車用人機介面(Human-machine Interface; HMI)系統除了視覺和聽覺回饋外，導入觸覺回饋技術後，使人機介面產生新的體驗，能夠幫助情境中的真實感與情感連結，豐富了感官感受。兼顧娛樂與安全，以及任意形狀、具備大尺寸全景螢幕、輕薄之車用面板，成為未來車用人機介面的主要發展趨勢。
本文將從以下大綱，介紹車用觸控回饋技術目前的發展現況，以及工研院材化所於此的研發成果。
‧前言
‧觸控回饋技術介紹
1. Tanvas
2. Fujitsu
3. Immersion Corporation
4. 柔宇科技
5. Ultrahaptics
6. Actronika
7. Hap2U
‧工研院材化所開發之軟性觸控回饋元件
‧結論
【內文精選】
前言
目前販售的汽車產品中，儀表板和控制系統，多以觸控面板整合，駕駛過程中用戶無法持續盯著螢幕以確認按鍵，容易造成安全疑慮。若有觸覺回饋(Haptics)功能的輔助，讓手碰觸到觸控螢幕時，能夠感受到「反饋力道」，提供點擊位置確認，不用移動視線，得以保障行車安全。n-tech研究指出，觸覺回饋在車用領域開始迅速增長，到2024年將超過80億美元，到2027年達到183億美元，滲透率約30%（圖一）。
觸控回饋技術介紹
依據觸覺回饋技術發展， 各家廠商開發之技術可分為致動器驅動、電場、電容、超音波四類觸覺回饋技術。①致動器驅動：利用致動器(Actuator)如線圈馬達、壓電元件或MEMS微機電元件來產生振動；②電場式(Electric Field)：藉由指尖感受到電場的吸引力；③電容式：利用電容薄膜充電的磁吸斥力；④超音波(Ultrasonic)：利用超音波於皮膚造成觸覺。此四種觸覺回饋技術各有其優勢，所創造出來的觸覺感受皆有所差異。
2. Fujitsu
富士通實驗室開發出第一種使用超音波振動通過改變觸控面板和用戶指尖之間的摩擦力來傳達觸覺的技術，可以在觸控面板上體驗光滑及粗糙的觸覺感（圖四）。
其技術原理如圖五所示。一種結構為藉由觸控面板的表面引發的超音波振動，在面板表面和指尖之間產生高壓空氣層，會有減少摩擦的作用，產生浮動效果，利用這種現象可以使面板表面產生光滑的感覺。雖然超音波波段的振動需要大量的能量，但富士通實驗室已開發出的技術，可以在行動設備這樣的尺寸上引發有效的振動，模仿出前所未有的滑溜感。另一種結構則是透過在高摩擦和低摩擦之間快速循環，回覆面板上的觸摸信息和螢幕的顯示訊息，該技術可以產生面板顛簸或粗糙的觸覺錯覺，產生凹凸不平和粗糙感的幻覺。結合觸覺信息、來自顯示器的視覺信息和來自喇叭的音頻信息，豐富了用戶體驗。
圖五、富士通觸覺回饋技術原理
5. Ultrahaptics
Ultrahaptics的技術屬於非接觸式觸覺回饋，利用超音波換能器陣列直接在用戶手上產生各種觸覺效果，不需要手持設備、手套和可穿戴設備，在半空中產生觸覺，透過觸覺回饋來增強手勢控制，創建豐富的三維形狀和紋理。其最新的觸覺技術Spatiotemporal Modulation (STM)不只是打開和關閉超音波元件，而是將聚焦點移離用戶的手，然後以觸摸受體可感知的頻率再次移回。當聚焦點遠離並且朝向手移動時，皮膚觸摸受體可以檢測到聲壓的變化，因此超音波可同時在空間和時間被建構出來，線條和曲線幾乎可以連續且重複。這些可以作為虛擬對象和形狀的基礎，增強在虛擬實境中全新的真實應用範圍，圖十一為技術原理示意圖。
圖十一、Ultrahaptics觸覺技術，(a) Amplitude Modulation；(b) Spatiotemporal Modulation示意圖
工研院材化所開發之軟性觸控回饋元件
工研院材化所開發之觸控回饋材料採軟性壓電材料技術，聚偏氟乙烯(PVDF)因其β結晶相有壓電性，是具代表性的一種軟性壓電材料。工研院材化所以奈米混成的方式，添加高極性有機分子於PVDF高分子中，在施加電場極化之後，導引PVDF高分子結晶形成具有壓電性之β相，以提升其壓電係數，並且可強化材料剛性，使輸出電壓增加，進而朝軟性、多應用空間目標開發。
工研院利用PVDF軟性壓電材料特性，設計出振動回饋機制，元件如圖十六所示，以單一膜材結構兼具「觸覺回饋」與「觸控輸入」功能。以手指按壓時，利用壓電材料力電耦合高度的線性度，將電壓信號輸出供後端判別強弱，進而啟動頻率為200~500 Hz之電壓驅使膜材振動...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：謝孟婷、蘇俊瑋／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」388期，更多資料請見下方附檔。