觸覺反饋技術在產品設計中的應用

劉安琪

（天津職業技術師范大學 天津市 300222）

1 觸覺反饋技術

1.1 概念

觸覺反饋技術能通過作用力、振動等一系列動作為使用者再現觸感。這一力學刺激可被應用于計算機模擬中的虛擬場景或者虛擬對象的輔助創建和控制，以及加強對于機械和設備的遠程操控[1]。

觸覺反饋技術是通過硬件與軟件相結合的觸覺反饋機制，來模擬人的真實觸覺體驗[2]。由于人體感受機制復雜，對觸覺反饋技術做清晰地分類并不容易，不過從感受輸入的角度，大致可以分為對表皮，以及對肌肉中感受器刺激兩類。對表皮的刺激就是我們通常所說的震動刺激，以及給予類似于材質感的刺激。對肌肉中感受器的刺激即利用電極對手臂上的肌肉施加電脈沖，電極會控制特定的肌肉，令手部肌肉產生反向拉力，從而產生一種力的反饋。

1.2 應用模式

偏心旋轉質量也稱振動電機，1960 年至今，仍在使用，此技術適應更小型的設備，有著成本低，但是設備存在不精準的特點，容易發出轟鳴聲。憑借低成本優勢，此設備仍在許多設備被應用，但是它們開始被效能更好的技術所取代。

壓電觸覺致動器是一種高效能的技術。基于某些材料的壓電效應，此技術比振動電機具備更多優勢。壓電解決方案不需要轉動偏心質量，而需要使用壓電驅動器，透過壓電驅動器的致動器材料發送高壓電源，使其變形并產生觸覺反饋。壓電致動器的實時反應時間不到2 ms，壓電觸覺產生更清晰、更精確的反饋。

線性諧振致動器具備更高的加速度、更快的響應時間和更清晰的觸覺反饋。它的另一個優勢是功耗更低，更適合電池供電的移動設備但諧振頻率范圍非常窄，此設備目前用于許多設備中。

2 觸覺反饋技術的發展前景和意義

如今，生活中可觸碰的實物越來越少，產品正在逐步以數字化的虛擬形式呈現。隨著產品數字化，實體帶來的感官交互和觸覺體驗也正在慢慢消失。但是，真實的觸感在設計中會有著很大的作用。

人體最大并且最易獲取的一種感官即使觸覺。通過觸摸，人們可以感知物體的硬度、質感和紋理以了解對象的材質特性，感知物體的表面特征以獲得認知或完成復雜精細的作業[3]。通過觸摸人們也能實現感情的交互，觸覺是表達感情的重要方式。

人類的觸覺所獲取的信息并不算多，只有視覺信息的1 %，觸摸所承載的信息是極為有限的。不過觸覺給人類帶來的情感體驗是不可或缺的，如果沒有它的存在，我們在日常生活中與現實物體的互動過程將變得索然無味。科技產品也是如此，無論是 VR 體感游戲機還是日常使用的手機，都會通過振動帶來的觸覺反饋起到畫龍點睛的作用。

我們在使用電子設備時常常會獲得三種形式的反饋，分別是視覺反饋、聽覺反饋和觸覺反饋。觸覺比視覺和聽覺的傳達更能迅速被用戶感知，由于以人體為介質，觸覺反饋會為對表皮以及對肌肉中感受器進行刺激，因此其要比視覺與聽覺更加敏感和強烈。觸覺反饋技術已經被超過30 億臺數字設備所使用，在游戲、汽車、影視、醫療和消費電子等領域應用廣泛。在未來產品設計中的觸覺反饋技術應用也會越來越多，它將成為提升用戶的體驗感和交互性的重要因素。現在這種趨勢已現端倪，在數字平臺和電子產品中已經應用較多，而在其他領域尚未發展成型，設計師要把握這種新趨勢能極大提升產品的創造力。

3 觸覺反饋技術在產品設計中的應用

3.1 在移動設備上的應用

現如今手機的一些App 也都使用了觸覺反饋技術。如將這種特性應用到相應的產品設計中，很多產品的下拉刷新都從之前的文字提示都改為了振動提示，可以使用戶更快速地獲得反饋。當用戶下拉的距離到達臨界值并觸發振動后，用戶感受到振動后松手就刷新了，而不用再使用一些冗余的文案來提示用戶，從而提升了用戶的使用感。

法國觸覺技術新創公司Hap2U 在2020 年國際消費電子展上面發表了號稱全球首款支持觸覺反饋的智能手機顯示器Hap2phone，能讓使用者在手機的觸控屏幕上觸摸并感知所顯示的物體，提高用戶與產品的互動性。Hap2U 是使用壓電致動器在玻璃屏幕上產生超聲波震動，并改變用戶手指的摩擦力。使其所產生的震動與手指的位置同步，讓用戶能夠感覺到在屏幕上出現了什么。透過施加不同的摩擦系數，就可以讓使用者的觸感產生明顯的區別——例如是強烈還是輕柔的刻痕以及各種凹凸的紋理等。

3.2 在家用辦公游戲電子產品上的應用

有很多的消費者都會沉浸在游戲機帶來快感中，無論是射擊類游戲的槍戰聲，還是競技類游戲的打斗聲，這些聲音不僅會通過音頻還會通過振動傳達給消費者來提升他們在游戲中的體驗感。然而像這種只存在于游戲機中的感官體驗，現在已經被雷蛇帶到電腦游戲中。在2019 年的國際消費電子展會上，雷蛇展示了 HyperSense 超感技術體驗套裝，將游戲體驗延伸到屏幕之外，讓玩家可以全方位地體驗游戲中的觸感。雷蛇這款超感技術將與各款搭載有高保真觸覺反饋驅動單元的游戲設備同步，帶來了更強的沉浸式游戲體驗。在原本雷蛇炫酷的燈光之外又加入了以沉浸式體驗為目的的一系列觸覺反饋技術。將設備通過定位游戲輸出的音頻信號和特定的聲音信號，實時地轉換出豐富的動態觸覺反饋技術。

而這項超感技術不同于以往的觸覺反饋技術，并不需要安裝第三方應用程序或進行預編程。因此，以其中一個搭載HyperSense 超感技術的雷蛇 Nari 影鮫終極版無線耳麥為例，不管在玩游戲、聽音樂還是看電影，雷蛇 Nari 影鮫終極版無線耳麥都能在任意設備（游戲主機、智能手機、平板電腦等）上提供 HyperSense 超感觸覺反饋。這些搭載 HyperSense 超感技術的外設并不是產生同一種單一的震動反饋，而是各司其職，以不同場景的震動構成豐富的震感，為體驗者提供更多的沉浸體驗效果。

雷蛇的 HyperSense 超感技術體驗套裝，不僅在游戲中帶給使用者很強的體驗感，在辦公領域也能帶給使用者不同的感受，觸覺反饋技術的融入增強了產品與使用者之間的交互性。

3.3 在可穿戴設備上的應用

在澳大利亞的Wearable Experiments 是一家專門研究可穿戴技術的公司，他推出的一款智能瑜伽褲可以將振動應用到身體的各個部位。這款智能瑜伽褲可以根據人體不同的姿勢和角度從而產生不同頻率、強度的振動，來實時糾正練習者的瑜伽動作。練習者可以下載配套的App 來獲得更多正確的姿勢，并且有效正確的幫助使用者完成她們的訓練目標，而不是盲目的跟隨App 進行無效的練習。通過觸覺反饋技術的融入使用者可以實時得知自己的動態信息是否正確，增加了使用者與產品之間的互動性，從而提升使用者的興趣度。

4 觸覺反饋技術的優勢

4.1 觸覺反饋技術可以增強人與產品互動性

從上述例子可知，觸感可以更好地幫助消費者了解產品本身，因為觸覺可以感知到滑移、力、變形及力矩等物理量的相對大小。利用力的感覺可以感知對象的質地，利用變形量可以了解對象的凹凸程度或者識別對象，而利用力矩則可以感覺對象的動態特性并進行運動預測。此外利用滑移感覺還可以很好地感知對象的表面光滑程度以及紋理特征[3]。觸覺的這些特性極大程度上豐富了消費者的認知，通過人機的不斷交互，增強了使用者的體驗感。

觸覺反饋技術充分利用了觸覺的辨識能力和敏感度，增加了人機的交互次數并且降低了交互難度。然而這項技術不光在現實生活中有著至關重要的作用，在虛擬現實技術中也有著不可替代的作用，它可以將虛擬場景中的各類觸感直接反饋給用戶，用戶通過視覺、聽覺、觸覺同時感知虛擬目標，極大地增強了其真實性和互動性。同時觸覺傳感器能夠在探測現場即時采集和處理數據，并實時地與外界進行觸覺數據交互[3]。

4.2 可以結合手勢動作嵌入日常生活中

觸覺反饋這項技術早已不是遠離生活的黑科技，在各類電子產品和生活用品中都有體現。它能結合隔空手勢技術為電子產品解鎖更多功能，如華為智慧屏 X65 隔空手勢操控，利用人像以及手勢跟蹤，對屏幕做出手勢即可得到相應的反應，為各類電子產品增加了其趣味性和科技感，更是將前沿技術帶入大眾的日常生活中。再如使用智能手勢技術在線上挑選衣服，而觸覺反饋技術又能直接將衣服的觸感反饋到用戶手上，通過簡單的手勢和身體操作，可以直觀地感受到不同產品帶給消費者的觸感，為消費者的日常生活提供了極大的便利。

4.3 極大地傳達產品的情感，即時反饋

觸覺反饋技術極大增強了用戶的使用體驗，同時根據產品自身的特點賦予了產品情感升華。例如在虛擬現實技術中，通過觸覺反饋技術更是加深了用戶和虛擬目標之間的交流，可以更加真實地感受到虛擬目標的場景質感等，將數字媒體產品轉移到有形的體驗上，增強了用戶與產品的情感。并且觸覺反饋技術的響應在極短的時間中間，它實時反饋的特性讓這種情感變得更為真實，帶給使用者最真實的體驗感。

5 觸覺反饋技術在產品設計中的適用原則

5.1 目標人群

觸覺反饋技術在產品設計中擴大了使用者范圍，不僅讓普通人能夠體驗這些特性從中獲得娛樂感，更要幫助弱勢群體增強其感知力，從而提高他們的自信心。觸覺反饋技術應用在產品設計中可以將目標人群確定為弱視、弱聽、感知障礙等弱勢群體，為他們設計出更適合他們的觸覺反饋產品，可以有效地幫助這類人群提升感知能力，幫助他們適應當代快節奏生活，使他們擁有和常人一樣的體驗感受。觸覺反饋技術還可以通過智能化的方式將技術符號和產品設計相結合，增加產品的趣味性和交互感。

5.2 具體到產品中應用

弱視人群，他們并非完全無法看清東西，大多癥狀會出現視力模糊、朦朧、高度的遠視和近視、色盲等癥狀[4]。他們的視覺缺陷會在生活中給他們帶來很多不便，對于很多弱視群體來說很多重要的信息來源是盲文，盲文的凹凸不平是他們獲得信息的主要來源，通過簡單的觸摸就可以提取到他們想要信息。他們利用觸覺來代替視覺了解生活中的一切。將觸覺反饋技術應用在他們日常生活使用的產品中，通過觸動能讓弱視群體增加自己的感知能力，培養和增強他們的自助能力，讓他們獨自克服一些生活中的困難，從而提高他們的生活品質，例如可以將觸覺反饋技術應用到鞋子中，利用觸覺反饋技術增加弱視群體的方向感知，為他們指明正確的前進方向，減少他人的幫助。在觸覺反饋技術應用到產品中時要系統全面考慮到他們生活中的細微之處，將人性化的設計理念融入產品設計中。

弱聽群體主要靠手語和唇語來感知世界。根據統計世界上有十分之一的人有不同程度的弱聽，雖然弱聽本身不會造成生理上的痛苦，但是長期聽不到無法進行良好的溝通，會打擊弱聽人群的自信心。隨著現代的醫療條件和科技逐漸發達，現代醫學已經將觸覺反饋技術應用到助聽器中。觸覺反饋助聽器可以通過不同的微觸動幫助他們更好地與人溝通，還可以將手勢動作和觸覺反饋技術相結合，通過手勢更好地對產品進行操作，間接性提升弱聽群體的交互能力，可以極大地增強他們的自信心和對生活的喜愛度。

假肢是特地為截肢者、肢體不完全和缺損的肢體的殘疾人設計和制作裝配的人工假體，也稱為義肢，是幫助截肢患者獲得或部分獲得健全人肢體功能的重要工具。20 世紀90年代以來假肢技術朝著更舒適更精密的高技術方向發展，未來還可以將觸覺反饋技術應用于假肢的產品設計中，向佩戴者傳送回感覺信息。觸感義肢的感知反饋功能是其正常工作和實現自身安全的重要保障，包括位置、力、紋理、粗糙度、溫度等環境信息及假肢自身信息感知能力。觸感義肢收集病人的肌電信號，而義肢中的控制系統可將信號“翻譯”為多達10 種自由度極高的肢體動作。它通過植入肌肉的電極，截肢者可獲得直接的觸覺神經反饋，得到最真實的觸覺體驗。

6 結語

如今我們生活在一個數字化的時代中，周圍被各種具有觸控屏幕的設備包圍。為了提升設備的用戶體驗，全球的公司都在爭先恐后地開發新的技術。設計師在今后的產品設計對于觸覺反饋技術應保持開放的態度，兩者是互相成就的共贏關系，觸覺反饋技術的終端輸出必然離不開產品，而產品提升體驗感和交互性觸覺反饋技術也是必不可少的臺階，兩者相輔相成。觸覺反饋技術除了傳統的機器人領域外還將應用在虛擬現實、電影電視、游戲娛樂、工業設計、制圖繪畫、教育培訓以及工業觸控屏等場景中，其發展空間極為廣闊[3]。觸覺反饋技術應用到日常生活的產品中已成為一種必然的趨勢。將觸覺反饋技術如何更好地應用在幫助弱勢群體的產品設計中，仍是我們值得繼續深入研究的話題。