和偏心馬達(dá)的不同之處？超薄型Piezo（壓電）觸覺(jué)反饋設(shè)備

"PiezoHapt?執(zhí)行器"是使用了振動(dòng)的觸覺(jué)反饋技術(shù)及觸覺(jué)反饋等，擴(kuò)大了VR可運(yùn)用性的薄型振動(dòng)模塊

觸覺(jué)反饋技術(shù)(Haptics)是指通過(guò)力度及振動(dòng)等皮膚感覺(jué)反饋傳遞信息的技術(shù)。

"虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）"這個(gè)詞語(yǔ)已耳熟能詳，VR要求通過(guò)接觸的感覺(jué)等觸覺(jué)，而非視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)來(lái)傳遞信息的"觸覺(jué)反饋技術(shù)"。
TDK的 PiezoHapt?執(zhí)行器是由積層壓電器件與振動(dòng)板構(gòu)成的薄型振動(dòng)模塊，雖然其通過(guò)低電壓驅(qū)動(dòng)，但可應(yīng)對(duì)各類振動(dòng)形式。與以往用于應(yīng)對(duì)設(shè)備振動(dòng)的偏心馬達(dá)或線性執(zhí)行器（線性振動(dòng)器）相比，本產(chǎn)品沒(méi)有安裝限制，可用于各類需要通過(guò)皮膚感覺(jué)進(jìn)行反饋的應(yīng)用。

降低耗電量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效振動(dòng)的PiezoHapt?執(zhí)行器的原理與結(jié)構(gòu)

PiezoHapt?執(zhí)行器是將兩面安裝有電極的陶瓷壓電器件貼合在金屬板一面的單晶結(jié)構(gòu)執(zhí)行器。向電極中施加交流電壓時(shí)，壓電器件會(huì)發(fā)生伸縮，因此會(huì)使粘接的金屬板發(fā)生彎曲。其表現(xiàn)如下圖所示。通過(guò)交互變化附加電壓，金屬板會(huì)反復(fù)發(fā)生凸起、陷下彎曲，從而產(chǎn)生振動(dòng)。通過(guò)采用該單晶結(jié)構(gòu)可使整體金屬板高效振動(dòng)。

壓電器件擁有單板與積層兩種形式，但PiezoHapt?執(zhí)行器的壓電器件為積層型，因此與相同厚度的單板型器件相比，可產(chǎn)生更大的位移。為此，相比需要高電壓的普通壓電式觸覺(jué)反饋技術(shù)，TDK的PiezoHapt?執(zhí)行器可通過(guò)24V的低電壓將振動(dòng)感覺(jué)傳遞給皮膚。

同時(shí)，由于無(wú)需使用金屬線對(duì)器件進(jìn)行焊接接合，因此無(wú)需對(duì)積層器件產(chǎn)生負(fù)荷便可提高振幅效率。

啟動(dòng)速度為偏心馬達(dá)的1/25，同時(shí)可應(yīng)對(duì)現(xiàn)有執(zhí)行器所無(wú)法應(yīng)對(duì)的多種振動(dòng)形式

耗電量少于偏心馬達(dá)，可實(shí)時(shí)表現(xiàn)出細(xì)膩的振動(dòng)

偏心馬達(dá)或線性執(zhí)行器一般是用于振動(dòng)器的執(zhí)行器。但是，這些產(chǎn)品都存在響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。例如，在制造用手碰觸顯示器時(shí)能夠感受到凹凸感的設(shè)備時(shí)，其響應(yīng)速度必須比現(xiàn)有執(zhí)行器快。為此，實(shí)現(xiàn)更為先進(jìn)的觸覺(jué)反饋技術(shù)仍面臨不少課題。
TDK的PiezoHapt?執(zhí)行器可通過(guò)壓電特性實(shí)現(xiàn)瞬間響應(yīng)。以下圖表為偏心馬達(dá)與PiezoHapt?驅(qū)動(dòng)的比較。偏心馬達(dá)啟動(dòng)需0.1秒以上，而PiezoHapt?執(zhí)行器的啟動(dòng)速度僅為其1/25。
同時(shí)，由于PiezoHapt?執(zhí)行器相比偏心馬達(dá)可通過(guò)短時(shí)間通電進(jìn)行運(yùn)行，因此耗電量較少也是其特點(diǎn)之一。輸入的頻率或電壓越高，耗電量也會(huì)變大，但通過(guò)優(yōu)化形成的振動(dòng)可實(shí)現(xiàn)省電。

如以下圖表所示，可通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓改變振幅的PiezoHapt?執(zhí)行器可細(xì)膩地表現(xiàn)多種振動(dòng)形式。
這是通過(guò)設(shè)計(jì)決定振幅的偏心馬達(dá)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)如此的快速響應(yīng)以及振幅的自由變化，PiezoHapt?執(zhí)行器可通過(guò)各種形式或位移形成對(duì)指尖的振動(dòng)反饋，從而擴(kuò)大觸覺(jué)反饋運(yùn)用的可能性。

即使是遠(yuǎn)離的部位，PiezoHapt?執(zhí)行器也可將振動(dòng)均勻傳遞

偏心馬達(dá)很難將振動(dòng)傳遞至遠(yuǎn)離安裝位置的部位，但PiezoHapt? 執(zhí)行器可將振動(dòng)均勻傳遞至整體。利用這一特點(diǎn)，可將強(qiáng)烈的振動(dòng)傳遞至整個(gè)顯示器或觸摸屏。以下動(dòng)畫(huà)所示為振動(dòng)分布，從中可以發(fā)現(xiàn)，不僅是PiezoHapt? 執(zhí)行器安裝位置周圍，其還可傳遞至更廣的范圍。除了形成均勻振動(dòng)以外，其還能檢測(cè)碰觸指尖位置，并根據(jù)該位置改變振動(dòng)。

偏心馬達(dá)

PiezoHapt?執(zhí)行器

偏心馬達(dá)與TDK PiezoHapt?執(zhí)行器的比較

下表為比較結(jié)果的總結(jié)。驅(qū)動(dòng)電壓較高是壓電式的難點(diǎn)所在，但TDK的PiezoHapt?執(zhí)行器通過(guò)使用積層器件克服了這一難點(diǎn)，由此實(shí)現(xiàn)了偏心馬達(dá)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，并且進(jìn)一步擴(kuò)大了使用振動(dòng)的觸覺(jué)反饋技術(shù)的運(yùn)用可能性。

*由TDK測(cè)量

主要用途

無(wú)論在何種領(lǐng)域，可用于穿戴設(shè)備、觸摸板、屏幕、 控制器等需要通過(guò)觸覺(jué)反饋技術(shù)進(jìn)行反饋的各類設(shè)備中。

審核編輯：彭菁