機(jī)器接管觸覺——蘋果 Taptic Engine 解讀

,采用 Taptic Engine 觸摸板的 New Macbook 發(fā)布已經(jīng)有一段時(shí)間了，但是還沒看到原理性介紹，所以我來介紹一下。

2013 年二月，蘋果專利“局部觸覺反饋的方法和設(shè)備”(Method and apparatus for localization of haptic feedback，United States Patent: 8378797)通過授權(quán)。

在專利文件中，蘋果提到了包括多個(gè)獨(dú)立致動(dòng)器的觸覺反饋系統(tǒng)。啟動(dòng)一個(gè)致動(dòng)器以產(chǎn)生震動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)其他若干個(gè)致動(dòng)器產(chǎn)生第二個(gè)抑制波形，從而把實(shí)際震動(dòng)抑制在特定輸入?yún)^(qū)域，避免相互干擾。

為了更好地理解這一根本原理，我們來復(fù)習(xí)一下高中物理。

干涉(interference)這個(gè)概念本身指是兩列或兩列以上的波在空間中重疊時(shí)發(fā)生疊加從而形成新波形的現(xiàn)象。

假想兩個(gè)人分別握住繩子的一段，各自抖動(dòng)繩子，從下圖我們可以看出，左右相位相反時(shí)，強(qiáng)度相同的兩束波發(fā)生相互抵消。而右邊的波束卻疊加增強(qiáng)。

把這一現(xiàn)象拓展到二維空間的實(shí)例：將一束單色光束分成兩束后，再讓它們重疊，將會(huì)發(fā)現(xiàn)在重疊區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)并不是均勻分布的：其明暗程度隨其在空間中位置的不同而變化，最亮的地方超過了原先兩束光的光強(qiáng)之和，而最暗的地方光強(qiáng)有可能為零，這種光強(qiáng)的重新分布被稱作“干涉條紋”。(百度百科)

把這一原理應(yīng)用于電磁波，就構(gòu)成了相控陣?yán)走_(dá)(下圖為 F-16 戰(zhàn)斗機(jī))。相控陣?yán)走_(dá)一般擁有上千個(gè)發(fā)射天線單元，通過調(diào)節(jié)波束合成的方式，可以改變雷達(dá)掃描的方向而不需要機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)，靈活性很高，適合應(yīng)對(duì)高機(jī)動(dòng)目標(biāo)，還可發(fā)射窄波束作為電子戰(zhàn)天線。

接下來看看干涉原理在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用狀況：在今年新發(fā)布的 New MacBook 中，觸摸板應(yīng)用了 Force Touch 以檢測(cè)觸摸板受力狀況，在此基礎(chǔ)上集成了 Taptic Engine 進(jìn)行觸覺反饋。從下面的拆解圖我們可以看出，蘋果在觸摸板下面布置了四個(gè)致動(dòng)器構(gòu)成的小型陣列，實(shí)現(xiàn)了在觸摸板這個(gè)小范圍內(nèi)的可控觸覺反饋。從使用效果來看，Taptic Engine 模擬觸摸板按鍵的實(shí)際體驗(yàn)?zāi)軌蜃龅揭约賮y真。

不過蘋果在專利中要變革的可不止觸摸板，下面專利配圖描述的場(chǎng)景是，在整體的金屬或者玻璃板上布置鍵盤的鍵位。

傳播波形與抑制波形在手指接觸位置疊加，從而實(shí)現(xiàn)局部振動(dòng)反饋。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體致動(dòng)器可以是電-機(jī)械膜致動(dòng)器或者電磁蜂鳴器。

由此，蘋果版“touch cover”帶來的鍵盤敲擊振動(dòng)反饋毫無疑問會(huì)比微軟 touch cover 的零反饋更強(qiáng)，在 New Macbook 上小試牛刀的 Taptic Engine 有希望在今年底的新 iPhone 上帶來接近人們?cè)缫堰z忘的手機(jī)實(shí)體按鍵的精準(zhǔn)震動(dòng)反饋。