壓電振動元件實現(xiàn)無限可能的觸覺效果

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）觸覺感應功能在各種智能設備中都十分常見，這種反饋增強了人機交互的“互動感”，讓使用者在和機械設備、智能終端的交互中實現(xiàn)了更具操控感的體驗。

實現(xiàn)這種觸感的技術手段很多，通過偏轉質量馬達（ERM）或者線性共振傳動器（LRA）都可以實現(xiàn)振動反饋效果。這兩種技術手段都是馬達型技術，而壓電觸覺則使用壓電驅動器，通過壓電振動元件變形并產(chǎn)生觸覺反饋，擁有極短的啟停響應時間和更高的效率，是一種新興技術。

壓電觸覺的無限可能

任何技術手段，都需要觸覺驅動發(fā)送模擬或數(shù)字輸入信號，然后驅動器放大信號或從構件中調用波形，并輸出到傳動器以產(chǎn)生振動效果。達到峰值頻率的快慢，觸覺驅動可以覆蓋的頻率范圍，對最終的觸覺反饋效果影響甚大。

擁有極短的啟停響應時間和更高的效率讓壓電式的觸覺反饋更精準而且更清晰。壓電器件內(nèi)置的波形存儲器，能夠以最小的延遲保存并讀取波形，同時通過高級波形合成器，以最少的存儲空間構建復雜觸覺波形，這種高清的觸覺反饋也是其他技術不能實現(xiàn)的。這種硬件加速的觸覺處理減少了整個觸覺系統(tǒng)的工作量，能夠將觸覺回放啟動時間做得更快。

同時，觸覺驅動的帶寬不大就很難創(chuàng)建不同的觸覺效果，壓電觸覺的無限頻率范圍是ERM和LRA無法實現(xiàn)的，無限的頻率范圍意味著提供各種觸覺效果的可能性。

實現(xiàn)壓電觸覺的振動元件

想要實現(xiàn)無限可能的觸覺反饋，驅動頻帶寬、響應速度快的疊層壓電振動片無疑是不可或缺的。這些壓電振動元件受力后產(chǎn)生“壓電效應”，也就是受力后產(chǎn)生電荷。同時壓電振動元件具有受力被施加外部電壓后伸縮振動的“逆壓電效應”特點。壓電振動元件這種獨特的特性，根據(jù)施加的力兼顧了兩種正逆效應。

以超聲波頻率驅動疊層壓電振動片，會在面板表面激起駐波，通過改變駐波的振幅、頻率、相位再現(xiàn)各種觸感。以往的偏心轉子馬達或者線性諧振動片頻率想要達到500Hz非常困難，響應時間縮短到接近1ms完全不可能。

而壓電振動元件在材料和積層技術的加持下，已經(jīng)可以做到全頻域和1ms以內(nèi)的響應能力。多層陶瓷電容器、多層陶瓷電感器是被動元件中常見的結構，同理，這種多層技術可以讓疊層壓電振動元件的多層構造得以達到最優(yōu)化。

材料和積層技術自然是實現(xiàn)最優(yōu)振動的兩大關鍵技術，簡單來說，壓電振動元件的材料需要具有盡可能低的介電常數(shù)和盡可能高的機電耦合系數(shù)，同時在積層技術上盡可能在構造上展現(xiàn)細膩和高品質的觸感。

壓電振動元件在高頻帶和快響應速度上有著不可替代的領先優(yōu)勢，目前來看缺點在于需要貼附在面板上，相對繁瑣，而且成本相比其他兩種傳統(tǒng)方案會略高一些。

目前車載類應用是比較契合壓電振動發(fā)展的方向，車內(nèi)開關類部件正在向平板化和接觸式傳感器化發(fā)展。就需重視安全性的汽車內(nèi)部而言，在操作開關時提供反饋的必要性是毋庸置疑的。后視鏡控制面板、方向盤控制面板、中控臺控制面板、觸摸板這些駕駛艙內(nèi)的設備，都可以使用壓電振動元件來實現(xiàn)及時的反饋。

小結

近乎瞬時反應且沒有頻率限制的壓電觸覺反饋更是為未來各種各樣的觸覺效果實現(xiàn)提供了無限的可能。尤其是現(xiàn)在的各種智能終端、HMI系統(tǒng)都需要實現(xiàn)高壓快速響應，壓電式技術在此類應用里更受歡迎。