通过触摸实现真实感的Piezo(压电)触觉反馈设备

 

最近开始在工业用、车载用显示器和洗衣机等白色家电的显示器上导入的触觉设备，实际上也可以导入到手机、笔记本电脑等ICT产品中。
作为这种触觉设备，TDK正在准备利用压电效应的产品。

目录

人类的触觉

为什么利用压电效应的产品（压电元件）作为触觉设备非常优异？

ICT领域的使用示例
智能手机
笔记本电脑
触控笔

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人类的触觉

表1

人类的五感（视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉）是由各自发挥作用的传感器所支撑的。其中，触觉是通过皮肤感受到的感觉，覆盖身体的皮肤整体作为传感器工作，是五感中最大的感觉器官。
皮肤深处的环层小体是负责感应触觉的传感器之一。左边的图表显示了这种环层小体的灵敏度。（正弦波阈值越小，灵敏度越高）
由此，可以知道人类通过触觉能够感知到大约50Hz到500Hz频率的振动，并且200Hz左右的灵敏度非常高。

为什么利用压电效应的产品（压电元件）作为触觉设备非常优异？

目前作为触觉设备广泛使用的产品有偏心电机（ERM： 偏心旋转质量 ）、LRA（线性谐振传动器）。
ERM只能以特定频率的正弦波振动。LRA频率和振幅都可以进行一定程度的调整，但产品自身的谐振频率在150-300Hz之间，因此很难进行细致的触觉控制。
然而，压电元件的谐振频率在几乎不涉及触觉的数十kHz处，因此在对触觉有很大贡献的50-500Hz之间可以自由控制振动，可以再现更接近真实触感的振动。（下图为本公司产品的输入输出响应示例）

表2

因为不能显示触感的差异，所以我们将之前的说明换成视觉进行说明。

对于ERM产生的振动，可以知道“有”什么，但没有更多信息，是像左边那样模糊的感觉。LRA能辨别出什么形状，但还不知道详细情况，是稍稍有点模糊的感觉。如果使用了压电元件，可以清楚地识别细节。而且，压电元件可以做得比ERM、LRA小、薄，在非常要求小型薄型的ICT领域也能发挥其真正价值。

压电元件的其他应用示例
以上就触觉（触感）进行了说明，如上所述，压电元件拥有非常高的谐振频率（数十kHz）。　换句话说，这意味着可以在非常宽的频率范围内使之振动，也就是可以在人能听到的范围的频率（一般是20-20kHz）使之振动，这也可以作为扬声器使用。　压电元件这种产品不仅可以用于触觉，也可以用于听觉。

 

CT领域的使用示例

在这里介绍压电元件可能用于ICT领域产品的哪些地方。

表4　智能手机

接收机/扬声器
将本公司PiezoListen™压电扬声器贴在外壳或显示器上，就不需要传统技术所需要的音孔了。

侧键
除了作为传动器的作用以外，压电元件还具有传感器（将压力转换成电信号）的功能。使用这种功能，在外壳下配置PowerHap执行器，可以省去开关孔。如果使用适当的驱动IC，还可以将PowerHap执行器作为按钮（按压检测）、传动器使用，并且可以通过施加到传动器上的电信号来传递各种触感。

触觉引擎
适当的配置PiezoHapt™执行器、PowerHap执行器后，也可以作为触觉引擎使用，再现各种各样的触感。根据不同用途，也可以使用PiezoListen™压电扬声器 。

表5　笔记本电脑

电源／音量开关
与智能手机的侧键相同，安装PowerHap执行器，替代开关孔，有望提高设计性和耐水性。

扬声器
与智能手机相同，不再设音孔，而在显示屏上安装PiezoListen™压电扬声器 ，这样听到的声音是从与图像相同的位置传出来的，可以更好地享受影像信息。

键盘、触控板
利用压电元件的特性，可以实现更薄、更高功能的键盘、触控板。

表6　触控笔

将PowerHap执行器放进触控笔内，可以再现笔感。（例：铅笔、圆珠笔、钢笔等笔记用具）（或：纸、石头、木头等）

可穿戴设备等的触觉反馈用等

        审核编辑：彭菁