Google开放硬件：振动触控平台（VHP）技术观察

当前手机/手表/手环等电子产品基本都有振动功能，振动是透过驱动小型马达（或其他类型的发振装置）来实现，振动除了用来通知给使用者（输出），使用者也可以反压反触回馈成为操控（输入）。

不过，目前每一型款的智能装置，其振动设计都是个别客制打造而成，包括要配置几个马达、马达安放的位置、设计上的反复验证微调等，只要换另一型款就无法沿用，需重新再来。

对此，Google Research提供一个共通的振动触控平台，期许能降低个别客制开发的心力，此称为VHP（Vibrotactile Haptics Platform），并开放发布在GitHub上。

Google VHP平台电路板正面与反面

VHP技术剖析

VHP既然要用于智慧手机/手表/手环自然要很娇小省电，目前初估有3～25小时的电池使用时间，且为了适合穿戴式设计而实行软板（flex）连接器。VHP可操控12组驱动马达，可同时各自独立操控驱动。

VHP平台上的主控芯片是Nordic公司的nRF52系列蓝牙收发器芯片，芯片用12个脉波宽度调变（PWM）输出接脚来各自控制振动马达，而后nRF也接受各种输入，包含模拟麦克风、脉波密度调变（PDM）麦克风、USB接口、BLE蓝牙接口、串行接口、加速度传感器等。

Google VHP平台电路示意图

前面提到使用者是可以反压反触来达到输入效果，主要是反压反触时马达的电流会改变，量测电流的改变即可知道反压反触的程度。不过，回馈的通道不是12组个别对应，而是透过24:2的多任务器，运用轮流切换的方式，回馈到nRF52芯片上的模拟数字转换（ADC）输入接脚上。

之所以不量测电压改变而是量测电流改变，开发者说明主要是为了能同时振动输出与反触输入，以及设计上可以减少电路板使用面积。开发者也试图用量测电流的方式来判别装入的振动器类型，透过输出不同的扫描频率然后量测其电流，就可以知道装配的是线性谐振致动器（LRA）、线性磁性杆（LMR）或音圈振动器（Voice Coil），这个判别运用上了机器学习领域的支持向量机（SVM）分类演算技术。

Google VHD透过转接器连接3种不同的发振装置

不同的发振装置因应扫描频率而有不同的电流变化

除了判别不同的振动器外，开发者也先行测试验证了手表或手环在有无配戴时的电流特性，让穿戴装置知道自己是否已被配戴上，甚至可以侦测到配戴的松紧度。另外，整个平台的韧体程序是一套具有移携性的C/C++函式库，可以在Arduino生态系统中使用（创客的好消息）。

以250Hz频率驱动致动器，致动器被按压时波形明显改变

透过感测电流变化就知道有无被配戴

有了触感回馈能力后，VHP可以发展各种应用，例如协助读唇，听障者虽然可看对方的唇形来了解所说的话语，但有些话语不容易精准判别，例如英文念pin（针）与min（分钟）在唇形上是很相像的。

虽然唇形相像，但念pin的时候，手腕可以量测到比较多的触感（讲者比较发力的缘故），反之min较少，如此就可透过其他方式告知听障者目前念的是pin还是min。

发展潜力

协助读唇只是应用之一，平台提出者也列举其他可能的应用，例如在智能手机上配置多个振动器，而不是现有1、2个而已，透过更细腻的发振与回压，可以让手机游戏更有趣，或在影音播放时有更方便、细腻的互动操控。

也可以用在心理学的实验上，配戴上手环以便量测不同情境、不同问题时的反应；或者可以进行不同的输出转换表达，例如把视觉转换成触觉、把磁场强度转换成触觉等；或者是量测按压松紧度等。

值得一提的是，开发者认为侦测电流回馈是VHP平台的独有特色，此一回馈设计也称为负载传感器（load sensor，图2红框部分）。

最后平台发起者也希望更多人给予他们建议，或提供更多应用（特别称为On-body application）的可能发想，让平台更具潜力与发展价值。

审核编辑：汤梓红