最近，媒體曝出蘋(píng)果新一代手機(jī) iPhone 6s 中會(huì)采用 Force Touch 技術(shù)。其實(shí)，早在Apple Watch和MacBook 系列筆記本之上就已經(jīng)有所應(yīng)用，不過(guò)這次的版本與此前不同。因?yàn)镸acBook觸控板和Apple Watch可感應(yīng)兩種不同水平的壓力，即輕點(diǎn)和按壓。而根據(jù)外媒爆料，新一代 iPhone的“3D Touch Display”可以感應(yīng)三種不同水平的壓力，有輕點(diǎn)、按壓和更強(qiáng)的按壓。

所以，“3D Touch”的命名很可能因此而來(lái)。

因?yàn)閷?zhuān)業(yè)的緣故，我在新一代觸覺(jué)振動(dòng)技術(shù)上耕耘多年，看到這個(gè)消息覺(jué)得很興奮，覺(jué)得觸覺(jué)互動(dòng)的春天來(lái)了。帶著對(duì)“ 觸覺(jué)互動(dòng)”、下一代“人機(jī)對(duì)話”的好奇，我在這里來(lái)科普下蘋(píng)果的新“黑科技”：Force Touch 技術(shù)（由于蘋(píng)果沒(méi)有官方明確表示技術(shù)為“3D Touch”，這里就還稱(chēng)為Force Touch 技術(shù)），以及由此開(kāi)啟的更廣闊方向：觸覺(jué)互動(dòng)。

一、由Force Touch開(kāi)啟的“觸覺(jué)互動(dòng)”大門(mén)

Force Touch，即壓力觸覺(jué)，指通過(guò)感應(yīng)壓力的產(chǎn)生和改變，從而實(shí)現(xiàn)電學(xué)數(shù)據(jù)的變化，再通過(guò)電學(xué)數(shù)據(jù)而產(chǎn)生指令，最后達(dá)到壓力而間接實(shí)現(xiàn)指令的過(guò)程。

壓力觸覺(jué)的研究探索，已經(jīng)有很多年了。其中，美國(guó)Z-origin的 Z-Tohch則是較早的觸控探索者，后來(lái)，微軟、黑莓都相繼提出觸控方面的專(zhuān)利和應(yīng)用，但由于各類(lèi)原因，其觸控給顧客感受，并不完美。

前不久，華為也在中國(guó)發(fā)布了其壓力觸控屏幕的手機(jī) MATES，其采用的技術(shù)方案暫未拆解清楚，但以其比上一款更薄的宣傳，其技術(shù)方案與蘋(píng)果有些許差異，但卻沒(méi)能引起行業(yè)的熱議，蘋(píng)果的影響力之大可想而知。

蘋(píng)果發(fā)布的壓力觸控，以蘋(píng)果慣有的風(fēng)格而言，應(yīng)該是比較成熟和完善的，所以才會(huì)發(fā)布在手機(jī)上。因此，蘋(píng)果的號(hào)召力，讓壓力觸控開(kāi)啟了“觸覺(jué)互動(dòng)”的大門(mén)。

目前的手機(jī)，對(duì)于觸覺(jué)反饋的應(yīng)用，僅僅停留在振動(dòng)和提醒上。但是，美國(guó)“IMMERSION”公司等振動(dòng)和觸控行業(yè)的公司，已經(jīng)布局了基于“觸覺(jué)互動(dòng)”的大量技術(shù)儲(chǔ)備與專(zhuān)利，其中軟件系統(tǒng)和硬件均有中國(guó)科技公司的身影。

比如TI公司早前推出過(guò)基于高電壓的新一代振動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)芯片；IMMERSION公司布局了多項(xiàng)振動(dòng)反饋專(zhuān)利，其網(wǎng)站也顯示推出新一代振動(dòng)反饋方案；中國(guó)如衡業(yè)新材等，也在研發(fā)“新一代觸摸反饋”的核心硬件。

這次蘋(píng)果推出了“Force Touch”的技術(shù)應(yīng)用，為更廣大的“人機(jī)觸覺(jué)互動(dòng)”打開(kāi)了大門(mén)，讓用戶(hù)邁進(jìn)了新一代“觸覺(jué)互動(dòng)”的時(shí)代。

二、FORCE TOUCH 的技術(shù)原理

壓力觸控的原理，其實(shí)很容易理解：

屏幕感應(yīng)手指壓力——通過(guò)手指壓力的面積變化——從而產(chǎn)生不同的電學(xué)信號(hào)——壓力傳感器件根據(jù)電信號(hào)進(jìn)行處理——手機(jī)CPU接收壓力傳感器信號(hào)——手機(jī)CPU產(chǎn)生相應(yīng)的指令——顧客感知由壓力產(chǎn)生的指令變化（比如屏幕變化、菜單）

下圖就是展示用戶(hù)如何通過(guò)按壓方式，獲得手機(jī)/平板反饋的這一完整過(guò)程的流程：

從上圖所示，觸覺(jué)反饋的技術(shù)原理，由觸摸產(chǎn)生的壓力、壓力的識(shí)別、識(shí)別后的回饋指令三個(gè)大的部分組成，其中很重要的是觸覺(jué)傳感器“Force Touch Sensors”，它是按壓觸摸的重要部件。

而手機(jī)構(gòu)造的輕薄，也給觸摸傳感器與FPC提出很高的要求，相對(duì)于平板和電腦來(lái)說(shuō)必須非常輕薄。這次蘋(píng)果手機(jī)反而增加厚度，是因?yàn)椤癋orce Touch”的關(guān)鍵部件所產(chǎn)生的厚度，也就是加入了Force Touch壓力模塊。不過(guò)也有傳，蘋(píng)果在下一代手機(jī)上，會(huì)縮小這個(gè)厚度，那么蘋(píng)果屆時(shí)會(huì)在哪里作何改動(dòng)？

三、Force Touch的構(gòu)造

1、 整體觸控構(gòu)造：

根據(jù)目前對(duì)iPhone 6S的拆解，其采用的屏幕依然是 Incell屏幕，供應(yīng)商為JDI等日本公司，Incell 屏的觸控層在COVER GLASS之下，而且還要加上“Force Touch”的物理部件，因此，屏幕的構(gòu)造必須非常的精巧。

2、觸控層的特殊變革/材料變化

 雖然依然是INCELL屏幕，而其觸控層是否引入了最新的革命性材料，暫時(shí)尚未可知，但從網(wǎng)絡(luò)上能看到：蘋(píng)果要求其日本供應(yīng)商供應(yīng)納米銀屏幕，因此，行業(yè)看好的SILVER NANO WIRE（納米銀）是否已經(jīng)應(yīng)用與新一代蘋(píng)果中，暫未確認(rèn)。

（SILVER NANO WIRE）

蘋(píng)果的專(zhuān)利顯示，蘋(píng)果將原有的觸控層，接近液晶的部分，將其中ITO的VCOM層切割成平行線，就是為了壓力觸控的實(shí)現(xiàn)。

3、壓力傳感器部分

根據(jù)對(duì)蘋(píng)果MAC的公開(kāi)拆解，MAC上有四個(gè)壓力傳感器，分別位于觸控的四方，而且還有一個(gè)由磁性材料組成的“回饋體系”。

（Mac的觸控板拆解）

從以上拆解的Mac觸控板上看，F(xiàn)orce Touch早已應(yīng)用在Mac上，由于Mac面積和厚度，都更適合進(jìn)行壓力觸感層的處理，因此，蘋(píng)果手機(jī)的采用，也來(lái)自于在Mac上使用的工藝積累。

必須要看到的是，Mac上有個(gè)專(zhuān)門(mén)的“回饋系統(tǒng)”——

由磁性材料組成的“反饋器”，它的作用是對(duì)用戶(hù)按壓時(shí)候，進(jìn)行聲音或震動(dòng)的回饋，讓用戶(hù)的體驗(yàn)更有“真實(shí)感”。

（網(wǎng)上流出的蘋(píng)果6S的拆解：比6略厚，因?yàn)閮?nèi)置了觸控傳感器）

由于目前還沒(méi)有真實(shí)完整的iPhone 6S拆解，特別是針對(duì)其壓力觸控部分的逐件拆解，因此，如何精巧地將壓力觸控部分放置其中是一大難題。且根據(jù)媒體公布的手機(jī)厚度的增加，應(yīng)該起觸控控制器件的作用，但目前尚無(wú)法做到非常輕薄，有其物理極限。

下一代的iPhone 7，蘋(píng)果已經(jīng)表示會(huì)更薄，而更薄是來(lái)自于觸控部分的變化，還是蘋(píng)果本身其他器件的結(jié)構(gòu)的變化，不得而知，只能等相關(guān)消息放出，我們?cè)僮錾钊敕治觥?/p>

四、“觸覺(jué)互動(dòng)”才是 Force Touch 開(kāi)啟的未來(lái)

1、觸覺(jué)互動(dòng)的起源與雛形

壓力傳感技術(shù)，只是“觸覺(jué)反饋體系”的開(kāi)局，下一代手機(jī)，有望在觸覺(jué)反饋體系上，衍生出很多令消費(fèi)者驚呼的應(yīng)用。目前的 Force Touch 技術(shù)，只有指令和屏幕功能的變化，還沒(méi)有“來(lái)自手機(jī)對(duì)顧客的物理回饋”。

----這就是未來(lái)的“觸覺(jué)互動(dòng)”。

觸覺(jué)互動(dòng)不僅包括手機(jī)的軟件體系的反饋，也包括手機(jī)“硬件體系的反饋”。比如，當(dāng)你觸摸屏幕的“仙人球”， 你如果能感到一種刺手的感覺(jué)，這就是對(duì)“觸覺(jué)互動(dòng)”的通俗詮釋。更通俗來(lái)說(shuō)，就是仿真，真實(shí)的感覺(jué)。

幾年前，日本在觸覺(jué)振動(dòng)器件的推動(dòng)下，生產(chǎn)了幾款可以快速響應(yīng)振動(dòng)的手機(jī)和平板，但當(dāng)時(shí)的這些產(chǎn)品和壓力觸控都沒(méi)有多大關(guān)系：

比如，日本DOCOMO生產(chǎn)的一款“RAKURAKU”老人手機(jī)，其振動(dòng)回饋可以讓在老人觸摸屏幕有觸感，如按壓鍵盤(pán)一樣的實(shí)物感，還曾風(fēng)靡一時(shí)；日本松下也推出獨(dú)特振動(dòng)回饋的平板；韓國(guó)PANTECH（潘泰）也推出過(guò)精敏振動(dòng)的平板等等。

 

（日本富士通的RAKURAKU老人手機(jī)）

但由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有提出由壓力傳導(dǎo)，再通過(guò)物理回饋而組成一個(gè)閉環(huán)回路，這些置入了觸覺(jué)振動(dòng)器件的產(chǎn)品并沒(méi)有引起行業(yè)的熱議，但這已經(jīng)算是“觸覺(jué)互動(dòng)的雛形”。

2、觸覺(jué)互動(dòng)的關(guān)鍵器件：物理回饋器件

 觸覺(jué)互動(dòng)體系，離不開(kāi)一個(gè)關(guān)鍵器件：觸覺(jué)振動(dòng)反饋器件， 它要求的反饋速度和精度，根本不是現(xiàn)有的偏轉(zhuǎn)振動(dòng)馬達(dá)或直線振動(dòng)馬達(dá)所能達(dá)到的。它需要全新的振動(dòng)反饋器件，其中包括磁性材料、壓電陶瓷材料，而壓電陶瓷材料與MEMS工藝結(jié)合的器件，被認(rèn)為是最佳的反饋器件。

而頗具悲傷的是，目前壓電MEMS器件也在突破之中。現(xiàn)在存在的局限性有：體積只適合PAD，離手機(jī)對(duì)體積的要求有距離、功耗問(wèn)題，但目前由多層陶瓷帶來(lái)的功耗大大降低，有望解決這一問(wèn)題。

從事關(guān)鍵硬件研發(fā)的有日本的科技企業(yè)，也有中國(guó)年輕的海歸科技企業(yè)的身影。比如有從事陶瓷振動(dòng)材料與器件研發(fā)的的科研朋友常和我坦言：我們堅(jiān)信這一趨勢(shì)，通過(guò)材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)，已經(jīng)將電壓由100V以上降到36V，并在部分大尺寸的平板上進(jìn)行試用，但應(yīng)用于手機(jī)上面，還需要在體積等方面進(jìn)行諸多改進(jìn)。

（中國(guó)企業(yè)衡業(yè)新材研發(fā)的“新一代陶瓷振動(dòng)器件”原型）

 3 、“觸覺(jué)互動(dòng)”的未來(lái)

 蘋(píng)果引領(lǐng)的“觸覺(jué)互動(dòng)”，有著廣闊的未來(lái)應(yīng)用前景，它不僅讓顧客有真正的“人機(jī)對(duì)話”體驗(yàn)感，更會(huì)產(chǎn)生更多更大的應(yīng)用市場(chǎng)，比如物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等，也將翻開(kāi)手機(jī)應(yīng)用的新一頁(yè)。

更重要的是，觸覺(jué)反饋也將帶來(lái)行業(yè)的一系列連鎖反應(yīng)，將催生更多新材料、新工藝、新器件的革命，特別是新材料與MEMS工藝的結(jié)合，將在其中得到廣泛的應(yīng)用。

【作者介紹】王華，衡業(yè)新材科技陶瓷研發(fā)中心CTO，香港科技大學(xué)物理博士。其領(lǐng)導(dǎo)的“新一代手機(jī)陶瓷振動(dòng)器”獲得“創(chuàng)業(yè)大賽”第二名。

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