觸覺(jué)反饋技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉安琪

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津市 300222）

1 觸覺(jué)反饋技術(shù)

1.1 概念

觸覺(jué)反饋技術(shù)能通過(guò)作用力、振動(dòng)等一系列動(dòng)作為使用者再現(xiàn)觸感。這一力學(xué)刺激可被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)模擬中的虛擬場(chǎng)景或者虛擬對(duì)象的輔助創(chuàng)建和控制，以及加強(qiáng)對(duì)于機(jī)械和設(shè)備的遠(yuǎn)程操控[1]。

觸覺(jué)反饋技術(shù)是通過(guò)硬件與軟件相結(jié)合的觸覺(jué)反饋機(jī)制，來(lái)模擬人的真實(shí)觸覺(jué)體驗(yàn)[2]。由于人體感受機(jī)制復(fù)雜，對(duì)觸覺(jué)反饋技術(shù)做清晰地分類(lèi)并不容易，不過(guò)從感受輸入的角度，大致可以分為對(duì)表皮，以及對(duì)肌肉中感受器刺激兩類(lèi)。對(duì)表皮的刺激就是我們通常所說(shuō)的震動(dòng)刺激，以及給予類(lèi)似于材質(zhì)感的刺激。對(duì)肌肉中感受器的刺激即利用電極對(duì)手臂上的肌肉施加電脈沖，電極會(huì)控制特定的肌肉，令手部肌肉產(chǎn)生反向拉力，從而產(chǎn)生一種力的反饋。

1.2 應(yīng)用模式

偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量也稱(chēng)振動(dòng)電機(jī)，1960 年至今，仍在使用，此技術(shù)適應(yīng)更小型的設(shè)備，有著成本低，但是設(shè)備存在不精準(zhǔn)的特點(diǎn)，容易發(fā)出轟鳴聲。憑借低成本優(yōu)勢(shì)，此設(shè)備仍在許多設(shè)備被應(yīng)用，但是它們開(kāi)始被效能更好的技術(shù)所取代。

壓電觸覺(jué)致動(dòng)器是一種高效能的技術(shù)?；谀承┎牧系膲弘娦?yīng)，此技術(shù)比振動(dòng)電機(jī)具備更多優(yōu)勢(shì)。壓電解決方案不需要轉(zhuǎn)動(dòng)偏心質(zhì)量，而需要使用壓電驅(qū)動(dòng)器，透過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器的致動(dòng)器材料發(fā)送高壓電源，使其變形并產(chǎn)生觸覺(jué)反饋。壓電致動(dòng)器的實(shí)時(shí)反應(yīng)時(shí)間不到2 ms，壓電觸覺(jué)產(chǎn)生更清晰、更精確的反饋。

線性諧振致動(dòng)器具備更高的加速度、更快的響應(yīng)時(shí)間和更清晰的觸覺(jué)反饋。它的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是功耗更低，更適合電池供電的移動(dòng)設(shè)備但諧振頻率范圍非常窄，此設(shè)備目前用于許多設(shè)備中。

2 觸覺(jué)反饋技術(shù)的發(fā)展前景和意義

如今，生活中可觸碰的實(shí)物越來(lái)越少，產(chǎn)品正在逐步以數(shù)字化的虛擬形式呈現(xiàn)。隨著產(chǎn)品數(shù)字化，實(shí)體帶來(lái)的感官交互和觸覺(jué)體驗(yàn)也正在慢慢消失。但是，真實(shí)的觸感在設(shè)計(jì)中會(huì)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(jué)。通過(guò)觸摸，人們可以感知物體的硬度、質(zhì)感和紋理以了解對(duì)象的材質(zhì)特性，感知物體的表面特征以獲得認(rèn)知或完成復(fù)雜精細(xì)的作業(yè)[3]。通過(guò)觸摸人們也能實(shí)現(xiàn)感情的交互，觸覺(jué)是表達(dá)感情的重要方式。

人類(lèi)的觸覺(jué)所獲取的信息并不算多，只有視覺(jué)信息的1 %，觸摸所承載的信息是極為有限的。不過(guò)觸覺(jué)給人類(lèi)帶來(lái)的情感體驗(yàn)是不可或缺的，如果沒(méi)有它的存在，我們?cè)谌粘Ｉ钪信c現(xiàn)實(shí)物體的互動(dòng)過(guò)程將變得索然無(wú)味?？萍籍a(chǎn)品也是如此，無(wú)論是 VR 體感游戲機(jī)還是日常使用的手機(jī)，都會(huì)通過(guò)振動(dòng)帶來(lái)的觸覺(jué)反饋起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用。

我們?cè)谑褂秒娮釉O(shè)備時(shí)常常會(huì)獲得三種形式的反饋，分別是視覺(jué)反饋、聽(tīng)覺(jué)反饋和觸覺(jué)反饋。觸覺(jué)比視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的傳達(dá)更能迅速被用戶感知，由于以人體為介質(zhì)，觸覺(jué)反饋會(huì)為對(duì)表皮以及對(duì)肌肉中感受器進(jìn)行刺激，因此其要比視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)更加敏感和強(qiáng)烈。觸覺(jué)反饋技術(shù)已經(jīng)被超過(guò)30 億臺(tái)數(shù)字設(shè)備所使用，在游戲、汽車(chē)、影視、醫(yī)療和消費(fèi)電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在未來(lái)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越多，它將成為提升用戶的體驗(yàn)感和交互性的重要因素。現(xiàn)在這種趨勢(shì)已現(xiàn)端倪，在數(shù)字平臺(tái)和電子產(chǎn)品中已經(jīng)應(yīng)用較多，而在其他領(lǐng)域尚未發(fā)展成型，設(shè)計(jì)師要把握這種新趨勢(shì)能極大提升產(chǎn)品的創(chuàng)造力。

3 觸覺(jué)反饋技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用

現(xiàn)如今手機(jī)的一些App 也都使用了觸覺(jué)反饋技術(shù)。如將這種特性應(yīng)用到相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，很多產(chǎn)品的下拉刷新都從之前的文字提示都改為了振動(dòng)提示，可以使用戶更快速地獲得反饋。當(dāng)用戶下拉的距離到達(dá)臨界值并觸發(fā)振動(dòng)后，用戶感受到振動(dòng)后松手就刷新了，而不用再使用一些冗余的文案來(lái)提示用戶，從而提升了用戶的使用感。

法國(guó)觸覺(jué)技術(shù)新創(chuàng)公司Hap2U 在2020 年國(guó)際消費(fèi)電子展上面發(fā)表了號(hào)稱(chēng)全球首款支持觸覺(jué)反饋的智能手機(jī)顯示器Hap2phone，能讓使用者在手機(jī)的觸控屏幕上觸摸并感知所顯示的物體，提高用戶與產(chǎn)品的互動(dòng)性。Hap2U 是使用壓電致動(dòng)器在玻璃屏幕上產(chǎn)生超聲波震動(dòng)，并改變用戶手指的摩擦力。使其所產(chǎn)生的震動(dòng)與手指的位置同步，讓用戶能夠感覺(jué)到在屏幕上出現(xiàn)了什么。透過(guò)施加不同的摩擦系數(shù)，就可以讓使用者的觸感產(chǎn)生明顯的區(qū)別——例如是強(qiáng)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(chǎn)品上的應(yīng)用

有很多的消費(fèi)者都會(huì)沉浸在游戲機(jī)帶來(lái)快感中，無(wú)論是射擊類(lèi)游戲的槍?xiě)?zhàn)聲，還是競(jìng)技類(lèi)游戲的打斗聲，這些聲音不僅會(huì)通過(guò)音頻還會(huì)通過(guò)振動(dòng)傳達(dá)給消費(fèi)者來(lái)提升他們?cè)谟螒蛑械捏w驗(yàn)感。然而像這種只存在于游戲機(jī)中的感官體驗(yàn)，現(xiàn)在已經(jīng)被雷蛇帶到電腦游戲中。在2019 年的國(guó)際消費(fèi)電子展會(huì)上，雷蛇展示了 HyperSense 超感技術(shù)體驗(yàn)套裝，將游戲體驗(yàn)延伸到屏幕之外，讓玩家可以全方位地體驗(yàn)游戲中的觸感。雷蛇這款超感技術(shù)將與各款搭載有高保真觸覺(jué)反饋驅(qū)動(dòng)單元的游戲設(shè)備同步，帶來(lái)了更強(qiáng)的沉浸式游戲體驗(yàn)。在原本雷蛇炫酷的燈光之外又加入了以沉浸式體驗(yàn)為目的的一系列觸覺(jué)反饋技術(shù)。將設(shè)備通過(guò)定位游戲輸出的音頻信號(hào)和特定的聲音信號(hào)，實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換出豐富的動(dòng)態(tài)觸覺(jué)反饋技術(shù)。

而這項(xiàng)超感技術(shù)不同于以往的觸覺(jué)反饋技術(shù)，并不需要安裝第三方應(yīng)用程序或進(jìn)行預(yù)編程。因此，以其中一個(gè)搭載HyperSense 超感技術(shù)的雷蛇 Nari 影鮫終極版無(wú)線耳麥為例，不管在玩游戲、聽(tīng)音樂(lè)還是看電影，雷蛇 Nari 影鮫終極版無(wú)線耳麥都能在任意設(shè)備（游戲主機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦等）上提供 HyperSense 超感觸覺(jué)反饋。這些搭載 HyperSense 超感技術(shù)的外設(shè)并不是產(chǎn)生同一種單一的震動(dòng)反饋，而是各司其職，以不同場(chǎng)景的震動(dòng)構(gòu)成豐富的震感，為體驗(yàn)者提供更多的沉浸體驗(yàn)效果。

雷蛇的 HyperSense 超感技術(shù)體驗(yàn)套裝，不僅在游戲中帶給使用者很強(qiáng)的體驗(yàn)感，在辦公領(lǐng)域也能帶給使用者不同的感受，觸覺(jué)反饋技術(shù)的融入增強(qiáng)了產(chǎn)品與使用者之間的交互性。

3.3 在可穿戴設(shè)備上的應(yīng)用

在澳大利亞的Wearable Experiments 是一家專(zhuān)門(mén)研究可穿戴技術(shù)的公司，他推出的一款智能瑜伽褲可以將振動(dòng)應(yīng)用到身體的各個(gè)部位。這款智能瑜伽褲可以根據(jù)人體不同的姿勢(shì)和角度從而產(chǎn)生不同頻率、強(qiáng)度的振動(dòng)，來(lái)實(shí)時(shí)糾正練習(xí)者的瑜伽動(dòng)作。練習(xí)者可以下載配套的App 來(lái)獲得更多正確的姿勢(shì)，并且有效正確的幫助使用者完成她們的訓(xùn)練目標(biāo)，而不是盲目的跟隨App 進(jìn)行無(wú)效的練習(xí)。通過(guò)觸覺(jué)反饋技術(shù)的融入使用者可以實(shí)時(shí)得知自己的動(dòng)態(tài)信息是否正確，增加了使用者與產(chǎn)品之間的互動(dòng)性，從而提升使用者的興趣度。

4 觸覺(jué)反饋技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

4.1 觸覺(jué)反饋技術(shù)可以增強(qiáng)人與產(chǎn)品互動(dòng)性

從上述例子可知，觸感可以更好地幫助消費(fèi)者了解產(chǎn)品本身，因?yàn)橛|覺(jué)可以感知到滑移、力、變形及力矩等物理量的相對(duì)大小。利用力的感覺(jué)可以感知對(duì)象的質(zhì)地，利用變形量可以了解對(duì)象的凹凸程度或者識(shí)別對(duì)象，而利用力矩則可以感覺(jué)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)。此外利用滑移感覺(jué)還可以很好地感知對(duì)象的表面光滑程度以及紋理特征[3]。觸覺(jué)的這些特性極大程度上豐富了消費(fèi)者的認(rèn)知，通過(guò)人機(jī)的不斷交互，增強(qiáng)了使用者的體驗(yàn)感。

觸覺(jué)反饋技術(shù)充分利用了觸覺(jué)的辨識(shí)能力和敏感度，增加了人機(jī)的交互次數(shù)并且降低了交互難度。然而這項(xiàng)技術(shù)不光在現(xiàn)實(shí)生活中有著至關(guān)重要的作用，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中也有著不可替代的作用，它可以將虛擬場(chǎng)景中的各類(lèi)觸感直接反饋給用戶，用戶通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)同時(shí)感知虛擬目標(biāo)，極大地增強(qiáng)了其真實(shí)性和互動(dòng)性。同時(shí)觸覺(jué)傳感器能夠在探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)采集和處理數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地與外界進(jìn)行觸覺(jué)數(shù)據(jù)交互[3]。

4.2 可以結(jié)合手勢(shì)動(dòng)作嵌入日常生活中

觸覺(jué)反饋這項(xiàng)技術(shù)早已不是遠(yuǎn)離生活的黑科技，在各類(lèi)電子產(chǎn)品和生活用品中都有體現(xiàn)。它能結(jié)合隔空手勢(shì)技術(shù)為電子產(chǎn)品解鎖更多功能，如華為智慧屏 X65 隔空手勢(shì)操控，利用人像以及手勢(shì)跟蹤，對(duì)屏幕做出手勢(shì)即可得到相應(yīng)的反應(yīng)，為各類(lèi)電子產(chǎn)品增加了其趣味性和科技感，更是將前沿技術(shù)帶入大眾的日常生活中。再如使用智能手勢(shì)技術(shù)在線上挑選衣服，而觸覺(jué)反饋技術(shù)又能直接將衣服的觸感反饋到用戶手上，通過(guò)簡(jiǎn)單的手勢(shì)和身體操作，可以直觀地感受到不同產(chǎn)品帶給消費(fèi)者的觸感，為消費(fèi)者的日常生活提供了極大的便利。

4.3 極大地傳達(dá)產(chǎn)品的情感，即時(shí)反饋

觸覺(jué)反饋技術(shù)極大增強(qiáng)了用戶的使用體驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品自身的特點(diǎn)賦予了產(chǎn)品情感升華。例如在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，通過(guò)觸覺(jué)反饋技術(shù)更是加深了用戶和虛擬目標(biāo)之間的交流，可以更加真實(shí)地感受到虛擬目標(biāo)的場(chǎng)景質(zhì)感等，將數(shù)字媒體產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到有形的體驗(yàn)上，增強(qiáng)了用戶與產(chǎn)品的情感。并且觸覺(jué)反饋技術(shù)的響應(yīng)在極短的時(shí)間中間，它實(shí)時(shí)反饋的特性讓這種情感變得更為真實(shí)，帶給使用者最真實(shí)的體驗(yàn)感。

5 觸覺(jué)反饋技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的適用原則

5.1 目標(biāo)人群

觸覺(jué)反饋技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中擴(kuò)大了使用者范圍，不僅讓普通人能夠體驗(yàn)這些特性從中獲得娛樂(lè)感，更要幫助弱勢(shì)群體增強(qiáng)其感知力，從而提高他們的自信心。觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中可以將目標(biāo)人群確定為弱視、弱聽(tīng)、感知障礙等弱勢(shì)群體，為他們?cè)O(shè)計(jì)出更適合他們的觸覺(jué)反饋產(chǎn)品，可以有效地幫助這類(lèi)人群提升感知能力，幫助他們適應(yīng)當(dāng)代快節(jié)奏生活，使他們擁有和常人一樣的體驗(yàn)感受。觸覺(jué)反饋技術(shù)還可以通過(guò)智能化的方式將技術(shù)符號(hào)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合，增加產(chǎn)品的趣味性和交互感。

5.2 具體到產(chǎn)品中應(yīng)用

弱視人群，他們并非完全無(wú)法看清東西，大多癥狀會(huì)出現(xiàn)視力模糊、朦朧、高度的遠(yuǎn)視和近視、色盲等癥狀[4]。他們的視覺(jué)缺陷會(huì)在生活中給他們帶來(lái)很多不便，對(duì)于很多弱視群體來(lái)說(shuō)很多重要的信息來(lái)源是盲文，盲文的凹凸不平是他們獲得信息的主要來(lái)源，通過(guò)簡(jiǎn)單的觸摸就可以提取到他們想要信息。他們利用觸覺(jué)來(lái)代替視覺(jué)了解生活中的一切。將觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)用在他們?nèi)粘Ｉ钍褂玫漠a(chǎn)品中，通過(guò)觸動(dòng)能讓弱視群體增加自己的感知能力，培養(yǎng)和增強(qiáng)他們的自助能力，讓他們獨(dú)自克服一些生活中的困難，從而提高他們的生活品質(zhì)，例如可以將觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)用到鞋子中，利用觸覺(jué)反饋技術(shù)增加弱視群體的方向感知，為他們指明正確的前進(jìn)方向，減少他人的幫助。在觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品中時(shí)要系統(tǒng)全面考慮到他們生活中的細(xì)微之處，將人性化的設(shè)計(jì)理念融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

弱聽(tīng)群體主要靠手語(yǔ)和唇語(yǔ)來(lái)感知世界。根據(jù)統(tǒng)計(jì)世界上有十分之一的人有不同程度的弱聽(tīng)，雖然弱聽(tīng)本身不會(huì)造成生理上的痛苦，但是長(zhǎng)期聽(tīng)不到無(wú)法進(jìn)行良好的溝通，會(huì)打擊弱聽(tīng)人群的自信心。隨著現(xiàn)代的醫(yī)療條件和科技逐漸發(fā)達(dá)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)將觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)用到助聽(tīng)器中。觸覺(jué)反饋助聽(tīng)器可以通過(guò)不同的微觸動(dòng)幫助他們更好地與人溝通，還可以將手勢(shì)動(dòng)作和觸覺(jué)反饋技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)手勢(shì)更好地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行操作，間接性提升弱聽(tīng)群體的交互能力，可以極大地增強(qiáng)他們的自信心和對(duì)生活的喜愛(ài)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(shè)計(jì)和制作裝配的人工假體，也稱(chēng)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(jì)90年代以來(lái)假肢技術(shù)朝著更舒適更精密的高技術(shù)方向發(fā)展，未來(lái)還可以將觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)用于假肢的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，向佩戴者傳送回感覺(jué)信息。觸感義肢的感知反饋功能是其正常工作和實(shí)現(xiàn)自身安全的重要保障，包括位置、力、紋理、粗糙度、溫度等環(huán)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(hào)，而義肢中的控制系統(tǒng)可將信號(hào)“翻譯”為多達(dá)10 種自由度極高的肢體動(dòng)作。它通過(guò)植入肌肉的電極，截肢者可獲得直接的觸覺(jué)神經(jīng)反饋，得到最真實(shí)的觸覺(jué)體驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

如今我們生活在一個(gè)數(shù)字化的時(shí)代中，周?chē)桓鞣N具有觸控屏幕的設(shè)備包圍。為了提升設(shè)備的用戶體驗(yàn)，全球的公司都在爭(zhēng)先恐后地開(kāi)發(fā)新的技術(shù)。設(shè)計(jì)師在今后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)于觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)保持開(kāi)放的態(tài)度，兩者是互相成就的共贏關(guān)系，觸覺(jué)反饋技術(shù)的終端輸出必然離不開(kāi)產(chǎn)品，而產(chǎn)品提升體驗(yàn)感和交互性觸覺(jué)反饋技術(shù)也是必不可少的臺(tái)階，兩者相輔相成。觸覺(jué)反饋技術(shù)除了傳統(tǒng)的機(jī)器人領(lǐng)域外還將應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實(shí)、電影電視、游戲娛樂(lè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、制圖繪畫(huà)、教育培訓(xùn)以及工業(yè)觸控屏等場(chǎng)景中，其發(fā)展空間極為廣闊[3]。觸覺(jué)反饋技術(shù)應(yīng)用到日常生活的產(chǎn)品中已成為一種必然的趨勢(shì)。將觸覺(jué)反饋技術(shù)如何更好地應(yīng)用在幫助弱勢(shì)群體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，仍是我們值得繼續(xù)深入研究的話題。