险。
智能驾驶舱、智能家居和工业人机界面面板都在向全触控操作靠拢。更少的物理按键，更多的平面，以及更开放的反馈回路。因此，触觉反馈需要承担起实体按键的功能。

感知到振动：压电位移
大多数人对触觉反馈的熟悉程度都体现在智能手机的震动上。这种声音来自旋转的偏心马达（ERM，即偏心旋转质量电机）。它价格低廉、非常常见且功能齐全，但启动速度较慢，需要20-30毫秒。振动模式是固定的，你感觉到的通常是一种比较普通的隆隆声。
线性谐振执行器（LRA）电机对此进行了改进。响应时间缩短至约10-15毫秒，振动范围也缩小了。然而，其固有的局限性在于，它们是机械系统，其共振频率是固定的。虽然可以调整嗡嗡声，使其更悦耳，但却无法将其塑造成你更容易接受的形状。
因此，引入多层压电陶瓷。 压电致动器 它们的运行原理不同。施加电荷后，陶瓷材料会发生形变。您可以控制电压波形、形变程度、速度、振幅和形状等。响应时间缩短至微秒级。执行器不会出现加速或减速现象，而是立即响应。
Bestarsensor 利用其多层压电陶瓷中的逆压电效应，实现了触觉输出形状和形态的高精度控制。只需改变驱动信号，同一元件既能模拟机械快门的咔嗒声，也能模拟缓慢滚动的纹理效果，例如手指滑过带肋金属表面的感觉。
这不是震动，而是可编程的触摸。
更重要的是，当受到压力（即挤压）时，压电材料会导电——这就是直接压电效应。这是因为可以利用同一个元件来提供反馈，从而确定作用在该元件上的力。

触觉精准度真正发挥作用的地方
1.智能出租车与驾驶安全
触觉反馈在汽车触觉输入中至关重要，其应用条件也十分严苛。响应时间的延迟必须小于10毫秒，才能使人感知到如同触摸一般。执行器必须能够承受极低和极高的温度范围：最低可达-40°F（-40°C），最高可达185°F（85°C）。它还必须符合振动和冲击的耐久性标准。此外，它还必须足够纤薄，以便安装在玻璃或装饰面板的背面，而不会影响视觉设计。
2.医疗和工业的精确控制
远程手术系统与高度灵敏的工业控制面板的相似之处在于，操作者需要感受到他正在操作的对象。
在外科医生与机器人器械之间的触觉界面中，精准操作与不确定性猜测之间的差异被称为“力反馈”。有效的触觉反馈能够以手的形态提供组织阻力、器械接触以及压力限制等信息。操作者虽然与器械之间没有实际的身体接触，但仍然能够感受到这种身体接触。
工业控制面板操作员也面临同样的问题。对高价值设备进行精确调整需要输入信号的可靠性。所有控制动作的触觉验证可以最大限度地减少输入错误，并最大限度地缩短任务完成时间。
高性能压电元件对于提供这些环境所需的力分辨率和响应速度至关重要。它们本身并不带来任何舒适性。它们的作用是在不存在开环系统的环境中建立操作连接。

下一层：人工智能自适应触觉和隐形界面
起点是可能的静态触觉模式。下一步发展方向是动态和基于情境的反馈。人工智能系统正朝着构建个体用户行为模型的方向迈进，开始系统地对这种行为进行建模。响应模式、响应延迟、重复点击频率和概率等信号都被用来判断当前的触觉反馈是否有效。自适应系统利用用户数据来增加或减少反馈的强度、持续时间和模式。对于新用户，系统会提供更强劲、更明确的确认脉冲。而对于经验丰富的用户，系统则会提供更快捷、更易于使用的反馈，并且不会造成任何干扰。
另一个显著的趋势是屏幕本身将会消失。无屏幕设计正在兴起。汽车内饰正在探索将汽车内饰表面与触控输入区域集成在一起，例如木质饰条、皮革面板和金属控制装置，这些表面本身没有可见的显示屏。智能家居的界面也在向由墙壁、家具和纺织品构成的输入层转变。屏幕被隐藏起来，取而代之的是，表面本身成为了交互界面。
Bestarsensor 的制造工艺有助于实现这一目标。其组件纤薄可靠，并且在工艺方面与非玻璃基板兼容。木材、皮革、拉丝铝、复合板，任何这些材料都可以转化为具有触觉反馈的触摸界面。执行器位于背面。用户完全看不到这项技术，只能感受到反馈。
隐形界面设计在硬件层面真正需要的，不是概念图，也不是渲染图，而是一个合适、耐用且能正常工作的部件。

结论
触觉反馈 并非旨在重现过去。回归的是实体按钮。其理念在于找回那些因玻璃表面而失去确定性的事物。
确保输入已被记录。保证已发出的指令有效。确信操作员处于掌控之中。
这种确定性带来了实实在在的好处。它最大限度地减少了汽车驾驶中的注意力不集中；最大限度地减少了医疗保健和工业应用中的错误；减少了消费品中的摩擦。而且，它还降低了每次触摸交互过程中累积的认知负荷，避免留下任何疑问。
这是通过 Bestarsensor 公司在压电触觉元件领域的研究，从材料层面实现的。该技术的物理特性（微秒级响应、可编程波形、压力感应、超薄设计等）与现代人机交互界面的实际需求完全契合。
触觉反馈功能尚未实现。数字交互的可靠性取决于反馈机制。而可信的交互是下一代交互界面力求实现的最低前提条件。

如果您想了解更多关于触觉反馈的信息，欢迎联系我们。 Bestarsensor 团队。