用“触觉”走完乔布斯的另一半路——盘点那些让实体按键消失的厂商

多年以来，设计师尝试消灭实体按键的努力就没有停止过。据说乔布斯之所以为智能手机引入电容触摸屏技术来解决按键问题，就是因为他本人非常不喜欢按键，而直到人脸识别和屏下指纹技术真正成熟后，Home键才宣告消失。kucesmc

接下来，面对消亡命运的实体按键还有电源键和音量键，如何在消失的情况下保留按键原有功能和操作体验？设计师将目光投向了手机边框、背板和双侧压感屏，并准备将其进一步打造成为智能化的可交互区域。kucesmc

乔布斯的路，为什么只走了一半？

“2019年开始出现的各种手机屏幕类型至少说明在这个市场上大家已经不满足于原有的交互方式，都在考虑如何实现更好的人机交互，这是好事。”显通科技总裁兼首席执行官李政扬回顾了整个人机交互的发展历史：从只能够进行非常有限操作的键盘开始，市场容量也就每年1000万台左右；之后进入个人电脑时代，人机交互开始进入鼠标操控时代，提供了更好的人机互动性；随后，人机交互引入到全新触摸屏时代，操控更简单、便捷，一年需求突破10亿部。kucesmc

但到目前为止，“我相信乔布斯只走了一半的路。”李政扬说，原因在于尽管电容式触摸屏技术在手机正面屏幕上带来了革命性的操控体验，但在手机边框和背板处，由于大量塑料、金属和玻璃材质的使用，使得电容式触控技术毫无用武之地。而且触摸屏通常只有一极而不是两极触控，碰到即操作，误操作是难免的。kucesmc

另一方面，如果追溯到2015年苹果在iPhone 6S上推出的3D Touch功能就能发现，为了实现该方案，苹果不得不给手机带来一个坚实的背板来承载电容传感阵列。同时，考虑到结构变形可能会让其灵敏度发生明显变化，厂商就必须从结构上做更多的投入和思考。更重要的是，3D Touch的投入会带来更高的成本，这就让不少厂商望而却步。kucesmc

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iPhone 6S的 3D Touch电容式触摸传感器kucesmc

如上图所示，iPhone 6S的方案除了拥有一个传感器外，还需要一个额外的控制器。有行业人士指出，市场上一些采用“传感器+MCU”的设计不但需要搭配多块的长条形FPC模组，还要在中框开大孔，不利于散热，其功耗和成本也高。更有甚者，相关模组是开发人员根据项目需求定制的尺寸，通用性差。而其压感材料印刷易导致微裂缝，一致性、良率不如硅材质。kucesmc

李政扬认为未来这种人机交互革新的驱动力将来源于三方面：一是手机越来越大、越来越薄，传统操控方式特别是用单手操控很难，需要找到替代方案；二是手机游戏越来越多，玩家在屏幕上过多的操作以及由此带来的操作延迟，会严重影响游戏体验，需要更专业、体验更好的操控方式；三是手机品牌旗舰机型追求玻璃一体化的设计，原有的按键功能交互区受限。kucesmc

IDTtechEx的数据表明，在过去的十年中，每个设备的触觉“花费”和带有触觉功能的设备的百分比都得到显著增长。而Markets and Markets的预测则指出，展望未来，触觉技术市场到2022年将达到195.5亿美元，2016年至2022年之间的复合年增长率为16.2%；Market Research Future等其他机构也发布了相似的数据。智能手机、PC触控板、可穿戴设备和VR/AR系统等消费电子设备中对触觉越来越多的需求，成为推动市场增长的主要驱动力。kucesmc

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图片来源：IDTtechExkucesmc

如果继续加以细分，以手游市场为例，数据分析平台Sensor Tower最新公布的数据显示，2021年全球手游市场(包括App Store和Google Play双渠道)内购收入就达到了896亿元，如何向玩家提供极致的操控体验，自然成为手机厂商和芯片厂商关注的重点。kucesmc

怎么让实体按键消失？

将触觉反馈技术用于智能手机、智能手表和电子设备中并不是什么新鲜事，已经有很长一段时间了。不过，最近几年的触觉技术发生了显著的变化，或者说，在开发未来触觉技术的创新方向上出现了重大的转变。kucesmc

显通科技(Sentons)

作为一家软件定义智能表面交互领域的领导厂商，显通科技近三年来的主要精力都聚焦于手机市场，从2019年7月为华硕ROG 2游戏手机提供AirTriggers功能，到2020年再度为华硕ROG 3游戏手机和联想首款游戏手机“拯救者”提供SDS GamingBar解决方案，他们希望通过打造一套适用于任何设备/各种表面的高精度触控和压力传感技术，为移动设备市场带来全新交互体验的战略目标非常清晰。 kucesmc

SDS GamingBar的工作原理类似声呐，如下图所示。其中，采用16个内核架构的DSP处理器SDSWave承担了“司令塔”的角色，所有的计算、运算功能都集成在该芯片中，负责指挥隐藏在表面下的传感器阵列分工处理超声波的发射与接受，并做出相应的分析与读取，具备高速处理、超低功耗和低延迟特性。与2019年推出的SurfaceWave处理器相比，架构没有发生变化，支持32个传感器，但在算法上进行了创新，以支持更好的用户体验。kucesmc

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图源：显通科技kucesmc

2021年底，显通科技又面向大型显示屏(15-24英寸)和小型可穿戴设备(耳机、智能手表、智能眼镜)推出了两款超声波触控解决方案：超低功耗和高精度的SNT8255处理器；手势识别引擎，可以精确识别力度和手势来启动虚拟控制操作设备中的应用程序和内置功能。kucesmc

Qorvo

Qorvo的相关技术源自2021年5月对NextInput的收购。成立于 2012 年NextInput是一家为移动应用、真正无线立体声(TWS)、消费、汽车、物联网、机器人、医疗和工业市场提供基于MEMS传感器解决方案的厂商，其MEMS力度传感器和红外(IR)检测传感器能够以出色的性能取代按钮和电容式触摸解决方案，打造了新的用户接口可能性。kucesmc

QM98000是一颗在3D Touch市场极具话题度的芯片。作为一颗使用MEMS工艺打造的标准IC，QM98000采用1.33x1.43x0.22mm的封装尺寸，不但集成了传感器和模拟前端，无需MCU，还拥有极其出色的灵敏度，可以只用单颗Sensor的信号就能覆盖半屏。其采样频率最高可达1KHz，拥有自动补偿校准、超低功耗、内置温度传感器和温度补偿逻辑等功能，在线性度、一致性和可靠性方面性能出色。kucesmc

Qorvo方面指出，基于QM98000芯片的长条形模组可以直接替代市场上的现有方案。其提供的Standoff设计更是能将器件保护在中间，能够防止极端情况下碰撞。又因为中框开孔仅露出QM98000芯片，考虑到该芯片的小尺寸，这就使得该方案拥有开孔小，利于散热等特性。加上其信号强度支持单芯片覆盖半屏，因此该模组距上边框仅有15mm，符合新一代手机压感设计要求。kucesmc

Cirrus Logic

CS40L25是Cirrus Logic推出的触觉驱动器解决方案，集成了一个高性能触觉驱动器、一个数字信号处理器和一个升压转换器，能让用户感到“真实的按键感”，并以更清脆、更少的“嗡嗡声”实现有力且一致的触觉。 kucesmc

Cirrus Logic产品市场经理Shahram Tadayon此前在接受本刊采访时表示，通过触觉反馈消除物理按键，正成为现在消费类电子产品的重要设计趋势，智能手机就是其中最主要的驱动力，几乎所有的智能手机都具有触觉反馈，并且消费者已经习惯了这种体验。kucesmc

而触觉之所以在手机中排名第一，是因为更时尚的设计。有了触觉反馈，就不再需要HOME健和其他按键，设计更时尚的同时，原有的功能都还可以得以保留。目前，有超过数亿部的手机配备了触觉功能，用不了多久，触觉功能也会在可穿戴设备、游戏设备、AR、VR和车载市场等领域大行其道，因为消费者对更美观设计的期待是永无止境的，所有这些设备对每个行业而言可能都是亿万美元，因此这将是一个非常大的市场。kucesmc

“几年前，触觉更像是一种消费者不是很喜欢的营销噱头，消费者的体验也不是很好。” Shahram Tadayon说，时至今日，触觉却是一种非常不错的体验，技术使触觉成为人们想要拥有的非常美好的体验。其次，产品为铃声、游戏和手表添加触觉功能。举例来说，玩赛车游戏时就真的像在开车一样；即使手机处于静音状态，也能通过识别不同的铃声知道是谁打来的电话。  kucesmc

汽车，成为触觉应用新热点

李政扬表示，现有的手机正面触控屏市场，目前为止每年的市场容量约为60亿美元。而另一个更广泛的触控领域市场差不多也有60亿美元的市场容量，但还远远没有被发掘，而汽车就是其中最具代表性的领域之一。kucesmc

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图源：显通科技kucesmc

在过往的汽车设计中，无论是出于安全还是保守的缘故，大多数汽车内部的控制功能几乎都由机械按键加以完成。但随着智能汽车的兴起，中控屏、智能后视镜、多功能方向盘、座椅控制，包括压力传感器(force sensor)、电容触控、振动反馈、更大的显示屏、各种新材料在内的智能表面产品，被越来越多的引入汽车内部。kucesmc

例如方向盘的按键就可以从“物理”按键变成“虚拟”按键；同时，许多研究表明，有了触觉反馈，可以减少驾驶员眼睛在触摸屏上的停留时间，减少事故发生的次数，极大提升驾驶的安全性。kucesmc

为此，Qorvo也推出了两款包括传感器和模拟前端的车规级解决方案：“Force sensor only”能支持更多样化的表面材料(包括金属)，厚手套以及有水环境的操作；“Force sensor+电容触控”方案则可以解决单一电容触控技术易被干扰而导致误触发的问题。kucesmc

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图源：Qorvokucesmc

但，“宝马和梅赛德斯奔驰的触觉体验是有所不同的，所以我们必须要能提供那种流淌在指尖的精准触感。”Shahram Tadayon说。kucesmc

其实，总体来看，技术的进化很像人类的生物进化，不可能是单一性质，非此即彼，更多的时候是协同发展，相信未来的人机交互技术一定会呈现百家争鸣的状态，这是良性竞争。kucesmc