机器接管触觉——苹果 Taptic Engine 首次科普

本文来自 PingWest 品玩特约作者啸语,首发于他的同名微信公众号。“原创技术观察,写给万分之一的创新者”。

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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。

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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)

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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。

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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。

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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。

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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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