觸覺回饋技術的演進與發展應用
- DIGITIMES企劃
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觸控已成為各行動裝置的人機介面技術主流，除了觸控面板全面導入投射式電容、多點觸控技術之外，廠商也正以各種馬達驅動、電容、電場、超聲波的觸控回饋技術，使得用戶接觸螢幕上不同物件時，不再只是冰冷的面板觸感，而是更精準的從手指之間感受不同物體表面材質的光滑粗糙的程度，進而連接用戶的觸覺應用…
觸控技術從早期軍事與科學領域應用，到1980年轉向民間的商業應用，如ATM、POS到Kiosk等等。隨後導向PC產業以及PDA、手機、掌上遊戲機等消費性電子產品，以透過手指、手寫筆甚至觸控等輸入方式，來提升人機介面的操控體驗。
尤其以2007年蘋果iPhone智慧手機，以電容式多點觸控技術的觸控面板技術引領全球，隨後Google與微軟也陸續推出具備全螢幕觸控介面的作業平台，並與各手機廠商合作推出Android智慧手機。
多點觸控的應用從席捲手機、平板，再度朝向筆電、桌機或AIO一體成型電腦的領域，跟鍵盤、滑鼠並列為輸入UI三劍客。過去曾經有了提升遊戲與軟體互動體驗，所設計力回饋搖桿、滑鼠、控制器；在多點觸控時代，面板、觸控晶片與元件等相關業者，也積極針對既有的顯示面板上，除了過去的二維座標手指點選之外，還追加了一個互動軸度的觸覺回饋(Tactile/Haptic Feedback)技術，能依螢幕所顯示各種動植物、物體表面材質的不同，細膩反應於觸控手指讓使用者明顯感覺。
同時觸覺回饋的人機互動技術，在醫療需要安靜、或周遭吵雜環境下，藉由裝置回饋反應到操作用戶，可以獲得更直覺、更精準且不受干擾的互動，對於視障或盲胞來說，更是可以協助他們克服視覺上的阻礙，進而擁抱資訊網路科技。
觸覺回饋技術的種類
廠商運用不同技術原理創造觸覺體驗，目前導入行動裝置觸控面板的觸覺回饋技術，分為：1. 制動器(Actuator)—如透過線圈馬達、壓電開關或MEMS微機電開關所驅動、振動。2. 電場式(Electric Field)—藉由手指感受到電場電荷的排斥力。3. 電容式—藉由強鐵電容薄膜充電的磁吸斥力。4. 超音波(Ultrasonic/Acoustic)。這4種觸覺回饋技術因原理的不同，創造出來讓使用者的觸覺感受也會有所差異的。
制動器驅動中，又以馬達驅動？振動最為常見。遠從20多年前B.B.Call無線傳呼機時代，就在使用線圈馬達振動的回饋互動技術。成立於1993年的美商易美振(Immersion)，是為全球第一個發展觸覺介面技術與系統為主的公司，擁有1,200項觸覺回饋相關專利。其Touch Sense技術主要應用在Android-based 系統上，以搭配驗證過的第三方馬達或制動器元件，透過軟體觸覺回饋技術，驅動馬達？產生出不同程度的振動與回饋力道。
蘋果則是同樣也以挑選過的第三方馬達？制動器元件振動技術，開發自己的觸覺回饋技術－3D Force Touch並申請自己的專利。並於2015年3月搶先在12吋New MacBook與Apple Watch支援。
成立於2006年、率先開發電場式觸覺回饋技術的芬蘭商Senseg，開發出Feel screen觸覺回饋技術，並於2014年獲得荷商恩智浦(NXP)的投資。其原理為在防護玻璃與ITO像素層之間加一道負離子電場層，一般帶負離子的手指接觸該面板表面時，會很明顯的來感受到電荷排斥的回饋力道。
此技術優點在於省電、可針對畫面某個部份，藉由不同電荷密度，來達到不同材質粗糙度的效果；而此項技術也可應用於可撓式顯示面板(Flexible Panel)，可應用在各種擁有彎曲、弧度等多變造型的觸控面板上。隨後迪士尼研究(Disney Research)、台灣工研院(ITRI)也陸續開發出類似的電場式觸覺回饋技術。
被微軟購併的諾基亞(NOKIA)曾於2009年開發自己的電容式的觸覺回饋技術，主要用以導入智慧手機或平板電腦，並於該年申請專利，2011年在幾款行動裝置上展示其觸覺回饋應用。
Nokia開發的是可搭配可撓式面板的電容式的觸覺回饋技術，藉由在防護玻璃與ITO像素層之間，加一道透明、可撓曲的鐵電聚合物薄膜(ferroelectric polymer film)，等於做了一個薄型電磁鐵在觸控面板上，藉由通電時對電容薄膜層充電，電荷儲存衍生的電磁力來創造回饋力道；同時將智慧手機或平板電腦背部接地，降低產生觸覺回饋所需的驅動電壓，達到省電效益。
日商富士通(Fujitsu)則是在嵌入在觸控面板防護玻璃層(Cover Glass)底下的觸控聲波發射器，依據螢幕畫面的物體表面滑溜、粗糙、凹凸等觸感。產生不同頻率的超聲波，並藉由手指接觸到防護玻璃層所感受到的些微聲波振動，感受到螢幕表面的滑溜、粗糙或凹凸等觸感；同時結合了聲音回饋技術，像是觸摸到古箏的琴弦時，除了能從手指感覺出不同琴弦的粗細觸感之外，也會因碰觸到不同琴弦而彈奏出不同階的音色。
觸覺回饋技術的實際應用
觸覺回饋的人機互動技術，不僅可以強化、豐富使用者操作軟體、玩遊戲時的互動體驗；在醫療需要安靜、或周遭吵雜環境下，藉由裝置回饋反應到操作用戶，可以獲得更直覺、更精準且不受干擾的互動。同時對於視障者或盲胞來說，觸覺回饋更是唯一可以協助他們克服視覺上的阻礙，進而擁抱資訊網路科技的技術。
對馬達？制動器振動技術領導商Immersion來說，其馬達振動的觸覺回饋技術，已廣泛應用於Android系統的智慧手機、平板電腦與車載電腦。像三星(Samsung) Galaxy S5、Galaxy Note 4、LG的G3、華為(Huawei)Honor 6、小米(Xiaomi) Mi4、夏普(Sharp) Aquos Zeta、富士通(Fujitsu) Raku Raku、中興(ZTE) Nubia Z5等手機，以及凌志(Lexus) Remote Touch車用電腦等使用。也獲得日商京瓷(Kyocera)未來幾年的觸覺回饋技術授權。
Immersion於2015年4月推出 TouchSense Engage解決方案，該解決方案基於目前廣泛普及的行動裝置遊戲 SDK 和124種觸覺效果庫，僅增加系統1？3%功耗，即可為各種遊戲開發出像動作發出、能力提升、撞擊效果、彈弓運用、慶祝場景、氛圍渲染 以及進程提示，已成功應用於15,000多種遊戲。
TouchSense Engage SDK除了訂製開發之外，免費提供給遊戲╱Apps開發商下載使用，僅需註明遊戲或軟體使用Immersion的觸覺回饋效果，至今已經有超過SDK下載。
而電場觸覺感應部份，2010年Toshiba推出10.1 吋Thrive平板電腦，以及2012年由華碩(ASUS)代工的Google Nexus7平板電腦，在2014年某些特定開發版，也採用Senseg 觸覺回饋感測器與解決方案。Disney Research的電場式觸覺回饋技術於2012 年申請專利，並於2013 年公開展示。其最大特色在於：1. 運用摩擦力來創造觸覺回饋感；2. 具備兩指以上的多指觸控的觸覺感受，適合應用在各種需要兩個手指以上的觸控操作，像是繪圖或動作較多的遊戲等。
Fujitsu於2014年2月於西班牙巴塞隆納MWC中，展示出具有其開發的超音波觸覺回饋技術的平板電腦。工研院也在同一時期發表其電場觸覺回饋技術，並於2015年技轉給未上市的台灣微動材料科技。
建議業者要研發或導入觸覺回饋技術於旗下產品時，不單只考量技術開發，重要的是將互動內容，整合到觸覺回饋軟硬體介面設計；所以必須要從手機？平板作業平台、軟體或遊戲內容做整體考量，著重自己行動裝置是偏向外型(可撓式軟性面板)、主打省電的觸覺回饋、應用在多點觸控繪圖的觸覺，結合聲音回饋的觸覺回饋技術以及其他互動回饋技術，將觸覺回饋的應用給遊戲化，可以讓操作者整個感官與互動體驗更為豐富。
