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随着LED灯作为车灯应用的越来越普及，设计上的灵活性、可维护性等相应的需求也日益高涨，插座型LED灯也就应运而生了。……
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嵌入式有必要学习RTOS吗，RT-Thread是否更适合你？
通过观察近年来招聘网站的招聘信息，嵌入式工程师的要求中总会多出一条“掌握至少1-2种RTOS”，网友头上也经常“有许多问号”表示，到底有没有必要学RTOS？ ……
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疫情下，10倍增长的半导体物流成本，“中国芯”之路该怎么走？
“中国芯”之路上，半导体物流环节不容轻视，哪种物流才是国产半导体发展所需的？……
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iPhone 5规格：柔性OLED屏幕的智能触觉或能现于下一代苹果手机
你还记得YOUM吗？这是三星柔性OLED显示屏的正式名字。这一新显示屏功能并未在三星GalaxyS3上实现，但在众所期待的苹果iPhone5上或能看到智能触觉系统的曙光。 PatentlyApple了解到，苹果已经申请了一项多层次触觉系统的新专利。目前该技术主要适用于一批触摸功能的设备中，如机器人和视频游戏控制器。它也用于大多数的智能手机，但是一个快速振动。苹果似乎将其进行到下一个阶段，把柔性OLED显示屏技术与多层次的触觉系统结合起来。 “一个分层触觉系统的控制系统可确定压力，推力，位移的大小，或其它用户刺激的物理反馈。例如，分层触觉系统可以区分对屏幕表面相对较轻或较重的接触。在一些实例中，分层触觉系统可以根据刺激的物理反馈来执行特定的任务。”苹果在其专利申请中说到。 这项新技术可以打开未来的大门。iPhone5屏幕键盘上每个字母都可以弹出于屏幕表面。当用户打完字和退出键盘，屏幕将返回到正常的平面。 该专利表明另一个有趣的事，那就是在即将到来的iPhone上出现3D显示屏的可能性。据报导，这项新技术将实际允许iGadget屏幕扭曲，以给用户提供一个按钮，箭头，甚至是一副地质图弹出屏幕来达到3D的深度。 有关高端触觉技术的报导，早已不是苹果的新鲜事，因为它已是苹果提交的第三个这样的专利（第一次是2011年3月，第二次在2012年3月）。在推出新iPad之前，几个报导证实，苹果将把新的触摸技术集成于第三代iPad上。然而，苹果这次集中在多层触感系统上似乎是认真的。 您认为我们可以在iPhone5的3D键盘上打字吗？下面的评论框等待您的意见。
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Apple Pencil加入新功能
苹果 Apple Pencil 功能传大升级。 外媒报导，未来 Apple Pencil 可感测并传送织物布料图像，让消费者透过触觉反馈装置，在网站上就可感受衣物的质地。 国外科技网站 Patently Apple报导，苹果在触控笔 Apple Pencil 技术有新进展，透过内建新的零组件，Apple Pencil 可以感测、记录并且传送材料纹理表面的图像。 报导指出，新款 Apple Pencil 技术可以感测并储存布料或织物的图像，相关图像可放在业者的网站上，消费者可用触控笔点选这些图像，透过触觉反馈(haptic feedback)装置，消费者就可以感知图像物料或是织物的材质。 报导表示，相关技术可应用在零售服饰产业，消费者可透过网站使用触控笔点选图样，就可以透过触觉反馈装置、感受在网站上贩卖的服饰衣料的材质。 报导指出，藉由整合视觉和触觉的输入接口技术，用户可以在网站上体验织物布料的质地。 苹果积极提升 Apple Pencil 应用。 南韩财经媒体 The Investor 日前引述产业人士消息报导，苹果正考虑为 iPhone 量身打造数字笔，最快 2019 年推出。 外媒先前报导，苹果一项专利技术内容显示，iPhone 可搭配 Apple Pencil 以进行字处理、表格制作、传送邮件等作业。 Apple Pencil 未来也可支持 iPhone 的 iMovie 视讯剪辑软件，也可使用在 message 应用通讯软件。 苹果也持续布局先进触觉反馈技术。 国外科技网站 Appleinsider 报导，苹果开发电磁感应式反馈技术，未来可应用在虚拟键盘，也不排除应用在车载资通讯或是家庭自动化领域。 触觉回馈技术是透过触觉方式与装置互动，让用户感受到使用接口反馈的振动或是移动，让手指感知更多的讯息。 国外科技网站 MacRumors 先前指出，苹果在 2015 年起的 iPhone 系列，就具备触觉引擎(Taptic Engine)功能，在 Mac 笔记本电脑与部分 iOS 装置上也具备了相关触觉反馈功能。
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基于压电马达的触觉响应解决方案
随着触摸屏在手持式消费类设备中逐步替代机械按键，由于缺乏触觉响应，消费者开始提出对实时响应的需求。用户已经习惯了按键按下时表示成功操作按键输入的机械触感，如图1所示键盘。近来，由于缺乏好的触觉反馈设计，从而带动了电子触觉响应系统的需求。 图1. 基于软件的按下激活按键 使用压电驱动实现触觉反馈是一种比较有前途的方法，这种方式已经在少数消费类设备中应用了很多年。压电式触觉反馈具有很多优点，包括：快速响应、超薄外观、低功耗以及大量可以利用的压电材料和组装工艺。 压电特性和比较 压电材料有各种不同的形状、尺寸、厚度、电压范围、作用力和额定电容，可以加工成特定形状，以满足特殊应用及封装的需求，并可以提供单层和多层结构。多个压电体可以实现较强的触觉反馈和多种不同的触感。 工作在谐振点及其附近的压电驱动应用包括： ●振动激励和消除 ●微型泵 ●微型雕刻系统 ●超声钻孔/焊接/雕刻/解剖/计量 工作在谐振点以下的应用包括： ●触觉响应 ●图像稳定 ●自动对焦系统 ●纤维光学校准 ●结构变形 ●磨损补偿 压电工作原理 低于谐振频率时，压电体可以简单地用一个电容模拟。当直流电压加在压电体两端，构造和物理形状不同的压电体会产生不同的形变（图2）。 图2. 简化压电体模型 库仑定律指出Q＝CV，但在压电体中电容不是常数，这是因为电容极板间距会随着电压变化而变化。 当对压电体施加电压时，由于极板间距离发生变化（图3A），电容量也会随之改变。压电体位移正比于电场强度，而电场强度是极板间电压和距离的函数。外加电压和压电驱动器产生的作用力保持着合理的正比关系（图3C）。 在大多数压电驱动器移动范围内，压电体等效电容的电荷与位移量都保持近似正比关系。如果等效电容极板间没有漏电流，即使极板与电压源断开，仍能够保持位移量。 图3. 位移量和作用力与外加电压 作用力正比于压电体外加电压（图3）。作用力（相对于时间）是影响触觉响应的主要因素，它决定了用户的感觉，使用多层压电体可以改进位移量。 压电模型 压电体中运转的电机系统可以用主介质电容CP并联由LRC组成的串联网络来模拟（图4）。达到谐振频率之前，阻抗会像电容一样随频率上升而下降。所以，当压电体工作在远低于谐振频率时，可以仅用一个电容CP来模拟。 图4.压电体阻抗与频率 压电体可以工作在谐振频率，以满足自激振荡在固定频率的需求，例如超声振荡器。然而，用于触觉反馈的压电驱动器通常工作在远远低于谐振频率的位置。 对于音频应用，效率是最关心的问题，触觉反馈则与之不同，触觉反馈的关键问题不是效率，而是人的触感。超过几百兆赫兹的振动不但不能提供很好的触觉反馈，反而消耗不必要的功率。周期超过几毫秒的振动可以产生较强触感，但也会产生不希望听到的喀哒声。 图5展示了一个典型的触感波形图，波形模拟了对一个机械按键按压和释放的感觉。波形的上升沿，P0到P1，反映了按压的触觉响应；下降沿，P2到P3，反映了释放的触觉响应。从P1到P2的时间是用户按住机械按键的持续时间，由用户决定。 图5.一个典型触觉反馈的波形示例 当构建一个基于压电体的触觉反馈系统时，首先需要决定的是使用单层还是多层压电驱动器（图6）。表1总结了两种压电类型的对比。 表1.单层和多层压电驱动器的优势对比 图6. 左图为100VP-P单层压电片 （SLD） ；右上图为 120VP-P多层压电条（MLS）； 右下图为 30VP-P多层压电条（MLS） 方案选择 单层还是多层结构？ 表1提供的信息建议使用单层压电驱动器。单层片供货量大而且已经量产，投入生产的多层压电体则相对较少。另外，单层压电体成本低很多，这在使用多个压电体的方案中十分重要。例如，市场上的很多手机在屏幕后面都安装了多个单层压电片，这种情况下使用多层压电体成本就要高很多。 分立方案还是单芯片方案？ 基于压电体的触觉反馈方案的缺点之一是复杂度比较高，典型的压电体解决方案采用分立元件实现整个触觉反馈系统，额外的分立元件包括一个微控制器、反激boost或集成电荷泵、反激变压器或电感，以及各种电阻、电容、二极管和晶体管。而基于直流马达的触觉反馈方案需要很少甚至不需要外部元件。 单芯片触觉反馈方案，如 MAX11835相比于传统分立设计有很多优势：较小的印制电路板尺寸、较低功耗、精简的材料清单（BOM）以及简单的软件支持。考虑到压电体尺寸也很小， MAX11835对于手持设备是极具吸引力的解决方案。 图7 展示了单芯片高压触觉反馈驱动控制器的框图： 图7. 使用压电驱动器的触觉反馈方案框图 MAX11835 单芯片优化方案具有以下功能： ●支持单层和多层压电驱动器 ●用户可定义的片上波形存储功能（通过串口） ●片上波形发生器 ●内嵌DC-DC升压控制器 ●工作电压范围可满足典型的手机电池需求 ●小封装尺寸 ●低功耗 电源管理的重要性 压电体相对于直流马达驱动器来说功耗极低，尽管如此，仍有一些其它功耗因素需要考虑： ●每次触碰从主电源消耗的功率 ●每次触碰的波形类型 ●每秒触碰次数 ●高压升压电路消耗的功率 MAX11835触觉驱动控制器对各种压电驱动器和高压电容的功耗进行了测量。MAX11835可以回放boost转换器反馈环路中软件控制的存储波形，测试波形包括100Hz正弦波和20Hz斜坡。 图8、9A和9B 显示了 MAX11835 驱动 175V 100Hz 正弦波时的输出，同时也画出了变压器主线圈电流。 图8.输出电压波形和 MAX11835 boost电源的电流波形 图9A. 100Hz连续正弦波下，功耗随负载的变化曲线 图9B. 峰值boost电源电流随负载变化的曲线图， 测试条件：频率 = 100Hz的正弦波；boost电源电压 = 4.2V；boost电源去耦电容 = 10uF；使用6:1变压器。 按下按键是最普通的操作，图10所示波形需要40ms充电，10ms放电。缓慢充电在触碰屏幕的过程中不容易被察觉，而快速放电的感觉则如同释放一个机械按键。 图10. 按压按键的模拟波形 图11. 功耗与压电电压曲线图，用单层和多层压电体模拟按键的按压。当电压超过180V，MAX11835的原边钳位开启，功耗会急剧上升。 图11所示波形连续工作。功耗随着占空比的降低而线性下降。在机械负载（半阻塞作用力）和空载压电驱动器的压电体数据间没有显着的区别。 图12显示了MAX11835升压过程的效率，用负载消耗能量除以升压电源消耗能量（VBST）进行测量。 图12. 能量转换效率：负载消耗能量与VBST消耗能量。电压超过180V时，MAX11835的原边钳位开启，效率快速上升。 图12中，效率随着负载电容的增大而上升，因为只有boost电路消耗静态功率。 MAX11835 功耗与马达驱动器功耗对比 MAX11835的功耗相对于马达驱动器来说非常低，马达驱动器包括偏振旋转（ERM）型、线性振荡驱动器（LRA）型和音圈型。 基于马达的驱动器通常需要低电压（1.8V至3V），电流却相当大。此外，马达的通、断特性，尤其是ERM型，不具备理想的模拟触感所需的反馈信号。 表2和图13给出了驱动器的大量测量结果，测试了两种工作模式，连续工作和脉冲工作。实际情况通常不是连续工作方式，因为很多触碰操作非常短暂，即使仿真纹理表面的仿真。 表 2. 马达驱动器的功耗 图13. 表2对比的驱动器，相关数据如表2所示 图14显示了连续工作的功耗。图中压电体由幅度为180V、频率为100Hz的连续正弦波驱动。其它驱动器由3VDC或2VRMS （LRA 和音圈）驱动。 图14. 各种驱动器的连续工作下的功耗 图15显示了脉冲工作方式下的功耗，图中驱动器由50ms脉冲驱动，以此仿真按键按压操作。压电驱动器驱动幅度为180V ，其它驱动器驱动电压为3VDC或 2VRMS （LRA 和音圈）。 图15. 各种驱动器在脉冲工作方式下的功耗 结论 从以上讨论中可以得出很多结论。显然，基于多种考量，单层（非多层）压电驱动器是当前更具吸引力的设计方案： 成本最低 供货渠道众多 大规模量产 提供定制设计 可安装在LCD背面或侧面 数据显示，应该对触觉反馈电路消耗电源功率进行详细计算，波形幅度、类型和持续时间都会影响功耗的大小和触觉响应。 每秒钟触碰的次数也会影响功耗，需要考虑滚动或滑动操作，还是轻按或缓慢键入等，这些因素都会影响功耗。最后，把测量结果归一化为每秒钟进行的一次触碰操作，以便比较。
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高分辨率触觉体验：不一样的感觉！
尽管大多数智能手机和平板电脑用户都已经体验过触觉技术，但是触觉学这个术语本身却很少为消费者所了解。就其基本定义而言，“触觉学”是指触觉反馈科学。触觉技术最为基本的应用形式是，手机通过振动提示用户来电或者收件箱有一条新的短信。在这些情况下，手机利用触觉技术，引起用户的请注意。 约有三分之一的智能手机都使用了触觉反馈技术，其实现的功能已不仅仅只是振动提醒。一个常见例子是，当使用手机编写电子邮件或者发短信时，用户会感受到细微的振动反馈。成功按下某个按键后，手机就会振动确认一次。在使用触觉反馈的情况下，用户很少会出现的输入错误，并且操作体验也更满意。 利用触觉技术增强用户体验 越来越多的移动设备，例如：手机和平板电脑等，都在使用触摸功能。触摸界面是如此的简单和直观，以至于三岁小孩也会解锁智能手机，然后点击YouTube图标查看视频播放列表。但是，触摸屏存在一个严重的局限性：因为没有物理或者机械反馈，无法实现用户互动或者提醒。设计优秀的触觉反馈功能，可以极大增强触摸式移动设备的整体用户体验。 触觉技术的应用远不止用户提醒或者按键确认那么简单。标准的手势操作，例如：滑动解锁、手指缩放图片以及上下拖动翻页等，都可以拥有属于自己的触觉/感知特性。当用户将图片放至最大尺寸观看时，触觉反馈强度也会增加。快速滚动操作时，触觉反馈也会更快。如果这种情景敏感型反馈同声音反馈相结合，所得到的用户体验会令人高度满意，也更加直观。 另外，触觉反馈还带来了另一种乐趣。许多人都使用移动设备玩游戏。触觉反馈技术可以极大地改善游戏体验。例如，在第一人称射击游戏中，游戏主角可以真实地感受到武器射击带来的震撼。用户可以在赛车游戏中感觉到车载的碰撞和颠簸，在流行的“愤怒的小鸟”游戏中感受释放弹弓绳时的弹力，在演奏游戏中真实感受吉他琴弦或者钢琴键等等，诸如此类。游戏开发者的想象力将创造出无限的体验可能性! 惯性触觉传动器(ERM/LRA) 手机中的标准触觉反馈功能，通过一个被称作偏心旋转质量传动器 (ERM) 的小型马达来实现。该马达受到电压驱动开始旋转，用户便可感觉到振动。触觉反馈驱动器芯片以差动方式驱动马达，因此马达在正电压起作用时旋转，而在反极性即负电压起作用时停止。用于振动提醒时，这种方法十分有效。但是，当把ERM用于其他触觉反馈应用时，例如：游戏等，设备电池电量迅速下降。 ERM存在惯性，需要过驱动才能更快速地旋转。启动时间是指马达达到90%额定加速度所需的时间，其范围通常为50到100 ms。马达制动或者停止的时间范围类似。触发一个非常简单的触觉反馈事件(例如：点击)，耗时约100到200 ms。如果应用要求重复触觉反馈事件，则马达型触觉反馈的延迟便不那么理想。 ERM的另一个方面是旋转马达产生的嗡嗡声，即人耳可以听见的噪声。如果触觉反馈与声音反馈结合使用，可以部分缓解这个问题。但是，在安静的会议室里，如果有人在发短信，则所有人都能听到这种噪声。另外，ERM的触觉反馈效果会因用户操作而变得不明显。振动频率和振幅，与单控制电压有关。 另一种惯性传动器即线性共振传动器(LRA)，用于一些智能手机中，实现触觉反馈和振动提醒。相比ERM，LRA的机械结构不同。它包含一个安装在弹簧上的质量块，以线性运动方式振动。LRA必须在窄共振频率下受到驱动。另外，它的启动时间稍好于ERM。 根据不同的制造厂商，启动时间范围为40到60 ms(图1)，相比ERM的启动时间(50到100ms)要好一些。通过对共振载波振幅进行调制，可以产生各种不同的触觉反馈效果。 图 1 LRA 的典型启动时间为 40 到 60ms 高分辨率触觉反馈 高清 (HD) 电视比标清电视的分辨率更高，因此能够提供更加锐丽和清晰的画面。同样，相比惯性传动器的嗡嗡振动，高分辨率触觉反馈也可以让用户感受到更明显的振动效果。压电 (piezo) 或者陶瓷式触觉反馈传动器用于实现HD触觉反馈，提供与ERM/LRA不一样的美好体验。 压电式传动器 当在压电式传动器两端施加差动电压时，它会弯曲变形，从而产生振动。压电式传动器需要高压才能变形。根据不同的制造厂商，电压可以为50到150VPP。电压更高时，要求压电层数减少;因此，电压为150VPP时，压电式传动器约有4层，而电压为50VPP时，则可能有16到24层。更高电压时，由于层数减少，压电式传动器的电容更小。换句话说，驱动低电容触觉反馈传动器所需的电流更小。 压电传动器使用圆盘或者矩形条的形式，也被称作弯曲器。压电盘垂直变形，可用于Z轴振动。压电弯曲器可直接安装在一块“漂浮”式触摸屏上，以实现屏幕振动(图2a)。压电弯曲器还可以贴装到一个小型模块中，而该模块又可以安装到设备的外壳或者PCB上，从而实现整个设备振动(图2b)。压电模块之所以流行，是因为它的机械集成很简单。 图 2 压电式传动器的形状系数 是什么让压电式传动器拥有高分辨率? 四大因素让压电式传动器区别于惯性传动器： 1、 启动更快：由于其固有机械属性，压电式传动器的启动时间非常短—一般小于15ms，比ERM快3到4倍。相比ERM，总体触觉反馈事件持续时间缩短70ms。图3对此进行了详细的描述。 2、 带宽更高：压电式传动器的更高带宽(参见图4)，可提供更细腻的触觉反馈组合，实现更多的效果。 3、 噪声更低：与ERM不同，压电式传动器没有旋转质量产生的机械噪声。 4、 振动更强：压电式模块可产生更高的振动强度。图5显示了一个市售压电式模块的加速特性，而图6显示了一个市售LRA的加速特性。我们可以看到，相比LRA低于1.5 GPP的峰值到峰值加速度，压电式传动器产生了3 GPP的峰值到峰值加速度。这种更高的振动强度意味着，压电式模块是大屏幕智能手机和平板电脑的理想选择。 图 3 压电式模块的典型启动时间为~14 ms 图 4 压电式传动器(理想模块)的带宽更高 图 5 压电式模块的加速特性 图 6 LRA 的加速特性 压电式传动器的电流消耗 尽管压电式传动器所需电压高于标准惯性传动器，但是实际电流消耗却低于ERM，大小与LRA一样(参见表1)。 表 1 触觉反馈传动器的功耗 结论 相比惯性传动器，压电式传动器拥有较大的性能和成本优势。它具有更短的启动时间，帮助键盘应用程序实现强烈而轻快的点击确认。它的高带宽优点，可帮助实现用户更易感知的触觉效果，这一点对游戏应用至关重要。压电式传动器具有更强的振动，可以为一些大尺寸消费类设备(例如：平板电脑和电子阅读器等)带来触觉反馈功能。总之，压电式触觉反馈技术拥有许多引人注目的特性，可以增强触觉反馈体验，帮助提高移动设备的整体用户体验。
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基于混沌电路设计阵列触觉传感器的采集系统
摘要：基于混纯帐映射和开关电容（SC）技术设计A/D转换器。该转换器具有非线性放大、便于实现集成、成本低及工作可靠等优点。实验结果谫，用该A/D转换器设计的模拟式阵列触觉传感器信号采集系统是可行的。 关键词：阵列传感器 混沌电路 开关电容 A/D转换 信号采集 引言 随着机器人技术和复杂检测系统的出现，人们对触觉传感器提出了更高的要求。随着触觉阵列规模的扩大，希望A/D转换速度加快，而原先在小规模阵列触觉传感器系统中采用的共用A/D转换器的方法，已不能满足大规模阵列触觉传感器信号采集实时性的要求。因此，要想实现高速、高分辨率并且对小信号敏感的大规模阵列触觉传感器信号采集系统，关键部件就是A/D转换器。 本文利用混沌帐篷映射方法和开关电容（SC）技术，设计了一种新型A/D转换器。该A/D转换器的电路具有调理放大、误差补偿和A/D转换功能一体化的优点，并且电路简单、便于集成、功耗小；能以很高的性能价格比实现多路触觉传感器输出信号的并行采样和A/D转换。 1 阵列触觉传感器信号采集系统的组成 模拟式阵列触觉传感器信号采集系统的原理电路见图1。该系统由m×n阵列传感器、列读取电路、行扫描电路、n个ADC电路、时序控制电路和计算机等组成。在时序控制电路的控制下，行扫描电路对m行阵列触觉传感器发送周期性激励信号；而列读取电路则周期性地并行读入n列输出信号。读n个信号经n个A/D转换器，把模拟信号转换成格雷码序列直接送到计算机；计算机完成格雷码向二进制码的转换，接着在时序逻辑的控制下，读取下一行的n列信号并进行A/D转换。计算机在获得1帧m×n触觉传感器信号后，就可以进行信号处理了。图1中除A/D转换器需要特殊设计外，其余各电路都有现有的产品，没有特殊要求。 2 混沌开关电容A/D转换器的设计 2.1 混沌开关电容A/D转换的原理 利用开关电容技术进行误差补偿的基本原理是电荷的再分配。电容失配误差利用开关转换储存起来，结果由电容上电荷的再分配而得到补偿。混沌帐篷映射是一种离散非线性系统，其映射关系为： 这一映射可以看到由两步组成：先将区间[0,1]伸长2倍，然后再压缩成原区间[0,1]。如此反复迭代操作，最终导致相邻点的指数分离，从而进入混沌状态。这种映射对初始值（系统的输入信号）的放大与通常的线性放大方法不同：线性放大倍数为一常数，而且受工作范围限制；而处于混沌状态的帐篷映射系统，是在有界的区间内，迭代1次将信号放大2倍，反复有限次迭代后，可以将微弱信号放大到可观测的水平，而不会出现溢出再现象。显然，这是一种非线性放大。帐篷映射系统的输入值Vin对应于系统的初始状态x0。x0可以二进制小数表示： 为了得到离散帐篷映射的迭代输出与x0的关系，引入另一种非线性映射——离散贝努利移位是映射： 这一映射的作用是每迭代一次，就将二进制位t1、t2、t3、……向左依次移出一个二进制位，即 对于贝努利移位映射，令bn=sgn(x'n-0.5)，作为贝努利移位映射的第n次迭代输出，由于bn=tn,且bi(i=0,1,2,…)是一个二进制序列；对于帐篷映射，令gn=sgn(xn-0.5)，则gi是与bi对应的格雷码序列，即 根据上述和初始时刻x0=x'0=Vi，可得： 因此，通过将帐篷映射迭代输出的格雷码序列gi(i=0,1,2,…)，转换成贝努利移位映射的二进制序列bi(i=0,1,2，…)，可推算出初始值（输入信号的二进制数字量），即 式（7）中{Vin}表示输入信号的二进制数字量。gi(i=0,1,2,…)就是经过帐篷映射完成了对输入信号的非线性放大和A/D转换的格雷码形式的数字量。 2.2 混沌开关电容A/D转换电路的实现 利用并关电容技术进行电路设计，有其独特的优点：电路的性能与电容无关，只取决于电容之比，两个电容比值的误差小于1/1000，因此电路运算精度高；电路便于实现大规模集成，因而电容体积小、工作可靠、成本低，功耗小（一个开关电容A/D转换器功耗4mW）等。这些优点对模拟式阵列触觉传感器信号采集系统最有利，因此该系统需要大量的ADC。图2 混沌开关电容A/D转换电路 基于帐篷映射的开关电容A/D转换电路如图2所示。运放A1、A2及周围的电路完成帐篷映射，即完成对输入信号的非线性放大和A/D转换；C4、C5、A3及周围的电子模拟开关组成保持电路，输出信号V0为输入信号的格雷码形式的数字量。图3为电路时序控制逻辑。 图2电路，当启动信号为高电平时，电子模拟开关指向“1”端，输入信号Vi接通。延时t1时间后，D触发器产生一个脉冲信号，这时，若0≤Vi≤0.5，则电子模拟开关S1指向“2”端，C1、C3和A2及有关的电子模拟开关构成一个开关电容比例延时器，如图4所示。在（n-1）T时，Vi给C1充电，充电电荷为C1Vi（n-1），C3被短路，V02(n-1)=0;在nT时，C1中电荷转移到C3中，充电电荷为C3V02（n），由电荷守恒原理，其差分方程为： C1Vi(n-1)=C3[V02(n)-V02(n-1)]=C3V02(n) (8) 式（8）经过Z变换可得该电路Z域传递函数： H（Z）=V02(Z)/Vi(Z)=(C1/C3)Z -1 (9) 若取C3=0.5C1，则有： H（Z）=V02(Z)/Vi(Z)=(C1/C3)/Z -1=(C1/0.5C1)Z -1=2Z -1 (10) 可见，图4的电路具有起放大作用的比例延时功能，实现了对输入信号的翻倍，即实现了y=2x的运算；同时对C4充电，当下一个“o”脉冲为高电平时，C4中电荷转移到C5中，这时开关S0指向“2”端，把输出信号Vo反馈到输入端，给C1充电，实现迭代运算。经过n次迭代后，使Vi信号入大，直到可观测为止。 同理，当0.5≤Vi≤1时，Vi向C2充电，电子模拟开关S2指向“2”端，这时，C2、C3和A2构成另一个开关电容比例延时器，把式（9）中的C1换成C2，就是这个比例延时器的Z域传递函数。“e”脉冲为高电平时，C2中电荷Q=C2Vi转换到C3中，若取C3=0.5C2,就实现了y=2(1-x)的运算；当下一个“o”脉冲为高电平时，C4中电荷转移到C5中，这时开关S0指向“2”端，把输出信号Vo反馈到输入端，给C2充电，实现迭代运算。经过n次迭代后，使Vi信号放大到可观测为止。 这样，经过一个周期T，完成了对Vi一个样点的采集。如此周而复始地进行A/D转换工作。D触发器输出的信号就是格雷码序列： 将gk序列和初始条件b0=Q0代入式（6）中，就得到贝努利二进制序列bk（k=0,1,2,…）。当然，只要把ADC的输出信号Vo(格雷码序列)送入计算机，转换成二进制数字量的工作，可由计算机通过软件来实现。 3 实验结果 利用图4的信号系统对5×7应变式微型阵列传感器输出的信号进行非线性放大和A/D转换实验，实验结果见表1。表1中为第4行7个传感器输出信号进行A/D转换的结果。实验结果表明，基于帐篷映射的开关电容A/D转换器可有效地实现对小信号的放大和A/D转换。 4 结论 本文利用混沌电路对小信号敏感及它具有的非线性变换的独特性能，设计了混沌帐篷映射开关电容新型A/D转换器。这种A/D转换器适用于机器人模拟阵列触觉传感器输出信号的A/D转换。它集调理放大和A/D转换于一体，具有电路简单、易于集成及功耗小的特点。开关电容电路只有二相时钟，电路性能只取决于两个电容之比而与电容绝对值无关，因而电路运算精度高、成本低。利用该A/D转换器可实现多路触觉信号的并行采样和A/D转换，以满足大规模阵列传感器信号的实时采集要求。实验结果证明了本方法的有效性。表1 A/D转换实验结果 传感器 （4，1） （4，2） （4，3） （4，4） （4，5） （4，6） （4，7） 测量值/mV 0 80 67 188 246 170 25 计算值/mV 0.0 80.2 66.4 187.5 242.3 168.9 24.7 格雷码gog1…g6g7 00000000 00011111 00011001 00101000 00100001 00111110 00000101 二进码b0b1…b6b7 00000000 00010101 00010001 00110000 00111110 00101011 00000110
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传感器应用在触觉研究的尖端前沿图像系统设计
你曾经玩过一种当你偏离赛道时手柄发出震动警示的电视赛车游戏吗？如果玩过，你便已经对触觉界面有了感观的认识。触觉这个词来自希腊语haptikos, 意识是抓住或感知。通过触觉机器人，用户可以感觉到遥远的或虚拟的环境。触觉界面给用户真实的触觉反馈，让用户可以感受到那些并非直接接触的事物。例如，触觉界面让你能够感觉到模拟飞行方向盘的阻力，而触觉反馈能让飞行员知道该使多大的力气。 触觉研究其中一个尖端前沿区域叫做“被动触觉”一般的触觉界面都是主动感知，意思是系统使用电机和风力等动力设备增加用户感知到的系统作用力。主动触觉系统的风险在于，动力设备可能会增加过多的作用力，而伤害到用户。被动触觉界面设计有安全选项，使用被动动力设备例如采用磁流变刹车将系统作用力消除，而不是给系统添加作用力。被动触觉界面不仅仅只是安全，也更加节能。 美国佐治亚州技术研究院智能机器动力实验室（IMDL）的研究人员正在研究被动触觉系统的用途。Wayne Book博士和研究生Benjamin Black正在进行的研究，是观察在额外的安全保障下，被动触觉系统是否在远程设备操作上和主动触觉系统有相同的功效。被动触觉系统的一个主要局限性在于，设备无法被固定在某个地方。而且与主动触觉系统相反，被动动力设备必须指引操作者到期望的地点。Book博士和Black正在尝试开发先进的被动动力设备控制方案来克服这个困难。 使用图形系统设计方法 通过图形系统设计方法，系统设计被分为了几个步骤。图形系统设计引入了图形开发软件工具和现成的硬件加快内嵌控制设备的设计、塑型和配置进度。研究者采用美国国家仪器公司LabVIEW图形软件开发平台，来设计和模拟触觉控制系统和远程操作通讯。将设计的产品配置到实时PXI控制及数据采集系统，来对方案进行测试。测试这种方法的优势在于，Book博士和Black可以避免在配置产品的时候花费精力进行低端内嵌软件开发和个性化硬件设计，而全身心投入到反复试验和设计当中。 研究者可以迅速地将他们的主从控制器运算法则输入LabVIEW,然后采用高级程序界面装载动力设备和传感器。通过采用实际硬件装载运算法则，他们能够用真实的数据检验理论的正确性。图1显示了研究员操作从控制器位置的图形源码。另外，软件工具提供了高级采集界面，比如timed-loop循环功能。timed-loop循环是一种LabVIEW程序结构，可采集优先权和多线程细节数据。通过这些不同类型的采集方法，工程师和科学家们可以很容易的在他们的软件上应用多线程功能。这给研究员提供了更多时间来完善设计的产品，而不用花时间在低端代码开发上。 硬件设计配置 研究员给PXI模硬件系统配置软件运算法则。这些系统包括确定性的、实时控制器和可接触试验触觉设备传感器的合适的I/O模块。采用LabVIEW实时模块，研究员可以将他们的运算法则配置到PXI控制器上供无头headless操作使用。他们采用即插即用运动控制模块来处理线性从电机，并采用多功能数据采集设备来处理定点传感器。 这项研究的测试仪器采用了二自由度（DOF）操纵器作为主设备控制作为从设备的一自由度（DOF）线性电机。主从设备之间没有物理连接；取而代之的是，PIX实时控制系统与主设备连接，另外一系统与从设备连接，如图2所示。PIX系统1采用了NI LabVIEW上的确定性应用程序，可在伽马力传感器和主操纵器上的光学编码器上读出来。研究员采用该数据来确定主设备位置，并将位置传送给PXI系统2。 PXI系统2采用主设备位置作为定点向LabVIEW设计的4KHz PD（比例微分）控制器输出信号运行线性电机同时在光学编码器上读出位置数据。从设备受物理结构约束运动受阻。从设备位置通过UDP到PXI系统1被传回主设备，将数据加载到决定触觉作用力的控制运算法则中，该触觉作用力应被作用在用户身上，让他们感知物理约束力的存在。该作用力是由磁流变制动器所推动的。系统的目的是让从设备位置追踪主设备位置。 Book博士和Black现在正在通过使用基于LabVIEW的动力系统进行模拟试验和深入研究。使用系统识别技术，研究员可以利用在仿真和反馈试验中采集的实际数据，建立主设备和从设备之间动力数字模拟结构。他们采用结果不等式结合LabVIEW仿真模块，算出了模拟不同控制法则之间反馈的实时公式。这个模拟过程帮助他们在实际应用到触觉设备生产之前，能更快重复性地验证法则。 总结 这个研究的故事再次表明了现在的科技优势如何为未来科技铺路。采用图像系统设计方法，Book博士和Black利用了内嵌开发民主化的优势，实现了突破性的研究。
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实现更丰富、逼真的触觉体验：解读TI最新触觉驱动器
眼耳鼻舌身，色声香味触，这是我们人体感知外界信息的基本途径。电子工程师也是通过这些途径来实现设备与用户的交互。然而在大多数情况下，电子产品主要专注于视觉与听觉，却把其他三种方式基本忽略掉了。 如今，平板电脑与智能手机大行其道。它们的人机交互界面是触摸屏。虽然名之曰触摸屏，但大部分情况下触摸的目的是向设备发出信息指令，而设备仍然主要通过视觉与听觉给我们反馈信息，很少通过我们的指尖来反馈给我们触觉信息。 当然，这种情况正在改变。Immersion 公司就是将产品的触摸式反馈视为最重要的用户体验，开发、授权和推广所谓haptics(触摸反馈)技术。“Haptics”源于希腊文，是关于触觉的学问。触觉通过执行器产生振动来实现。执行器与Immersion 公司的软件协同来产生各种触觉信号，给人以触动物理界面那样真实的体验。目前Immersion的解决方案广泛用于游戏设备制造、汽车制造、医药、消费电子等行业。在美国和其他国家拥有超过1200项专利。 软件一定要通过硬件来实现。Immersion公司的合作伙伴德州仪器(TI)日前推出触觉驱动器DRV2605，据称可提供无与伦比的性能，大幅提升用户的触觉体验。TI中国区市场开发高性能模拟产品业务拓展经理信本伟为我们讲解了这款产品的特性与优势。 触觉反馈的发生如下图所示。当用户发出触摸动作时，触摸按钮通过MCU传感、触发一个事件，然后触摸驱动器DRV2605 从Immersion 的123 种波形库中播放一种效果，最后通过执行器以特定方向或方式运动来产生振动。 目前市场上应用的执行器主要有两种：偏心转子马达(ERM，下图左)和线性谐振执行器(LRA，下图右)。ERM 执行器在被施加正电压时电机旋转，在被施加负电压时电机制动，可全向运动提供良好振动警示。LRA 执行器的结构是弹簧加磁铁，以线性运动方式振动，起动时间略优于ERM 执行器，提高足以跟上每秒键入多个字母的速度。另外，LRA 在噪声方面更加优异，所以虽然成本较高却越来越流行。另外，还有压电式执行器，其启动时间要快很多，但是由于成本等方面的原因尚未得到广泛应用。 信本伟介绍说，TI的DRV2605 提供无与伦比的性能。DRV2605 的“免专利费IP”可降低系统复杂性。它带有123 种预加载、免专利费的Immersion触觉效果库，可提供各种独特且差异化的触感效果。它具有音频转触觉模式，可自动将音乐、电影或游戏音频转换为用户可感觉的触觉效果，实现全面体验。它具有智能环路架构，自动过驱动及制动技术可简化软件编程缩短50%起动和制动时间，LRA 的自动谐振跟踪可在不及同类竞争解决方案50% 的功耗下，提供两倍的振动力。特别值得一提的是它的自动执行器诊断+ 电平跟踪功能，它不仅可在各种环境条件下实现一致的加速，而且可以挑出有故障的执行器、诊断虚焊等错误，简化生产过程。DRV2605 具有1.5 毫米x 1.5 毫米的最小封装尺寸，适合便携式应用。 执行器的启动与制动时间是能否给以用户及时反馈的关键因素。关于这方面的知识请参阅如何改善 ERM 及 LRA 执行器的起动与停止性能。 TI现在提供DRV2605 评估套件帮助客户快速启动开发。评估套件包括微型USB 线缆和演示模式固件。
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iPhone 5规格：柔性OLED屏幕的智能触觉或能现于下一代苹果手机
你还记得YOUM吗？这是三星柔性OLED显示屏的正式名字。这一新显示屏功能并未在三星GalaxyS3上实现，但在众所期待的苹果iPhone5上或能看到智能触觉系统的曙光。 PatentlyApple了解到，苹果已经申请了一项多层次触觉系统的新专利。目前该技术主要适用于一批触摸功能的设备中，如机器人和视频游戏控制器。它也用于大多数的智能手机，但是一个快速振动。苹果似乎将其进行到下一个阶段，把柔性OLED显示屏技术与多层次的触觉系统结合起来。 “一个分层触觉系统的控制系统可确定压力，推力，位移的大小，或其它用户刺激的物理反馈。例如，分层触觉系统可以区分对屏幕表面相对较轻或较重的接触。在一些实例中，分层触觉系统可以根据刺激的物理反馈来执行特定的任务。”苹果在其专利申请中说到。 这项新技术可以打开未来的大门。iPhone5屏幕键盘上每个字母都可以弹出于屏幕表面。当用户打完字和退出键盘，屏幕将返回到正常的平面。 该专利表明另一个有趣的事，那就是在即将到来的iPhone上出现3D显示屏的可能性。据报导，这项新技术将实际允许iGadget屏幕扭曲，以给用户提供一个按钮，箭头，甚至是一副地质图弹出屏幕来达到3D的深度。 有关高端触觉技术的报导，早已不是苹果的新鲜事，因为它已是苹果提交的第三个这样的专利（第一次是2011年3月，第二次在2012年3月）。在推出新iPad之前，几个报导证实，苹果将把新的触摸技术集成于第三代iPad上。然而，苹果这次集中在多层触感系统上似乎是认真的。 您认为我们可以在iPhone5的3D键盘上打字吗？下面的评论框等待您的意见。
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美利用QCT制成电子皮肤 可使机器人产生触觉
美国麻省理工学院的研究人员日前称，他们成功研制出一种能使机器人产生触觉的“电子皮肤”。依靠这种“电子皮肤”，机器人不仅能感知到物体的地点和方位，还能获得物体的硬度等信息。据介绍，该系统结构简单，可被加工成各种形状，能像衣服一样附着在设备表面。其技术关键点在于一种被称为QCT的量子隧道复合材料。这种材料能对微小的压力和触感进行测量并通过电阻值的变化反馈给电路，这就如同通过调光开关控制灯泡的亮度一样。与以往类似的材料相比，QCT材料不但能感知物体的硬度还能监测到物体的硬度等级。此外，借助XY扫描技术，使用QCT技术的机器人还能获得不同区域（如前臂、肩部和躯干）的综合知觉信息。QCT是一种金属活性聚合材料，由金属或非金属碎料压制而成。这种材料可将不同程度的压力感应“翻译”成大小不一的电流反应，通过其中大量的传感器能让机器人产生软硬、薄厚等“触觉”。由于QCT自身所具备的这种独特性能，它可被制作成各种形状和大小的压敏开关。通过丝网印刷后的QCT材料的厚度可薄至75微米。QCT的运行功耗极低，整个系统无移动部件，可直接与物体接触而无需任何空气层。这使得其十分可靠，可被一体化集成到超薄电子设备中，同时还具备极长的运行寿命。随着技术的发展，机器人在人们日常生活中的应用将日益增多，因此如何使机器人理解触觉并在一个有限的空间内与人类和其他物品互动将变得十分重要。这项研究成果有望很快应用到麻省理工学院的机器人项目之上。QCT技术已先期在美国宇航局的Robonaut机器人项目上获得了应用，其先进的传感技术和机械臂在世界均属领先。研究人员下一步的目标是让机器人具有与人类更为接近的触觉并增强其与人类的互动能力。
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中美联合研制出新型触觉晶体管 让机器具备人类触觉
虽然现在越来越的国家已经研发出可执行复杂任的机器人，但是来自美国和中国的科研人员并不愿意就此止步。近日，他们一起合作研发出了一种全新的3D电流阵，即机器人将具备人类手指尖那样的灵敏触感度。乔治亚理工学院表示，这种技术将被广泛运用到人工/假肢皮肤、智能生物医学治疗以及智能机器人等领域中。 据介绍，该种技术主要是通过“压电效应”而实现的。科研人员将由氧化锌制成的纳米线穿到一种被称为"taxels"的触觉晶体管中。之后，他们将这些taxels连接在一起，然后产生电流阵。由于每个taxel都能产生独立的可读且可控的电流信号，所以该晶体阵就能产生特别灵敏的触感度。 乔治亚理工学院的钟林旺教授指出，所有机器人的胳膊或者手指的机械运动都能被翻译成可控信号，这将帮助他们打造出更加接近人类皮肤、更智能化的人造皮肤。
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带触觉反馈的控制杆亮相 让机器人更“感性”
根据国外媒体报道，欧洲太空总署最近决定将一种全新的机器人控制系统通过下一次飞行航班运往国际空间站。这是一种机器人操纵摇杆，可以远程控制机器人在太空中行走或移动，并且还具备触觉反馈系统。通常来说，通过触觉式摇杆来操纵机器人其实并不是一件很难的事情，但是如果在太空中零重力的环境下，这一切似乎就没那么容易了。为了弥补零重力带来的影响，这种全新的摇杆可以被安装到空间站里，或者直接绑在宇航员的身上。这种控制系统内置的触觉反馈系统是非常重要的，它可以非常准确的完成复杂的机器人控制过程。因此宇航员们即使是在零重力的环境下，依然可以准确的通过触觉系统来控制机器人执行任务。之前，这台系统的实验模型可以承受击打或更大强度的碰撞，并且仍然可以提供详细的触觉反馈结果。“这种特殊的控制系统也许在普通环境下让大多数人感到不够敏感，但是在零重力环境下，宇航员仍然可以很好的控制，并且能够正常工作并做出正确的反应。”欧洲太空总署遥控机器人和触觉技术实验室负责人Andre Schiele表示。之前美国航空航天局曾经在地球对国际空间站中的机器人进行远程控制，但欧洲太空总署的这一新发明可以让航天员直接在太空中操作，不仅减少了信号传输距离，让反应更灵敏，并且还能增加航天员工作中的乐趣。毕竟有时他们在太空中也经常感到无聊。
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苹果获得自适应触觉设备及自动曝光的专利
美国专利商标局今天公布了苹果获得的一项专利，新专利与电子系统中的触觉设备 (Haptic Device) 相关。这是一种具有自适应功能的触觉设备。而苹果的这项专利主要描述的就是让电子设备自动适应一个或多个用户提醒的方法和装置。苹果在专利文件中提到了 iPhone 提醒、游戏触觉、两种不同的用户体验情况(教室和会议)，以及在手提包中 iOS 的提醒等。苹果今天获得的另外一项专利与相机的自动曝光功能相关，这项功能主要是以场景为基础，根据不同的场景进行自适应调整。根据苹果在专利文件中的描述，为完善的自动曝光算法设计的系统、方法以及电脑等可读媒介，将一张图像分类到某个特定的“场景类型”中，在根据生成的计量加权矩阵来确定场景类型，计量场景。如果将这种技术使用到视频应用中，它将有利于减少计量参数值中的振幅，限制任何可能会出现在相机预览屏上的振动效果。苹果在 2010 年第二季度申请了该专利，专利发明人包括 Ralph Brunner 和 Frank Doepke。
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全新触觉显示屏：通过皮肤发送信息
触觉显示屏有没有听过?现在MIT那边正在研发一个可穿戴的数组，一组带有GPS功能的震动电机，可通过一种触觉莫尔斯代码提供简单的导航或者反馈详细的数据。也就是说以后可以不睁开眼睛(通过非视觉的显示技术)来检查你的电子邮件、 图像信息。通常眼睛和皮肤感知数据的方式非常不一样，但受体的数量基本上是一样的，视觉和皮肤近距离基本上有两平方米的感受区域。基本上所有的皮肤都能够检测触觉交互，但并不是每一寸皮肤的敏感度都是一样的，就像屏幕分辨率处理视觉数据那样的，振动电机释放的数组越大、触觉数据流的感觉越详细。那用户如何识别这种出模输入呢?MIT的Jones现在设计建立了一对穿戴式设备，第一个组件包含了8个加速计，扎成了一个煎饼形状的振动电机，可以测量这个振动在皮肤上能传播多透。第二个组件由一个3*3数组的振动电机组成，可以让用户辨别这个振动来自哪里， 接下来要解决的事就是通过两个组件传递的是什么信息了，这个结合智能手机和已有的穿戴式设备应该不难。另一个障碍是克服身体各个部分的阻尼效应，所以这就要求身体每个地方的振动强度不同， 通常松弛的皮肤部分抑制因素更大。如果这个研究成果最终商业化，很可能会带来一种全新的采集数据的方式，就像盲人“阅读”盲文刻字一样，穿戴式的网格小振动机可以做简单的左右导航、通知你最新信息。如果有额外的环境数据的话，在特定场合，比如这个技术可以帮助救援人员在起火的建筑物内找到最有效的方式，或者没法看屏幕的时候，借助身上穿的“显示屏”直接来传递信息!
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触摸面板的触觉反馈新提案接连不断
针对触摸面板用途，与原来截然不同的触觉反馈技术提案增多。采用新方式，或者与其他功能组合的技术已经面世。东芝信息系统以利用微弱的电场变化实现多种触觉的技术为基础，试制出了相应产品。此前的触觉反馈技术，一般都是利用通过小型马达和压电元件等发生的振动实现的，利用电场变化的方法很少见。利用电场变化的方法的优点除了可以表现多种触觉外，还包括由于无需机械部件，因此没有振动音，不易损坏等。不用选择可提示触觉的场所也是其一个特点。在电子产品的侧面、背面以及曲面上等原有技术难以实现的场所也可采用。另外，还可自由控制提供触感的区域。例如，仅当用户触摸画面上显示的按钮时，提供反馈触觉等。为了宣传可提供的触觉种类之多，东芝信息系统在“第13届嵌入系统开发技术展(ESEC)”上公开了“iPodtouch”以及采用触摸板的试制品(图1)。利用iPodtouch提供了横向滑动手指触摸按钮时，可让用户感觉到按钮所在部分的不同触感。而触摸板方面，在个人电脑画面上显示了“刷子表面”,“粗糙表面”以及“凸凹不平材料”等，当光标放在不同的图像上面时，指尖可获得相应的触感(图1(b)。关键在于薄膜材料开发出这种利用电场变化技术的是芬兰的风险公司Senseg Oy注1)。该公司提供控制专用薄膜和电场变化的模块，控制用软件以及多种触觉数据库(图2)。注1) Senseg公司约有20名员工。除了芬兰赫尔辛基外，还在美国硅谷和东京设有办公室。预定2010年内，在台湾和韩国设置办公室。东芝信息系统采用配备了基于电场变化的触觉反馈技术的iPodtouch,触碰画面上显示的按钮区域，可以感觉到凸起(a)。在ESEC上还公开了触摸板的试制品(b)。将指针与画面内的纹理图像合并，会感受到与其质感相应的触觉。采用Senseg的触觉反馈技术，通过改变电场强度，或改变其变动周期，可以向用户提供触碰的触感。通过追加触摸面板与外壳间配置的专用支持薄膜与控制电场变化的模块进行表现。尽管没有公开要素技术的详情，但通过改变电场强度及变动周期等，“可以实现多种触感”(SensegOy)。与控制方法同样重要的还有薄膜材料的筛选。薄膜的厚度为“μm级”(该公司)，光透射率达到90%以上。SensegOy表示，可使用的薄膜尺寸基本上“没有限制”.除了性能方面的特征外，SensegOy还强调了追加成本低的特点。“虽然还取决于数量，但一张支持薄膜能够以10~20日元左右的价格提供”(东芝展区的解说员)。除了东芝信息系统外，Senseg Oy还计划面向其他厂商提供。SensegOy方面自信地表示，“预计2011年上半年配备于笔记本电脑和平板终端产品等的触摸面板及触摸板。2011年下半年配备于手机”.通过压力检测实现新UI索尼计算机科学研究所(Sony Computer ScienceLaboratories,索尼CSL)还在触觉反馈技术中组合了新功能。该公司追加了检测触碰触摸面板时的力度大小的功能。这样一来，即可实现新的用户界面(UI)设计。索尼CSL在2010年5月举行的“OpenHouse”上展示了模仿手机的试制品，公开了利用压力检测的GUI演示。通过改变触碰触摸面板的力度，可改变画面上图标的切换速度(图3)。越用力触碰，越能高速切换图标。索尼CSL的触摸面板试制品还具有检测操作时的压力的功能。用户触碰触摸面板的力度越大，画面上显示的图标的上下切换速度越快。为了实现令人愉快的触觉反馈功能，采用了利用压电元件的致动器。压力检测采用了电阻值会随触碰力度大小变化的“Force SensingResistor(FSR)”.此次，该公司以配备于手机为目标，积极致力于致动器的低电压化和小型化。采用具有16层多层构造的压电元件，将驱动电压降至±9V.“如果提高电压，估计利用手机的充电电池即可驱动”(解说员)。另外，将在小型底板上构成的致动器尺寸缩小至30mm×3mm×0.8mm.试制品在显示部边框(遮光板)部分的下部安装了6个FSR和两个压电致动器。具体是FSR在上部、下部和中央部分三个位置，左右各配置了一个。致动器在中央部分左右各配备了一个。索尼CSL没有提及任何有关实用化时间的消息，不过很有可能配备于日瑞合资公司索尼爱立信移动通信(Sony EricssonMobile Communications AB)的产品。演示中使用的小型影像显示产品刻有“SonyEricsson”字样，解说面板上记载了表示与该公司拥有合作关系的内容。
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触觉反馈技术的排头兵
一种利用触觉反馈技术制造的AcceleGlove智能手套面世，使用者可以通过手势来控制机器人、远程医疗和视频游戏等各类装置
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手持触觉导盲仪获南京首届极客创业大赛一等奖
盲人出行总有太多的不便，而如何利用科技为他们创造更多的便利，也是极有意义的一项工作。近日，南京首届极客创业大赛总决赛，东南大学学生带着手持触觉导盲仪参赛，并最终获得了总决赛一等奖。“极客”是美国俚语“geek”的音译。随着互联网文化的兴起，这个词含有智力超群和努力的语意，又被用于形容对计算机和网络技术有狂热兴趣并投入大量时间钻研的人。南京首届极客创业大赛也是吸引了众多科研人才参与。据悉，此次获得总决赛一等奖的手持触觉导盲仪，由东南大学的赵山山和他的团队研制。这种“盲人眼镜”能够代替导盲犬工作，产品相对成熟，市场利用前景广阔。盲人在佩戴这种“盲人眼镜”时，手中需拿一个手机大小的“盲人触角”设备，能够辨别周围事物与自己之间的距离。其原理主要是利用“手感”的压力产生声音，通过耳朵就可以辨别周围的事物，用声音或是其他器官发出超声波来定位，就能够为盲人准确导航。
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机器接管触觉——苹果 Taptic Engine 解读
,采用 Taptic Engine 触摸板的 New Macbook 发布已经有一段时间了，但是还没看到原理性介绍，所以我来介绍一下。 2013 年二月，苹果专利“局部触觉反馈的方法和设备”(Method and apparatus for localization of haptic feedback，United States Patent: 8378797)通过授权。 在专利文件中，苹果提到了包括多个独立致动器的触觉反馈系统。启动一个致动器以产生震动，同时启动其他若干个致动器产生第二个抑制波形，从而把实际震动抑制在特定输入区域，避免相互干扰。 为了更好地理解这一根本原理，我们来复习一下高中物理。 干涉(interference)这个概念本身指是两列或两列以上的波在空间中重叠时发生叠加从而形成新波形的现象。 假想两个人分别握住绳子的一段，各自抖动绳子，从下图我们可以看出，左右相位相反时，强度相同的两束波发生相互抵消。而右边的波束却叠加增强。 把这一现象拓展到二维空间的实例：将一束单色光束分成两束后，再让它们重叠，将会发现在重叠区域内的光强并不是均匀分布的：其明暗程度随其在空间中位置的不同而变化，最亮的地方超过了原先两束光的光强之和，而最暗的地方光强有可能为零，这种光强的重新分布被称作“干涉条纹”。(百度百科) 把这一原理应用于电磁波，就构成了相控阵雷达(下图为 F-16 战斗机)。相控阵雷达一般拥有上千个发射天线单元，通过调节波束合成的方式，可以改变雷达扫描的方向而不需要机械部件运转，灵活性很高，适合应对高机动目标，还可发射窄波束作为电子战天线。 接下来看看干涉原理在消费电子产品中的应用状况：在今年新发布的 New MacBook 中，触摸板应用了 Force Touch 以检测触摸板受力状况，在此基础上集成了 Taptic Engine 进行触觉反馈。从下面的拆解图我们可以看出，苹果在触摸板下面布置了四个致动器构成的小型阵列，实现了在触摸板这个小范围内的可控触觉反馈。从使用效果来看，Taptic Engine 模拟触摸板按键的实际体验能够做到以假乱真。 不过苹果在专利中要变革的可不止触摸板，下面专利配图描述的场景是，在整体的金属或者玻璃板上布置键盘的键位。 传播波形与抑制波形在手指接触位置叠加，从而实现局部振动反馈。每个节点的具体致动器可以是电-机械膜致动器或者电磁蜂鸣器。 由此，苹果版“touch cover”带来的键盘敲击振动反馈毫无疑问会比微软 touch cover 的零反馈更强，在 New Macbook 上小试牛刀的 Taptic Engine 有希望在今年底的新 iPhone 上带来接近人们早已遗忘的手机实体按键的精准震动反馈。
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19个超敏电极，智能机器人的手指也能感受温度
「不同的表面，会有不同模式的振动，基于此我就可以分析出不同材质的差别，比如，外套的羊毛和衬衫的棉花两者之间的区别。」SynTouch 的联合创始人 Gerald Loeb 说。 你是否觉得，触觉是一种非常奇怪的感觉。与声音和光线不同，触觉的特性难以量化。你可以测量分贝或者光通量，但是触觉则是一种主观的感觉，只能进行主观性的描述，比如粗糙、黏糊或者冰凉。但现在，这种主观性的描述却有了改观。 SynTouch 是一家从南加州大学分离出来的公司，该公司研发了一种机器人手指，该机器人的指尖在触摸材料后，能够精确测量其「感觉」，并将「感觉」从粗糙到冰凉划分为 15 个不同的层度。要想未来机器人能够与人类进行亲密地沟通，该技术可谓是至关重要。触觉可以使我们轻轻地抓住一瓶水，更有力地握住一根撬棍，机器人也要能做到这一点。我们不会想看到机器人将盘碟、桌椅毁坏一通的，甚至一下拍碎人的头盖骨，不是吗? 这种机器手指并不像人类一样依赖神经感知周围的世界。研发人员在手指顶部嵌入了 19 个超敏电极，并在外层覆上了硅质表皮。其中的空间则由盐水进行填充。当你用手指按压东西时，电极可通过盐水测量阻力的变化。机器人能够感知物体压力的强度，并对物体材料的弹性进行量化。 这种机器手指可以通过振动来检测材料的质地。「如果手指滑过我的西装外套，你会深切地这些高频振动，这中振动在辨别质地方面极为必要。」SynTouch 的 CEO 兼联合创始人 Gerald Loeb 说。「不同的表面，会有不同模式的振动，基于此我就可以分析出不同材质的差别，比如，外套的羊毛和衬衫的棉花两者之间的区别。」 这种机器手指还能够测量温度，细微程度远超你的想象。瓷砖地板摸起来比毛毯更加冰凉的原因不是因为它们的温度不同。即使它们的温度均为室温，瓷砖感觉更凉是因为它能比毛毯更快地将你脚上的热量转化掉。SynTouch 的机器手指所测量的不仅仅是材料的温度，它也可以通过精确测量热量转化的速率感知其温度。 SynTouch 可以得到三种信息：材料的质地、弹性以及摸起来是冷还是热。这些性质可以细分为 15 个更精确的特性，比如「粘性」、「热持续性」、「触觉柔顺性(tactile compliance)」和「纹理粗糙度」。经过反复测试，SynTouch 从其机器人在不同材料中感知的不同力度和速度总结出了这 15 种特性。 SynTouch 用数千种材料不断的重复这一过程，不仅仅只是为了使机器人能更好的和人类相处，更是为了对这种主观的感觉开发出一套客观的标准。通过参考其大量的测量数据，SynTouch 表示该机器手指感知的精准度比人类专家还要精准(对材料进行触摸感知确实是一种工作，比如质量控制)。 考虑到这一点。一家汽车制造商为其高端车型构建了一套概念，希望能以此获得更大的赢利。如果能找到更便宜、并且令人信服的替代品，为什么还要使用皮革呢?「问题在于: 你如何判断它仍旧有相同的感觉?」Loeb 问道，「你能找到同样的颜色，因为我们有关于颜色的标准。而我们现在做的是制定一套有关感觉的标准。」 使用这一套标准，你可以为在线购物进行一些提示。也许有一天商场不仅可以为运动衫标注其颜色和尺寸，还有量化的感觉。六成的柔软度等等。再不需要看其他人的差评才能发现这件运动衫不像广告里那样舒适。 通过赋予机器人触觉，人类能获得更轻柔的陪伴，截肢患者可以通过假肢重获触觉，不仅如此，战争中, 衣衫褴褛的两个士兵可能因此而成了伙伴：「哇，你穿的也是奶奶织的圣诞毛衣。」
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大陆升级触觉反馈触摸屏技术 提升驾驶安全
触觉反馈车载触摸屏技术能否帮助减少驾驶员分心?大陆汽车工程师给出了肯定答案。该公司近日推出了新款主动触觉反馈触摸屏，通过脉冲为用户提供反馈信息。 据悉，用户可以根据指尖感觉到的脉冲及其产生的振动，更直观地了解到自己的触动操作是否已被系统激活和识别。 大陆此次在一辆测试车上展示了已其首款完整的触觉反馈触摸屏，该显示屏将率先通过汽车制造商以及技术媒体的工程师和技术媒体的测试评估，随后正式进入量产阶段。 新的触摸屏为8英寸平面显示屏，并集成了触觉执行器系统，该系统包括一个电磁线轴以及两组线圈。大陆工程师表示，在某些运行条件下，触觉执行器可以触发反馈，从而让用户明显地感觉到，并帮助衡量手指所施加的力量大小。 触觉执行器则位于触摸屏结构元件的后面，分布于屏幕防护玻璃层、电容传感器以及显示面板层下方。而当用于汽车时，触觉执行器对各个元件的刚性结构要求更加严格。 大陆称，通过肉眼并不能看见触动操作引起的触觉反馈，但由于存在非常高的加速度，其产生的脉冲可以用手指感觉到。 对于触觉反馈，触觉执行器会计算手指在接触过程中的精确位置，其“偏差”仅为0.1毫米(0.004英寸)。此外，触觉反馈通常可以覆盖整个显示屏区域，也可以根据厂商要求或特定驾驶条件自由配置特性及强度，从而为用户带来更安全舒适的即时体验。
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未来的VR，可能会让你感受到触觉
虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。 虚拟现实目前所擅长的是将我们的视觉与听觉从现实带进数字世界当中，并且这一技术一直在迭代。然而我们的触觉、味觉、嗅觉等其他感知觉还未真正在VR头盔中得到应用。来自于康纳尔大学的Organic Robotics实验室近期推出了一款基于Vive操作系统给予用户触觉感知的原型机Omnipulse。 以上就是OR实验室的原型机，也许跟我们大家想象的不一样，不是可穿戴也不是对头盔做出改造，而是在操作手柄表面附着一层气动管并用合成橡皮包裹起来。 当用户在VR内部引发动作时，气管内的压缩空气将接收到信号并释放相应动作所应具有的的物理冲击到手柄上，最终传导给用户。 比如Omnipulse可以模仿子弹从枪射出的冲击力，在本周的GTC 2017会场内，实验室的人便用Omnipulse连接到会场内的Funhouse进行演示。用户可以感受到不同武器以及枪械带来的反冲感，除此之外现场用户还能够体验到拳击、打鼹鼠这类迷你游戏的触觉反馈。 目前Omnipulse仍然是一个非常早期的原型机，但我们可以想象未来随着触觉传输媒介不再局限于手柄，我们可以有更多的体验层次的升级。 比如此前日本的VR触觉控制器公司H2L通过电子肌肉刺激给予虚拟触觉反馈。 以及美国AxonVR推出的产品系列HaptX，HaptX以为人们提供任何表面的触感，包括纹理、形状、震动和温度等表面物理触感。AxonVR 为用户提供包括可嵌入手套、全身套装的可穿戴设备。 未来虚拟现实一定会逐渐延伸用户在其中的感知觉，很有可能接下来接入的不仅仅是可穿戴设备，而是我们的大脑，就像热门动漫“刀剑神域”中的体验，包括触觉在内、味觉、嗅觉甚至是冷热等深层次体感。
