高度HD觸覺反饋技術(shù)的發(fā)展可望在未來5～6年內(nèi)達(dá)到概念驗(yàn)證階段；而成功實(shí)現(xiàn)HD觸覺反饋的關(guān)鍵就在于結(jié)合觸控感測、觸覺驅(qū)動(dòng)以及基于壓電技術(shù)的驅(qū)動(dòng)IC…
從觸控到語音和手勢控制，人機(jī)介面(HMI)持續(xù)永無止境的發(fā)展。各種推陳出新的使用者介面(UI)——無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(fèi)者購買的決定至關(guān)重要。
沒有比蘋果(Apple)智慧型手機(jī)——iPhone更好的例子了。Apple由于推出配備創(chuàng)新觸控螢?zāi)?涵蓋整個(gè)手機(jī)表面)的iPhone，改寫了整個(gè)行動(dòng)市場的競爭格局。消費(fèi)者十分買帳。
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(biāo)瞄準(zhǔn)于更進(jìn)一步地推動(dòng)觸控技術(shù)。
如果消費(fèi)者只需觸控裝置的一小部份區(qū)域，就能感受本地的局部高解析(HD)體驗(yàn)——例如小面積振動(dòng)呢？
觸覺社群不斷鼓吹的論調(diào)是HD觸覺反饋?zhàn)罱K將讓你從螢?zāi)簧霞纯伞阁w驗(yàn)到襯衫的質(zhì)感」Boréas創(chuàng)辦人兼執(zhí)行長Simon Chaput認(rèn)為，業(yè)界還需要更多時(shí)間，才能達(dá)到這樣的發(fā)展。他表示，達(dá)到高度HD觸覺反饋的技術(shù)將在「未來五到六年」內(nèi)順利進(jìn)展——可望達(dá)到概念驗(yàn)證階段。實(shí)現(xiàn)HD觸覺反饋的關(guān)鍵就在于結(jié)合觸控感測、觸覺驅(qū)動(dòng)以及基于壓電技術(shù)的驅(qū)動(dòng)IC。
Boréas最近推出了「用于HD觸覺反饋的最低功耗壓電驅(qū)動(dòng)IC，」可設(shè)計(jì)于穿戴式裝置以及其他電池供電的消費(fèi)裝置。Chaput聲稱，Boréas的BOS1901是「目前市場上唯一能夠驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器(actuator)并加以感知的單一IC解決方案。」
Boréas對于業(yè)界的主要貢獻(xiàn)就在于顯著降低了功耗和壓電驅(qū)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觸覺反饋的機(jī)會「豐富且多樣化」，從消費(fèi)產(chǎn)品到現(xiàn)場應(yīng)急人員以及擴(kuò)增實(shí)境/虛擬實(shí)境(AR/VR)游戲玩家等。他解釋說，這項(xiàng)新技術(shù)可以讓音訊和視訊增加「來自觸控的真實(shí)感受」。
Wei說，只需簡單地按壓行動(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(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠在智慧型手機(jī)或平板電腦上提供「虛擬按鈕」或「虛擬鍵盤」。而如果在安裝于特斯拉(Tesla)等車輛的大型顯示器上，駕駛?cè)酥恍枰?或3根手指在螢?zāi)簧喜僮?，就可以感知到行駛路線，而不必緊盯著前方道路，他補(bǔ)充道。
也許更令人興奮的是觸覺能夠帶給游戲真正身歷其境體驗(yàn)的承諾。Wei說：「試想一下當(dāng)你游泳時(shí)穿著觸覺緊身套裝，感受到一只鯊魚從旁游過，或者戴著觸覺手套，在AR/VR游戲中擊球的感覺。」
這項(xiàng)技術(shù)一開始是Chaput在Wei的實(shí)驗(yàn)室中最先研究的技術(shù)，后來發(fā)展成為Boréas BOS1901觸覺驅(qū)動(dòng)IC。在采訪過程中，Wei稱Chaput是「我所見過最好的工程師......聰明、有紀(jì)律，而且做事非常仔細(xì)?！?/font>
機(jī)電vs.壓電
值得注意的是，建構(gòu)Boréas觸覺驅(qū)動(dòng)器IC的CapDrive技術(shù)平臺，是一種可加以擴(kuò)展的專有壓電驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)。
Boréas的驅(qū)動(dòng)IC解決方案充份利用了壓電材料。透過結(jié)合壓電執(zhí)動(dòng)器與Boréas的壓電驅(qū)動(dòng)IC，該新創(chuàng)公司認(rèn)為其解決方案能夠提升HD觸覺反饋，大幅縮短響應(yīng)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(zhuǎn)動(dòng)慣量(ERM)馬達(dá)和線性諧振致動(dòng)器(LRA)的傳統(tǒng)觸覺解決方案。
Chaput解釋，ERM振動(dòng)通常出現(xiàn)在游戲機(jī)中，如Sony PlayStation和大多數(shù)智慧型手機(jī)。但它并未提供感測功能。LRA則定位為中階觸覺解決方案。Chaput說，LRA比ERM的表現(xiàn)更好，但LRA解決方案尺寸「相當(dāng)大」。
相形之下，壓電采用薄型材料并提供非常短的響應(yīng)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)試著在揚(yáng)聲器上使用壓電解決方案，但仍存在實(shí)施的問題。據(jù)Chaput說，該公司后來已不再使用它了。
Chaput表示，Boréas的壓電驅(qū)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(yīng)速度提高了6倍。Chaput說，Boréas壓電驅(qū)動(dòng)IC的延遲約為300微秒(us)，「這是非常短的響應(yīng)延遲，感覺幾乎是即時(shí)的?！?/font>
壓電的致命弱點(diǎn)？
雖然壓電觸覺解決方案以低功耗著稱，但其唯一的弱點(diǎn)就在于需要高驅(qū)動(dòng)電壓。Chaput說，驅(qū)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(shè)計(jì)于電池供電裝置的機(jī)會。相形之下，Boréas'壓電驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)「從頭開始建打造該驅(qū)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(qū)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(qū)動(dòng)器」，其用戶可以在其觸覺系統(tǒng)中使用任何現(xiàn)成的壓電致動(dòng)器。
Chaput說，Boréas'壓電驅(qū)動(dòng)IC還提供了「獨(dú)特的差分輸出，以驅(qū)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。」這減少了局部觸覺應(yīng)用所需的驅(qū)動(dòng)器數(shù)量，從而節(jié)省寶貴的電路板空間。
在Boréas'追求提升HD觸覺反饋的過程中，這一元素可能至關(guān)重要。哈佛大學(xué)的Wei解釋說，最終，HD觸覺反饋需要一系列小型觸覺致動(dòng)器，它們能像「摩斯電碼」(Morse code)一樣協(xié)調(diào)地振動(dòng)，以傳遞如同「感受到襯衫質(zhì)料」般的知覺。
競爭格局
Boréas驅(qū)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，他補(bǔ)充說，作為「在一款晶片中結(jié)合驅(qū)動(dòng)和感測的完整系統(tǒng)」，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觸覺反饋晶片供應(yīng)商。其競爭對手還包括德州儀器(Texas Instruments；TI)和荷蘭Aito BV。
根據(jù)Chaput團(tuán)隊(duì)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(fù)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(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器，Chaput總結(jié)道：「我們能夠提供更低的功耗和更小的占位面積?！?/font>
隨著BOS1901的推出，Boréas還提供了一個(gè)隨插即用的開發(fā)套件，可用于互動(dòng)式壓電觸覺反饋。據(jù)Chaput稱，目前有15家公司都在開發(fā)系統(tǒng)或評估BOS1901中。
BOS1901開發(fā)套件
Chaput并未透露BOS190采用哪一家或哪一種制程節(jié)點(diǎn)制造，但他補(bǔ)充說，Boréas采用的代工廠可確保為其生產(chǎn)高達(dá)數(shù)百萬單位驅(qū)動(dòng)IC的規(guī)模。
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