先进触觉技术打造不止于智能手机的全新用户体验和更为时尚的设计

触觉增强的用户界面通过向用户施加振动或动作来重新创建触感。即使用户没有意识到这一点，它已经被嵌入到产品且被认为是许多大众市场消费产品的用户体验的一部分。例如，现有的智能手机可提供独特的触觉驱动提醒，而车载控制台和自助服务终端则可向用户提供有意义的反馈。触觉为设计人员提供了超越简单的视觉和听觉指标、文本或屏幕显示来增强用户体验的机会。

图1：通过向用户的行为添加切实的反馈，触觉可以增强用户体验，而不局限于智能手机等消费类产品中明显的基本视觉和听觉指标

用户可以直观地理解智能手机和其他设备上嵌入的触觉，但是触觉现已超越了这些角色，可以提供更丰富的人机界面体验的潜力。借助触觉，PC触控板、手表和可穿戴设备、基于智能手机的游戏和虚拟/增强现实（VR / AR）以及车载触摸屏和按键，都可以做出改善并提供差异化的用户体验。

图2：触觉交互不局限于一组刺激或响应，可以针对不同的用户设备和情况以不同的方式实现。

随着消费产品市场的竞争日趋激烈且产品同质化严重，增强和区分产品的外观和感觉的用户体验变得越来越重要。像某些PC触控板一样，旗舰智能手机已集成了先进触觉功能，并通过其附加功能和清脆、一致的触感和时尚整洁的无按键、及可擦拭外观等更丰富的用户体验提高了消费者的期望。

市场增长说明一切

增长和机遇通常是由最终产品设计师和OEM的需求所驱动的，反过来，这些需求又由组件供应商的技术进步所推动；这就是众所周知的互补性“共鸣”关系，因为每一方都反复驱动并助力另一方。对游戏控制台触觉的需求以及消费电子设备中触觉不断增长的部署推动市场的增长。例如，在PC触控板、方向盘、车载触摸屏、游戏操纵杆和控制器以及领先的VR / AR系统中使用触觉技术可增强用户体验。通过声音、光线和触摸，它可以使用户感受到并影响整体体验。

如图3所示，根据IDTtechEx，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。根据Markets and Markets的数据，展望未来，触觉技术市场预计到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。推动市场增长的主要驱动力为智能手机、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。

图3：根据市场研究公司IDTechEx，与触觉相关的主要数字，如总收入、每台设备的触觉支出以及装有触觉的设备所占的百分比，从2010年到2019年已大幅增加，即使这一期间设备的总销量相对持平。(来源：http://www.idtechex.com/en/research-report/haptics-2020-2030-technologies-markets-and-players/684)

提供完整的触觉解决方案可增强用户体验

谈论增强的、更丰富的用户体验以及附加的功能和时尚的设计是一回事，而真正实现这一目标则是另一回事，尤其是对于批量生产的消费甚至工业产品而言。要实现这一性能，需要关注三个主要领域的多个细节：1）了解用户体验的维度； 2）建立相关的触觉波形； 3）确保优质、一致的最终产品。

1) 了解用户体验

打造用户体验需要重点关注三个方面的设计：确保低延迟； 提供有力、敏锐的触觉；并采用基于DSP的算法：

• 用户的动作与观察到的响应之间的低延迟，从动作到效果的时间可以忽略不计，从而减少了用户的烦恼和沮丧感。过度等待时间会带来负面影响：用户可能会认为第一次敲击未被识别，因此连续重复几次，这实际上会造成一系列的敲击命令在设备上排队。反过来，这通常会导致意外的系统响应，加剧用户的困扰。

• 有力、敏锐的触觉可模拟实际按键的感觉。相反，不良的触觉会有隆隆或嗡嗡声，这可能会让客户很烦。现实情况是，用户对ATM机、自助服务终端，老式电话以及无数其他产品上的硬接线键盘的固有体验会期待“真实”按键的感觉。

• 基于DSP的算法为线性共振激励器（LRA）提供了一致的驱动。在这些功能中，这些算法还可以保护LRA免于超过行程使用，从而确保长期可靠性。此外，Cirrus Logic独特的闭环主动制动（CLAB）算法可产生更清脆、“嗡嗡声”更少的触觉效果，与开环相比，在实验室测试中，振铃时间减少了4倍至8倍，如图4所示。它通过从电压和电流激励监控器实时获取信号来实现，从而使其能够有效、准确地闭合环路以增强性能。 

图4：通过监测关键信号，Cirrus Logic闭环主动制动可实现闭环控制，从而带来准确、一致的触觉用户体验。

2) 创建触觉波形

对于触觉产品的设计人员来说，用户遇到的触觉波形可能很关键。开发这些波形需要供应商工具，例如有效的图形用户界面（GUI）以及提供全可编程效果的能力：

• 带有可轻松创建每种产品独特形状、重量和机械结构“正确感觉”的工具的先进触觉GUI是开发和确保预期用户体验的关键。创造正确的感觉是一种个人体验，通常需要用户研究以及多次迭代。因此，对于系统和产品开发人员来说，拥有能够快速改变触觉点击或波形的强度和感觉以便获得正确感觉的工具至关重要。
由于不同的设备甚至单个设备中的应用程序通常都需要不同的感觉，因此情况变得复杂。 例如，可以通过轻触来调用非关键功能（例如在初始设置过程中更改屏幕颜色），但是启动关键步骤（例如“开始测试序列”或“更改操作模式”）可能需要更长的时间、更明确定义的用户断言以及放大的反馈。

• 针对用户体验的可编程效果不仅仅提供单个或几个标准按键，如图5所示。这些效果还包括基于传感器的效果，例如创建心跳、相机快门声、缩放、凸起、滚动和多个铃声，所有这些都可以通过将触觉表达与应用程序的细节联系起来，极大改善人机界面体验。也可以通过手势进行扩展，增强用户界面并增强应用程序。

图5：触觉按键不仅能创建简单的“固定”效果，还可以将触觉“表达”动态链接到应用程序的细节。 

图6：当用户的“激励”手势采取许多舒适的形式，且每种形式都引起不同的触觉响应时，用户体验就会得到增强。

3) 提交优质的最终产品

取决于语境和产品规格，广泛使用的“质量”一词具有多种含义。对于具有触觉功能的系统，用户通常不会立即意识到诸如待机功耗、内置诊断的好处或保持制造一致性的校准等因素，尽管它们很重要：

• 超低待机功耗对于始终“倾听”触觉触发器至关重要，因为它可以最大程度地降低用户因电池寿命而引起的挫败感。高电压、高效率的H类驱动器与这种省电操作相辅相成，以提供敏锐、清脆的激励器性能，同时还可以最大限度地延长电池寿命。

• 通过动态补偿操作环境（温度，湿度）或系统和组件老化的变化进行诊断和补偿，以保持一致的触觉体验。尽管环境变化可能会对触觉操作的强度和感觉产生重大影响，但用户仍希望从滑雪场到温暖的小屋或在炎热的夏天从有空调的办公室到他们的汽车时，获得相同的响应强度 。

• 单元到单元一致性的校准是一个只被简短提及甚至忽略的问题，最有可能是因为它带来了挑战、引发了疑问并带来了不确定性。现实情况是，构建一个带有激励器、不同运动部件和公差的系统可能会导致不可接受的单元间差异水平以及生产环境中性能的不一致。

有几种方法可以解决此潜在问题。一种简单方法是忽略且不执行校准，这会导致不一致的感觉。另一种方法是让OEM客户测量单个组件并丢弃那些在非常严格的公差范围内不适合的组件，这会导致良率损失。第三种选择是让他们设计自己的程序并创建自己的校准算法，这既耗时又不那么可靠。相比之下，顶级供应商可通过基于DSP的算法来提供更全面的解决方案，以解决并简化这些校准挑战。

结论

原则上，触觉有潜力为消费产品的人机界面提供更丰富、与众不同的用户体验。但是，要获得真正出色的基于触觉的用户体验，不仅仅需要先进的驱动器IC。除了关键硬件组件之外，它还要求供应商了解用户与最终产品交互的多个维度和细微之处，然后提供设计、支持和诊断工具，以有意义且一致的表现丰富用户的触觉交互。 

下一代触觉IC和工具以及它们的组合功能使笔记本电脑、VR / AR系统甚至车载控制台的OEM能够利用无按键触摸和触觉的特性。反过来，这使他们可以在智能手机之外推出更多更令人兴奋、用户满意的触觉支持的设备。