專題介紹：觸覺回饋是什麼？LRA馬達如何透過振動回饋？創造觸覺回饋的5種方法解說
一、觸覺回饋是什麼？為什麼在產品設計中加入觸覺回饋日趨重要？
觸覺回饋（Haptic Feedback）是常見於電子產品使用者介面的一種技術，當使用者在操作介面或裝置（如智慧型手機螢幕、裝置面板、遊戲控制手把等等）時，透過振動或其它運動來創造或模擬逼真的觸覺感受，為使用者帶來更佳的互動體驗。例如遊戲手把與AR、VR裝置可以透過觸覺回饋模擬各種物理現象，如抓握、震動、衝擊感等，創造真實與臨場感，提供使用者沉浸式的體驗；部分高階筆記型電腦的TouchPad也逐漸使用觸覺回饋技術取代傳統的金屬彈片開關，以為使用者提供更細膩的操作質感。
圖/透過在產品中加入觸覺回饋設計，提升用戶體驗
除了沉浸式體驗外，觸覺回饋還可透過明確的觸覺感受，增強使用者操作的確定性。舉例來說，智慧型手機的虛擬鍵盤搭配音效及振動，可以模擬真實按鍵鍵盤的操作感，降低輸入錯誤的機率；或者當使用者駕駛汽車時，需要在注意路況的同時操作功能面板，視線無法離開前方，此時面板若能提供觸覺回饋，便能讓使用者擁有更明確的操作感，提升使用體驗及安全性。
圖/觸覺回饋觸控面板機構設計示意圖
然而，要在小型化的消費性電子產品中加入細緻的觸覺回饋，精湛的硬體技術是不可或缺的。本篇瑞澤電子的應用文章將介紹數種常用於創造觸覺回饋的硬體裝置，及其背後的技術原理與優劣勢。
目錄
二、創造觸覺回饋的常見元件
大多數的觸覺回饋都利用「振動」達成，而這些振動通常使用能將電能轉換為機械能的馬達實現。以下是幾種常用於觸覺回饋設計的方案：
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ERM馬達（Eccentric Rotating Mass，偏心軸轉動慣量）
ERM馬達是利用偏心軸的質量不對稱，於旋轉中產生離心力，導致馬達產生位移；此馬達於高速旋轉下產生的快速重複來回的位移，被使用者感覺為震動。
ERM馬達的優勢在於其成本低廉、振動能力強，但也有振動效果單一、消耗電流通常較高等缺點，且由於ERM馬達起振與停止的速度都相對較慢，使用上較容易讓用戶感到遲滯感。
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壓電致動器（Piezoelectric Actuator）
壓電致動器顧名思義，為透過壓電效應產生振動的致動器，其利用壓電材料的逆壓電效應，在壓電材料表面施加電壓，使其形變產生振動。
壓電致動器的優勢是回應速度極快，可創造清晰的觸覺感受，且薄型機構相當易於佈局；缺點則是由於使壓電材料形變需要較大的電壓，需要驅動IC進行升壓，有可能會較為耗電，成本也往往較高。
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電磁閥（Solenoid）
電磁閥是透過線圈通電產生磁力，吸引可動鐵芯來回移動的裝置，當電磁閥推動產品外殼產生振動時，便能創造觸覺回饋；常見的應用包括車用電子、汽車的儀表板與中控台等。
電磁閥的優點為通用產品的雜訊通常相對較低、頻率廣、成本也較低，缺點則為需要大量空間安置用於移動的機械結構部件，震感較弱，觸覺回饋的細緻度、均勻性通常也都較差。
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DDA（Direct Drive Actuator，直驅致動器）
DDA是一種有效利用電磁吸引力和彈簧作用力的觸覺回饋裝置，它透過沿著 Z 軸方向直接驅動如顯示器等裝置的外殼振動以創造觸覺感受。其特徵與優勢為整體機構更薄，且將彈簧等機械結構整合到致動器側，有助於減少客戶的設計工作量。
DDA由於其特性，較多用於顯示器、面板等的觸覺回饋。
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圖/DDA應用於面板觸覺回饋
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LRA（Linear Resonant Actuator，線性諧振致動器）
新型的LRA是透過線性運動創造觸覺回饋的裝置，透過對馬達內音圈通電產生的磁場，推動連接彈簧的質量塊，持續往返以產生振動（因作動方式為直線來回，故須以交流電壓方式驅動）。
圖/線性馬達內部結構範例
圖/音圈磁場使質量塊持續高速往返，產生震動感
當音圈以彈簧的共振頻率驅動時，整個LRA會以可感受的力量振動。彈簧剛性、質量塊和磁鐵/線圈尺寸的組合使線性諧振致動器具有自然諧振頻率，而此自然諧振頻率是 LRA 運作效率最高的頻率。
圖/以MinebeaMitsumi的LVC系列CLF-25WX02線性諧振致動器為例，橫軸表示頻率[Hz]，縱軸分別表示G值[Gpp]與電流[mArms]。可以看到，當處於約75Hz的諧振頻率時，LRA的運作達到最高效率。
LRA的優點是起振與停止速度快帶來的高回應速度，可以做到較細膩的振動回饋，甚至能達到表面發聲的效果（其概念類似於骨傳導耳機），體積方面也可以做到很小。缺點是須搭配驅動IC、成本相對較傳統的ERM馬達高等。
（延伸閱讀：MinebeaMitsumi LRA介紹）
以上為幾種用於創造振動的常見裝置簡介。根據裝置體積、振動方向與振動特性的不同，各自有其合適的應用領域，如欲深入了解各項裝置的原理與特色，歡迎與我們諮詢。
三、觸覺回饋裝置優缺點比較表
| ERM （偏心軸轉子馬達） |
壓電致動器 | 電磁閥 | DDA （直驅致動器） |
LRA （線性諧振致動器） |
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| 震感強度 | 強 | 較低 | 普通 | 強 | 普通 |
| 反應時間 | 慢 | 快 | 慢 | 快 | 較快 |
| 觸覺細緻度 | 低 | 高 | 低 | 高 | 高 |
| 振動均勻性 | 一般 | 較差 | 低 | 一般 | 較佳 |
| 是否可使用驅動IC進行振感調整 | 無法使用 | 需使用專門驅動IC | 無法使用 | 可使用 | 可使用 |
| 成本 | 低 | 高 | 低 | 中 | 高 |
四、瑞澤電子提供的觸覺回饋解決方案
瑞澤電子為客戶提供包含電磁閥、ERM、DDA及LRA馬達等系列觸覺回饋解決方案，且具備多種尺寸、震感與頻率的選擇，可適應各式各樣的產品機構空間設計；我們具專利設計的諧振器可創造極其豐富的觸覺表達，與音源的聯動可逼真地模擬各種實際感觸，為使用者帶來真實感、臨場感與沉浸感，創造未來體驗的全新價值。
我們的諧振器產品目前已有許多實績客戶，應用遍布知名品牌筆記型電腦、遊戲手把及電容筆等消費性電子產品。如您也計畫在產品中加入觸覺回饋設計，歡迎與我們的團隊諮詢討論。
作者介紹
瑞澤電子（Horustech Electronics）
瑞澤電子是台灣專業的電子零組件代理商與通路商，代理美蓓亞三美（MinebeaMitsumi）、尼得科科智博（Nidec Components）...等多種品牌電子元件產品，並具備完善的業務團隊與FAE工程師支援，可為您提供完整的觸覺回饋產品設計解決方案。
如您有相關需求或疑問，歡迎聯絡我們。
外部連結
1. MinebeaMitsumi Resonant Devices
2. Nidec Haptic Devices
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