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HD触觉反馈揭触控技术新页

HD触觉反馈揭触控技术新页

高度HD触觉反馈技术的发展可望在未来5~6年内达到概念验证阶段;而成功实现HD触觉反馈的关键就在于结合触控感测、触觉驱动以及基于压电技术的驱动IC…

 从触控到语音和手势控制,人机介面(HMI)持续永无止境的发展。各种推陈出新的使用者介面(UI)——无论任何可能的新技术——一次又一次地证实对于影响消费者购买的决定至关重要。QsLesmc

没有比苹果(Apple)智慧型手机——iPhone更好的例子了。Apple由于推出配备创新触控萤幕(涵盖整个手机表面)的iPhone,改写了整个行动市场的竞争格局。消费者十分买帐。QsLesmc

此外,还有一家总部位于加拿大魁北克省的12人新创公司——Boréas Technologies,正将其目标瞄准于更进一步地推动触控技术。QsLesmc

如果消费者只需触控装置的一小部份区域,就能感受本地的局部高解析(HD)体验——例如小面积振动呢?QsLesmc

触觉社群不断鼓吹的论调是HD触觉反馈最终将让你从萤幕上即可「体验到衬衫的质感」。QsLesmc

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Simon Chaput
Simon Chaput
 

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Boréas创办人兼执行长Simon Chaput认为,业界还需要更多时间,才能达到这样的发展。他表示,达到高度HD触觉反馈的技术将在「未来五到六年」内顺利进展——可望达到概念验证阶段。实现HD触觉反馈的关键就在于结合触控感测、触觉驱动以及基于压电技术的驱动IC。QsLesmc

Boréas最近推出了「用于HD触觉反馈的最低功耗压电驱动IC,」可设计于穿戴式装置以及其他电池供电的消费装置。Chaput声称,Boréas的BOS1901是「目前市场上唯一能够驱动压电致动器(actuator)并加以感知的单一IC解决方案。」QsLesmc

Boréas对于业界的主要贡献就在于显著降低了功耗和压电驱动IC占位面积。QsLesmc

哈佛大学(Harvard University)电子工程与电脑科学教授Gu-Yeon Wei告诉《EE Times》,HD触觉反馈的机会「丰富且多样化」,从消费产品到现场应急人员以及扩增实境/虚拟实境(AR/VR)游戏玩家等。他解释说,这项新技术可以让音讯和视讯增加「来自触控的真实感受」。QsLesmc

Wei说,只需简单地按压行动装置上较小面积的硬表面,使用者就可以感受到局部振动。例如,这种进展将使得系统设计人员能够在智慧型手机或平板电脑上提供「虚拟按钮」或「虚拟键盘」。而如果在安装于特斯拉(Tesla)等车辆的大型显示器上,驾驶人只需以1或3根手指在萤幕上操作,就可以感知到行驶路线,而不必紧盯着前方道路,他补充道。QsLesmc

也许更令人兴奋的是触觉能够带给游戏真正身历其境体验的承诺。Wei说:「试想一下当你游泳时穿着触觉紧身套装,感受到一只鲨鱼从旁游过,或者戴着触觉手套,在AR/VR游戏中击球的感觉。」QsLesmc

这项技术一开始是Chaput在Wei的实验室中最先研究的技术,后来发展成为Boréas BOS1901触觉驱动IC。在采访过程中,Wei称Chaput是「我所见过最好的工程师......聪明、有纪律,而且做事非常仔细。」QsLesmc

机电vs.压电QsLesmc

值得注意的是,建构Boréas触觉驱动器IC的CapDrive技术平台,是一种可加以扩展的专有压电驱动器架构。QsLesmc

Boréas的驱动IC解决方案充份利用了压电材料。透过结合压电执动器与Boréas的压电驱动IC,该新创公司认为其解决方案能够提升HD触觉反馈,大幅缩短响应时间至几毫秒,而且还能降低能耗。但这些并不适用于基于偏轴转动惯量(ERM)马达和线性谐振致动器(LRA)的传统触觉解决方案。QsLesmc

Haptic ActuatorBoréas声称其压电解决方案是功耗最低的触觉技术(来源:Boréas)QsLesmc

Chaput解释,ERM振动通常出现在游戏机中,如Sony PlayStation和大多数智慧型手机。但它并未提供感测功能。LRA则定位为中阶触觉解决方案。Chaput说,LRA比ERM的表现更好,但LRA解决方案尺寸「相当大」。QsLesmc

相形之下,压电采用薄型材料并提供非常短的响应时间。它是唯一提供整合感测功能的解决方案。小米(Xiaomi)曾经试着在扬声器上使用压电解决方案,但仍存在实施的问题。据Chaput说,该公司后来已不再使用它了。QsLesmc

Chaput表示,Boréas的压电驱动IC解决方案较其他解决方案的能耗更低了10倍。而相较于主要的竞争对手,其响应速度提高了6倍。Chaput说,Boréas压电驱动IC的延迟约为300微秒(us),「这是非常短的响应延迟,感觉几乎是即时的。」QsLesmc

压电的致命弱点?QsLesmc

虽然压电触觉解决方案以低功耗著称,但其唯一的弱点就在于需要高驱动电压。Chaput说,驱动压电致动器需要50~200伏(V)电压,因而减少了压电被设计于电池供电装置的机会。相形之下,Boréas'压电驱动IC设计约在3~5.5V的范围。QsLesmc

事实上,Chaput表示,Boréas真正发明之处在于该公司团队「从头开始建打造该驱动器,使其具有高效的压电致动器和非常低的失真。」QsLesmc

Boréas驱动IC由于是「第一款用于压电致动器的低功率高压压电驱动器」,其用户可以在其触觉系统中使用任何现成的压电致动器。QsLesmc

Chaput说,Boréas'压电驱动IC还提供了「独特的差分输出,以驱动一个双极压电致动器或两个单极压电致动器。」这减少了局部触觉应用所需的驱动器数量,从而节省宝贵的电路板空间。QsLesmc

在Boréas'追求提升HD触觉反馈的过程中,这一元素可能至关重要。哈佛大学的Wei解释说,最终,HD触觉反馈需要一系列小型触觉致动器,它们能像「摩斯电码」(Morse code)一样协调地振动,以传递如同「感受到衬衫质料」般的知觉。QsLesmc

竞争格局QsLesmc

Boréas驱动IC的硬体占位面积为4 x 4 x 0.8 mm。Chaput坦承这并不是一款十分小巧的IC。不过,他补充说,作为「在一款晶片中结合驱动和感测的完整系统」,它能够成为空间受限的行动装置之理想选择。QsLesmc

可以肯定的是,Boréas并不是唯一一家致力于压电的HD触觉反馈晶片供应商。其竞争对手还包括德州仪器(Texas Instruments;TI)和荷兰Aito BV。QsLesmc

根据Chaput团队从竞争对手网站上资料表收集到的资讯,他相信BOS1901的功耗性能优于主要的竞争IC。QsLesmc

TI vs Boreas piezo driver IC供电电流与输出电压的比较(来源:Boreas) (注:Vdd = 3.6V、f = 200 Hz、C = 47 nF。Vdd是供电电压,f是输出讯号频率,而C是输出负载的电容)QsLesmc

相较于TI或Aito的产品增加离散式解决方案用于电子感测或离散式高压驱动器以驱动压电致动器,Chaput总结道:「我们能够提供更低的功耗和更小的占位面积。」QsLesmc

随着BOS1901的推出,Boréas还提供了一个随插即用的开发套件,可用于互动式压电触觉反馈。据Chaput称,目前有15家公司都在开发系统或评估BOS1901中。QsLesmc

boreas_devkitBOS1901开发套件(来源:Boreas)QsLesmc

Chaput并未透露BOS190采用哪一家或哪一种制程节点制造,但他补充说,Boréas采用的代工厂可确保为其生产高达数百万单位驱动IC的规模。QsLesmc

编译:Susan HongQsLesmc

(参考原文:Taking Touch Technology to the Next Level,by Junko Yoshida)QsLesmc

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Junko Yoshida
ASPENCORE全球联席总编辑,首席国际特派记者。曾任把口记者(beat reporter)和EE Times主编的Junko Yoshida现在把更多时间用来报道全球电子行业,尤其关注中国。 她的关注重点一直是新兴技术和商业模式,新一代消费电子产品往往诞生于此。 她现在正在增加对中国半导体制造商的报道,撰写关于晶圆厂和无晶圆厂制造商的规划。 此外,她还为EE Times的Designlines栏目提供汽车、物联网和无线/网络服务相关内容。 自1990年以来,她一直在为EE Times提供内容。
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