對比三大主流觸覺反饋技術(shù)：ERM、LRA、壓電

觸覺反饋（Haptic feedback）并非新技術(shù)。我們回到1960年代，就能發(fā)現(xiàn)采用振動反饋向用戶發(fā)送信息的首次設(shè)備更迭。過去用于產(chǎn)生振動的系統(tǒng)，目前仍然在低成本設(shè)備中用于產(chǎn)生基本的觸覺反饋。

歷史悠久、低成本的振動反饋方案

偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（Eccentric rotating mass，ERM）通常稱作振動電機，這種觸覺系統(tǒng)以高頻轉(zhuǎn)動偏心質(zhì)量的電機組成。從1960年代至今，相同的概念仍在使用，但此技術(shù)已被小型化，以適應(yīng)更小型的設(shè)備。

憑借低成本優(yōu)勢，目前偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量致動器仍在許多設(shè)備中用于產(chǎn)生觸覺反饋，但是它們開始被效能更好的技術(shù)所取代。如今我們生活在一個數(shù)字化的世界中，周圍環(huán)繞著各種具觸控屏幕的設(shè)備。為了提升設(shè)備的用戶體驗，全球的公司都在開發(fā)新型技術(shù)，因此，更好的觸控技術(shù)也隨之發(fā)展。

壓電觸覺致動器（piezoelectric haptic actuator）就是其中一種高效能的技術(shù)。基于某些材料的壓電效應(yīng)，此技術(shù)比ERM電機具備更多優(yōu)勢。壓電解決方案不需要轉(zhuǎn)動偏心質(zhì)量，而需要使用壓電驅(qū)動器，透過壓電驅(qū)動器的致動器材料發(fā)送高壓電源，使其變形并產(chǎn)生觸覺反饋。接下來我們將一起了解壓電和ERM觸覺的區(qū)別，以及你在應(yīng)用中應(yīng)該使用的觸覺技術(shù)。

壓電觸覺vs. ERM觸覺

觸覺學(xué)中的加速度與你感覺到的觸覺反饋強度相關(guān)；致動器可達到的加速度越高，其產(chǎn)生的觸覺反饋越強。

ERM系統(tǒng)可達到的加速度相當(dāng)有限，原因很容易理解：電機需要加速質(zhì)量才能產(chǎn)生振動。因此，它需要打破質(zhì)量慣性，并將速度提升至最佳頻率。然而，質(zhì)量的加速度不是瞬時的，這就是ERM電機因不精確而發(fā)出隆隆聲響的原因。

另一方面，壓電致動器沒有機械限制。由于振動不依靠質(zhì)量旋轉(zhuǎn)，一旦高壓到達壓電材料，致動器就會振動，因此壓電致動器可比ERM電機產(chǎn)生更強、更清晰的反饋。此外，以Boréas Technologies的壓電式CapDrive技術(shù)為例，ERM解決方案的耗能高出20倍

功耗：ERM vs. CapDrive技術(shù)壓電觸覺。

壓電觸覺技術(shù)在其他領(lǐng)域的主要優(yōu)勢是總功耗。壓電致動器效能非常高，遺憾的是，致動器的低功耗被效能不佳的壓電驅(qū)動器抵消。自從CapDrive技術(shù)發(fā)布后情況產(chǎn)生了變化。首款采用CapDrive技術(shù)的壓電觸覺驅(qū)動IC （BOS1901），號稱是市面上效能最高的壓電驅(qū)動器，如果你希望整合觸控到功耗受限的設(shè)備中（例如移動設(shè)備），壓電觸覺技術(shù)是優(yōu)于ERM解決方案的選擇。

壓電近乎瞬時反應(yīng)，振動電機反應(yīng)時間較慢

觸覺反饋需要完美的時機才能產(chǎn)生最佳的反饋，響應(yīng)時間越快，可轉(zhuǎn)化為更清晰、更精確的觸覺反饋。振動電機需要更長時間來加速旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，并達到其峰值頻率（最佳反饋區(qū)域）；此外在達到效果后它們要對質(zhì)量進行降速，ERM通常需要長達50毫秒（ms）才能達到峰值頻率，加速和減速的延遲會在達到峰值的開始和結(jié)束時產(chǎn)生輕微的不良振動。

壓電致動器的實時反應(yīng)時間不到2 ms，這代表你幾乎感覺不到加速和減速過程中產(chǎn)生的輕微不良觸覺反饋。壓電觸覺產(chǎn)生更清晰、更精確的反饋，壓電致動器的限制因素實際上是壓電驅(qū)動器的響應(yīng)時間。BOS1901壓電驅(qū)動器的響應(yīng)時間不到6ms。

壓電觸覺技術(shù)比ERM系統(tǒng)節(jié)省大量空間

與壓電觸覺解決方案相比，ERM振動電機觸覺系統(tǒng)更大且占用更多空間。雖然ERM驅(qū)動器確實比壓電驅(qū)動器更小，但是最大的區(qū)別在于致動器的尺寸。壓電致動器比ERM小，并且提供更大的觸覺反饋。

如果你需要外觀小巧的解決方案，壓電觸控是比振動電機更好的選擇。

壓電效應(yīng)的優(yōu)勢

壓電效應(yīng)是可逆的，你可以對壓電材料施加高電壓使其移動，但是當(dāng)壓電材料變形后會產(chǎn)生電荷。當(dāng)你按下壓電致動器時，壓電材料會稍微變形，致動器產(chǎn)生電流。采用CapDrive技術(shù)的壓電驅(qū)動器可以檢測到電流，而且它們可以檢測壓力并觸發(fā)來自同一致動器的反饋。

偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量觸覺方案只能觸發(fā)觸覺反饋，因此如果需要檢測壓力，除了觸覺系統(tǒng)，還需要一個完整的壓力感測硬件系統(tǒng)。

這意味著如果你需要在施加壓力時觸發(fā)的觸覺方案（例如替換機械按鈕），就可以取消感測硬件，只依靠一個壓電致動器和一個CapDrive壓電驅(qū)動器。這可大幅節(jié)省空間；一款SmartClik無按鈕電話原型機就是這么做的。

高解析觸覺技術(shù)vs.基礎(chǔ)型技術(shù)方案

壓電致動器可以產(chǎn)生更先進的觸覺效果。像揚聲器一樣，它們使用來自放大器（壓電驅(qū)動器）的電波形訊號，可以在廣泛的頻率和幅度范圍內(nèi)運作，產(chǎn)生各種觸覺效果。你可以根據(jù)應(yīng)用定制觸覺反饋，來創(chuàng)建豐富、細致的反饋。這就是我們所說的高清觸覺反饋。

另一方面，ERM解決方案的頻率范圍相當(dāng)有限，無法創(chuàng)建最佳的反饋效果。這意味著你的觸覺效果范圍相當(dāng)有限，ERM電機受限于低質(zhì)量應(yīng)用。

壓電觸覺技術(shù)為ERM無法復(fù)制的更高級效果帶來了可能性。壓電觸覺技術(shù)非常適合需要不同觸覺效果的各種應(yīng)用，例如：AR/VR、車用安全警報、按鈕更換等。

CapDrive壓電觸覺技術(shù)vs. ERM技術(shù)。

高端電子設(shè)備新寵：LRA觸覺技術(shù)

從前面的討論我們已經(jīng)看到，如果你需要低成本的解決方案，振動電機是很好的選擇，但是它們在反饋質(zhì)量方面相當(dāng)有限，并且會產(chǎn)生低端的隆隆聲，并非干凈和清晰的觸覺效果。因此，高階電子設(shè)備制造商近年來將注意力轉(zhuǎn)向另一種觸覺技術(shù)──線性諧振致動器（Linear resonant actuators ，LRA）。

LRA目前用于許多設(shè)備中，可實現(xiàn)比ERM方案更佳的觸覺反饋；與ERM相比，它們具備更高的加速度、更快的響應(yīng)時間和更清晰的觸覺反饋。LRA與ERM電機一樣，也以質(zhì)量運動做為基礎(chǔ)。區(qū)別在于，質(zhì)量懸掛在彈簧上并在磁場作用上下移動。

LRA外形尺寸各異，有些是矩形、有些則是圓形；部份制造商甚至開發(fā)自有的LRA版本，以獲得更好的效果（例如Apple的觸覺引擎），但是它們與壓電觸覺相比呢？讓我們來看看！

ERM、LRA、壓電觸覺比一比

LRA觸覺解決方案比ERM電機明顯提升了效能，它們可以達到更高的加速度；因此LRA可以創(chuàng)建比ERM解決方案更強的觸覺反饋（加速度數(shù)值越大=觸覺反饋越強）。但LRA加速度雖高于ERM電機，與成本較低的替代品相比仍然存在同樣的問題──它們需要移動質(zhì)量才能產(chǎn)生振動。

雖然LRA能夠比ERM電機更快速達到其最佳頻率峰值（這里我們所說的是25ms而非50ms），但它們?nèi)匀恍枰恍r間才能加速或減速到最佳頻率峰值。壓電致動器則能在2ms內(nèi)達到最佳峰值，幾乎瞬間的加速度使其在反饋強度方面比LRA更佳、效能更高。在移動設(shè)備中使用的LRA可以達到1到1.7G的加速度，類似尺寸的壓電致動器則能達到2.5到5G的加速度。

LRA功耗比壓電致動器加上CapDrive壓電驅(qū)動器一起消耗的還多。

與ERM電機相比，LRA的另一個優(yōu)勢是功耗更低，后者更適合電池供電的移動設(shè)備。實際上，多年來LRA一直是最有效的觸覺解決方案，在CapDrive技術(shù)發(fā)表之前，LRA甚至比壓電觸覺更有效率。

然而，與整合了CapDrive壓電驅(qū)動器的壓電致動器IC相比，LRA消耗的功率高出4至10倍；現(xiàn)在該重新考慮將在電池供電的設(shè)備中使用哪種觸覺技術(shù)了。

LRA提供比ERM電機更好的觸覺反饋，但沒有高清觸覺技術(shù)

ERM電機會產(chǎn)生不精確的隆隆聲，另一方面LRA可以產(chǎn)生更清晰的觸覺反饋；這主要是因為后者具備更好的加速性。

LRA比ERM產(chǎn)生更清晰的觸覺反饋，主要歸功于它們的諧振頻率；諧振頻率是指在狹窄的頻率范圍，你可以在其中獲得最佳振動，來放大致動器之質(zhì)量的加速度和位移。

雖然LRA產(chǎn)生的反饋比ERM更加清晰，但諧振頻率范圍非常窄。由于LRA頻率范圍相當(dāng)有限，因此它們的帶寬不大，很難創(chuàng)建不同的觸覺效果。不過盡管LRA的效能優(yōu)于ERM電機，卻無法實現(xiàn)壓電致動器的無限頻率范圍，你使用的仍然是受限的LRA。另一方面，壓電致動器為各種觸覺效果提供了無限的可能性。

LRA響應(yīng)時間比ERM電機快，但比壓電致動器慢

LRA提供比ERM電機更好觸覺效能，背后的第二個因素是其響應(yīng)時間更快。就像ERM致動器一樣，LRA需要移動質(zhì)量來產(chǎn)生觸覺反饋。雖然它們確實比其低成本替代產(chǎn)品縮短了響應(yīng)時間，LRA仍需25ms時間才能達到其最佳頻率范圍，觸覺效應(yīng)后的減速期間也是如此。

壓電致動器能在2ms內(nèi)開始發(fā)揮其觸覺效果，提供創(chuàng)建更清晰、精確觸覺反饋的可能性。

利用壓電集成的壓力感應(yīng)節(jié)省硬件

CapDrive壓電觸覺驅(qū)動器架構(gòu)另一項優(yōu)勢是整合的壓電壓力感測。BOS1901壓電驅(qū)動器IC可以從同一個壓電致動器感應(yīng)壓力并產(chǎn)生觸覺反饋；這代表當(dāng)你的應(yīng)用需要壓力感應(yīng)（例如按鈕替換）時，你可以從設(shè)計中移除之前所用的壓力感應(yīng)硬件。

LRA比壓電致動器占用更多空間

LRA的尺寸比壓電驅(qū)動器更小巧，通常被認為它們更適用于小型設(shè)備，但是當(dāng)考慮到致動器的尺寸時，就完全不同了。

如同ERM致動器，LRA尺寸大于具有類似加速度（反饋強度）的壓電致動器，壓電驅(qū)動器可以節(jié)省的空間，將遠超過整合壓電驅(qū)動器所能損失的空間。舉例來說，BOS1901僅需7個被動組件即可運作。

CapDrive壓電IC vs. LRA（*質(zhì)量為100克。加速度與反饋強度有關(guān)。更高的數(shù)字 = 更強的反饋）

藉由壓電觸覺等性能更好的技術(shù)，觸覺技術(shù)正進入一個新時代…隨著壓電驅(qū)動IC的演進，現(xiàn)在壓電觸覺技術(shù)的性能也比以前更好。但當(dāng)然并非所有壓電驅(qū)動器效能都是一樣的…接下來的文章將有更進一步的探討，敬請期待！