触觉反馈技术在产品设计中的应用

刘安琪

（天津职业技术师范大学 天津市 300222）

1 触觉反馈技术

1.1 概念

触觉反馈技术能通过作用力、振动等一系列动作为使用者再现触感。这一力学刺激可被应用于计算机模拟中的虚拟场景或者虚拟对象的辅助创建和控制，以及加强对于机械和设备的远程操控[1]。

触觉反馈技术是通过硬件与软件相结合的触觉反馈机制，来模拟人的真实触觉体验[2]。由于人体感受机制复杂，对触觉反馈技术做清晰地分类并不容易，不过从感受输入的角度，大致可以分为对表皮，以及对肌肉中感受器刺激两类。对表皮的刺激就是我们通常所说的震动刺激，以及给予类似于材质感的刺激。对肌肉中感受器的刺激即利用电极对手臂上的肌肉施加电脉冲，电极会控制特定的肌肉，令手部肌肉产生反向拉力，从而产生一种力的反馈。

1.2 应用模式

偏心旋转质量也称振动电机，1960 年至今，仍在使用，此技术适应更小型的设备，有着成本低，但是设备存在不精准的特点，容易发出轰鸣声。凭借低成本优势，此设备仍在许多设备被应用，但是它们开始被效能更好的技术所取代。

压电触觉致动器是一种高效能的技术。基于某些材料的压电效应，此技术比振动电机具备更多优势。压电解决方案不需要转动偏心质量，而需要使用压电驱动器，透过压电驱动器的致动器材料发送高压电源，使其变形并产生触觉反馈。压电致动器的实时反应时间不到2 ms，压电触觉产生更清晰、更精确的反馈。

线性谐振致动器具备更高的加速度、更快的响应时间和更清晰的触觉反馈。它的另一个优势是功耗更低，更适合电池供电的移动设备但谐振频率范围非常窄，此设备目前用于许多设备中。

2 触觉反馈技术的发展前景和意义

如今，生活中可触碰的实物越来越少，产品正在逐步以数字化的虚拟形式呈现。随着产品数字化，实体带来的感官交互和触觉体验也正在慢慢消失。但是，真实的触感在设计中会有着很大的作用。

人体最大并且最易获取的一种感官即使触觉。通过触摸，人们可以感知物体的硬度、质感和纹理以了解对象的材质特性，感知物体的表面特征以获得认知或完成复杂精细的作业[3]。通过触摸人们也能实现感情的交互，触觉是表达感情的重要方式。

人类的触觉所获取的信息并不算多，只有视觉信息的1 %，触摸所承载的信息是极为有限的。不过触觉给人类带来的情感体验是不可或缺的，如果没有它的存在，我们在日常生活中与现实物体的互动过程将变得索然无味。科技产品也是如此，无论是 VR 体感游戏机还是日常使用的手机，都会通过振动带来的触觉反馈起到画龙点睛的作用。

我们在使用电子设备时常常会获得三种形式的反馈，分别是视觉反馈、听觉反馈和触觉反馈。触觉比视觉和听觉的传达更能迅速被用户感知，由于以人体为介质，触觉反馈会为对表皮以及对肌肉中感受器进行刺激，因此其要比视觉与听觉更加敏感和强烈。触觉反馈技术已经被超过30 亿台数字设备所使用，在游戏、汽车、影视、医疗和消费电子等领域应用广泛。在未来产品设计中的触觉反馈技术应用也会越来越多，它将成为提升用户的体验感和交互性的重要因素。现在这种趋势已现端倪，在数字平台和电子产品中已经应用较多，而在其他领域尚未发展成型，设计师要把握这种新趋势能极大提升产品的创造力。

3 触觉反馈技术在产品设计中的应用

3.1 在移动设备上的应用

现如今手机的一些App 也都使用了触觉反馈技术。如将这种特性应用到相应的产品设计中，很多产品的下拉刷新都从之前的文字提示都改为了振动提示，可以使用户更快速地获得反馈。当用户下拉的距离到达临界值并触发振动后，用户感受到振动后松手就刷新了，而不用再使用一些冗余的文案来提示用户，从而提升了用户的使用感。

法国触觉技术新创公司Hap2U 在2020 年国际消费电子展上面发表了号称全球首款支持触觉反馈的智能手机显示器Hap2phone，能让使用者在手机的触控屏幕上触摸并感知所显示的物体，提高用户与产品的互动性。Hap2U 是使用压电致动器在玻璃屏幕上产生超声波震动，并改变用户手指的摩擦力。使其所产生的震动与手指的位置同步，让用户能够感觉到在屏幕上出现了什么。透过施加不同的摩擦系数，就可以让使用者的触感产生明显的区别——例如是强烈还是轻柔的刻痕以及各种凹凸的纹理等。

3.2 在家用办公游戏电子产品上的应用

有很多的消费者都会沉浸在游戏机带来快感中，无论是射击类游戏的枪战声，还是竞技类游戏的打斗声，这些声音不仅会通过音频还会通过振动传达给消费者来提升他们在游戏中的体验感。然而像这种只存在于游戏机中的感官体验，现在已经被雷蛇带到电脑游戏中。在2019 年的国际消费电子展会上，雷蛇展示了 HyperSense 超感技术体验套装，将游戏体验延伸到屏幕之外，让玩家可以全方位地体验游戏中的触感。雷蛇这款超感技术将与各款搭载有高保真触觉反馈驱动单元的游戏设备同步，带来了更强的沉浸式游戏体验。在原本雷蛇炫酷的灯光之外又加入了以沉浸式体验为目的的一系列触觉反馈技术。将设备通过定位游戏输出的音频信号和特定的声音信号，实时地转换出丰富的动态触觉反馈技术。

而这项超感技术不同于以往的触觉反馈技术，并不需要安装第三方应用程序或进行预编程。因此，以其中一个搭载HyperSense 超感技术的雷蛇 Nari 影鲛终极版无线耳麦为例，不管在玩游戏、听音乐还是看电影，雷蛇 Nari 影鲛终极版无线耳麦都能在任意设备（游戏主机、智能手机、平板电脑等）上提供 HyperSense 超感触觉反馈。这些搭载 HyperSense 超感技术的外设并不是产生同一种单一的震动反馈，而是各司其职，以不同场景的震动构成丰富的震感，为体验者提供更多的沉浸体验效果。

雷蛇的 HyperSense 超感技术体验套装，不仅在游戏中带给使用者很强的体验感，在办公领域也能带给使用者不同的感受，触觉反馈技术的融入增强了产品与使用者之间的交互性。

3.3 在可穿戴设备上的应用

在澳大利亚的Wearable Experiments 是一家专门研究可穿戴技术的公司，他推出的一款智能瑜伽裤可以将振动应用到身体的各个部位。这款智能瑜伽裤可以根据人体不同的姿势和角度从而产生不同频率、强度的振动，来实时纠正练习者的瑜伽动作。练习者可以下载配套的App 来获得更多正确的姿势，并且有效正确的帮助使用者完成她们的训练目标，而不是盲目的跟随App 进行无效的练习。通过触觉反馈技术的融入使用者可以实时得知自己的动态信息是否正确，增加了使用者与产品之间的互动性，从而提升使用者的兴趣度。

4 触觉反馈技术的优势

4.1 触觉反馈技术可以增强人与产品互动性

从上述例子可知，触感可以更好地帮助消费者了解产品本身，因为触觉可以感知到滑移、力、变形及力矩等物理量的相对大小。利用力的感觉可以感知对象的质地，利用变形量可以了解对象的凹凸程度或者识别对象，而利用力矩则可以感觉对象的动态特性并进行运动预测。此外利用滑移感觉还可以很好地感知对象的表面光滑程度以及纹理特征[3]。触觉的这些特性极大程度上丰富了消费者的认知，通过人机的不断交互，增强了使用者的体验感。

触觉反馈技术充分利用了触觉的辨识能力和敏感度，增加了人机的交互次数并且降低了交互难度。然而这项技术不光在现实生活中有着至关重要的作用，在虚拟现实技术中也有着不可替代的作用，它可以将虚拟场景中的各类触感直接反馈给用户，用户通过视觉、听觉、触觉同时感知虚拟目标，极大地增强了其真实性和互动性。同时触觉传感器能够在探测现场即时采集和处理数据，并实时地与外界进行触觉数据交互[3]。

4.2 可以结合手势动作嵌入日常生活中

触觉反馈这项技术早已不是远离生活的黑科技，在各类电子产品和生活用品中都有体现。它能结合隔空手势技术为电子产品解锁更多功能，如华为智慧屏 X65 隔空手势操控，利用人像以及手势跟踪，对屏幕做出手势即可得到相应的反应，为各类电子产品增加了其趣味性和科技感，更是将前沿技术带入大众的日常生活中。再如使用智能手势技术在线上挑选衣服，而触觉反馈技术又能直接将衣服的触感反馈到用户手上，通过简单的手势和身体操作，可以直观地感受到不同产品带给消费者的触感，为消费者的日常生活提供了极大的便利。

4.3 极大地传达产品的情感，即时反馈

触觉反馈技术极大增强了用户的使用体验，同时根据产品自身的特点赋予了产品情感升华。例如在虚拟现实技术中，通过触觉反馈技术更是加深了用户和虚拟目标之间的交流，可以更加真实地感受到虚拟目标的场景质感等，将数字媒体产品转移到有形的体验上，增强了用户与产品的情感。并且触觉反馈技术的响应在极短的时间中间，它实时反馈的特性让这种情感变得更为真实，带给使用者最真实的体验感。

5 触觉反馈技术在产品设计中的适用原则

5.1 目标人群

触觉反馈技术在产品设计中扩大了使用者范围，不仅让普通人能够体验这些特性从中获得娱乐感，更要帮助弱势群体增强其感知力，从而提高他们的自信心。触觉反馈技术应用在产品设计中可以将目标人群确定为弱视、弱听、感知障碍等弱势群体，为他们设计出更适合他们的触觉反馈产品，可以有效地帮助这类人群提升感知能力，帮助他们适应当代快节奏生活，使他们拥有和常人一样的体验感受。触觉反馈技术还可以通过智能化的方式将技术符号和产品设计相结合，增加产品的趣味性和交互感。

5.2 具体到产品中应用

弱视人群，他们并非完全无法看清东西，大多症状会出现视力模糊、朦胧、高度的远视和近视、色盲等症状[4]。他们的视觉缺陷会在生活中给他们带来很多不便，对于很多弱视群体来说很多重要的信息来源是盲文，盲文的凹凸不平是他们获得信息的主要来源，通过简单的触摸就可以提取到他们想要信息。他们利用触觉来代替视觉了解生活中的一切。将触觉反馈技术应用在他们日常生活使用的产品中，通过触动能让弱视群体增加自己的感知能力，培养和增强他们的自助能力，让他们独自克服一些生活中的困难，从而提高他们的生活品质，例如可以将触觉反馈技术应用到鞋子中，利用触觉反馈技术增加弱视群体的方向感知，为他们指明正确的前进方向，减少他人的帮助。在触觉反馈技术应用到产品中时要系统全面考虑到他们生活中的细微之处，将人性化的设计理念融入产品设计中。

弱听群体主要靠手语和唇语来感知世界。根据统计世界上有十分之一的人有不同程度的弱听，虽然弱听本身不会造成生理上的痛苦，但是长期听不到无法进行良好的沟通，会打击弱听人群的自信心。随着现代的医疗条件和科技逐渐发达，现代医学已经将触觉反馈技术应用到助听器中。触觉反馈助听器可以通过不同的微触动帮助他们更好地与人沟通，还可以将手势动作和触觉反馈技术相结合，通过手势更好地对产品进行操作，间接性提升弱听群体的交互能力，可以极大地增强他们的自信心和对生活的喜爱度。

假肢是特地为截肢者、肢体不完全和缺损的肢体的残疾人设计和制作装配的人工假体，也称为义肢，是帮助截肢患者获得或部分获得健全人肢体功能的重要工具。20 世纪90年代以来假肢技术朝着更舒适更精密的高技术方向发展，未来还可以将触觉反馈技术应用于假肢的产品设计中，向佩戴者传送回感觉信息。触感义肢的感知反馈功能是其正常工作和实现自身安全的重要保障，包括位置、力、纹理、粗糙度、温度等环境信息及假肢自身信息感知能力。触感义肢收集病人的肌电信号，而义肢中的控制系统可将信号“翻译”为多达10 种自由度极高的肢体动作。它通过植入肌肉的电极，截肢者可获得直接的触觉神经反馈，得到最真实的触觉体验。

6 结语

如今我们生活在一个数字化的时代中，周围被各种具有触控屏幕的设备包围。为了提升设备的用户体验，全球的公司都在争先恐后地开发新的技术。设计师在今后的产品设计对于触觉反馈技术应保持开放的态度，两者是互相成就的共赢关系，触觉反馈技术的终端输出必然离不开产品，而产品提升体验感和交互性触觉反馈技术也是必不可少的台阶，两者相辅相成。触觉反馈技术除了传统的机器人领域外还将应用在虚拟现实、电影电视、游戏娱乐、工业设计、制图绘画、教育培训以及工业触控屏等场景中，其发展空间极为广阔[3]。触觉反馈技术应用到日常生活的产品中已成为一种必然的趋势。将触觉反馈技术如何更好地应用在帮助弱势群体的产品设计中，仍是我们值得继续深入研究的话题。