芯耀
与非AI
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当你轻触手机屏幕，指尖感受到清脆、明确的点击反馈时，实际上并没有实体按键发生位移。屏幕依然平整，没有机械按键被真正按下，但你的指尖却清晰地感知到了动作发生。这正是触觉反馈技术的魅力所在：通过精确控制微小振动，让大脑感知到仿佛真实存在的物理事件。触觉反馈并不只是简单地让设备产生振动，而是通过控制振动的频率、强度、持续时间和波形，模拟不同物体接触时产生的触感，从而让数字交互变得更加直观、自然。
随着智能终端、汽车座舱和可穿戴设备不断发展，触觉反馈正在从基础的振动提醒，向更加精准、细腻、可定制的交互体验演进。而压电触觉技术凭借快速响应、结构轻薄和灵活控制等特点，为新一代人机交互提供了新的技术选择。本文将从触觉感知的科学原理出发，介绍不同执行器的工作方式与性能差异，分析工程师在选择触觉执行器时需要重点考虑的参数，并探讨压电触觉技术如何在不同产品中实现更自然的交互体验。
大脑如何感知真实触感？
触觉并不是一种单一的感官体验。人体皮肤中存在多种机械感受器，它们对不同频率、强度和形式的机械刺激具有不同的响应特征。触觉反馈设计的关键，在于理解这些感受器如何接收信号，并在合适的时间向它们传递恰当的机械刺激。
设计合理的触觉系统，可以通过组合不同的振动信号，形成更加丰富的感知体验。例如，某些低频振动能够刺激对动态触摸较为敏感的梅斯纳小体等机械感受器；通过进一步调整振动的时间、强度与波形，还可以形成更加清晰的点击感、段落感或缓冲感。大脑会将这些信号与用户的触摸动作、接触位置及既有经验结合起来，判断当前发生了什么。整个过程通常涉及三个关键因素。
1. 时序：反馈是否足够及时。
当振动反馈与用户触摸动作之间的延迟足够短时，大脑更容易将两者联系起来。如果反馈能够在触摸发生后的约十毫秒内到达，通常更有利于形成即时、自然的点击感。相反，如果反馈延迟过长，用户就可能感觉到振动，却难以将它准确地对应到自己的操作上。因此，快速响应是实现高品质触觉交互的重要基础。
2. 振动幅度：反馈是否具有合适的力度。
较强而短促的脉冲，通常能够带来坚实、有力的触感；较柔和的振动，则可能呈现出轻柔、缓冲的感受。通过调整振动幅度，设计人员可以让同一个交互界面呈现不同的触觉特征。例如，确认操作可以采用清晰的短脉冲，柔和的界面切换则可以采用较为舒缓的反馈方式。
3. 波形形态：反馈是否具有辨识度。
不同的振动波形会形成不同的触感。振动快速上升、随后迅速衰减，容易产生类似机械按键的清脆点击感；振动缓慢增强并持续较长时间，则更接近柔和的缓冲感。这也是为什么我们能够通过触觉感知金属弹片按键的回弹、粗糙石面的纹理、弹簧旋钮的段落感，甚至皮革表面的柔软质感。触觉执行器并不需要真正复制这些物体，而是通过模拟皮肤在接触这些物体时接收到的机械信号，让大脑结合既有经验形成相应的感知。设备负责产生信号，大脑则赋予这些信号真实的触感意义。
为什么传统振动体验不够细腻？
许多早期电子设备采用相对简单的振动方式，通常只提供固定强度、单一特征的振动。这种反馈能够告诉用户某个事件已经发生，却很难进一步表达事件的性质。
例如，消息提醒、按键确认和操作错误，如果都使用相似的振动方式，用户就难以通过触觉快速区分不同状态。振动虽然存在，但触感往往比较模糊，缺乏明确的层次和辨识度。
这一问题推动了高清触觉反馈技术的发展。高清触觉反馈不仅要求执行器能够快速响应，还要求系统可以灵活、动态地调整振动频率、幅度和波形，使不同操作对应不同的触觉表现。实现这一目标，需要执行器具备足够快的响应速度、合适的工作频率范围，以及良好的信号调节能力。然而，不同类型的执行器在响应速度、频率范围、结构尺寸和控制方式上存在明显差异，因此，执行器的选择会直接影响最终的触觉体验。
三类触觉执行器：工作原理与性能差异
目前，电子产品中常见的触觉执行器主要包括偏心转子电机、线性谐振执行器和压电触觉执行器。它们采用不同的工作原理，也各自存在性能优势与应用限制。
1. 偏心转子电机
偏心转子电机通过旋转一个偏离中心位置的质量块产生周期性振动。这种结构相对简单，成本较低，因此适用于基础振动提醒功能。但它的局限性也比较明显。
响应速度相对较慢。 从启动到形成有效振动，通常需要较长时间，响应延迟可能超过五十毫秒。
振动幅度与频率相互关联。 当转速发生变化时，振动频率和幅度往往也会随之改变，难以完全独立控制。
触感不够精细。 由于主要依靠旋转质量块产生振动，反馈通常具有较明显的整体晃动感，不容易模拟复杂、清晰的触觉细节。
因此，偏心转子电机比较适合基础通知、来电提醒和简单警示等应用，但在需要高精度、丰富触感的交互场景中存在一定局限。
2. 线性谐振执行器
线性谐振执行器通常由弹性结构和能够沿直线往复运动的磁性质量块组成。通电后，运动质量块在磁力与弹性结构的共同作用下产生振动。与偏心转子电机相比，这类执行器能够提供更加清晰的振动脉冲，响应速度通常也更快，因此被广泛应用于智能手机、游戏控制器等消费电子产品。
不过，它的主要限制在于谐振频率。线性谐振执行器通常在自身谐振频率附近具有较好的输出表现。当工作频率偏离谐振点时，输出幅度可能明显下降。部分设计的有效工作范围较窄，往往只能在谐振频率附近有限的范围内获得理想效果。
这意味着，当产品需要模拟连续变化的摩擦感、多个层次的段落感或复杂的触觉纹理时，线性谐振执行器可能面临一定的设计限制。总体而言，线性谐振执行器在成本、响应性能和使用体验之间具有较好的平衡，适用于许多常见的消费电子交互场景。
3. 压电触觉执行器
压电触觉执行器利用压电效应实现机械运动。当压电陶瓷受到电场作用时，会产生微小的形变，通常达到微米级。通过控制施加的电信号，可以使压电材料快速发生形变，从而产生所需的触觉反馈。
与依赖旋转质量块或弹性质量块运动的传统方案不同，压电执行器直接利用材料形变产生机械位移，不需要等待较大的运动质量块加速，因此具有独特的性能优势。
第一，响应速度快。
在合适的器件与驱动条件下，压电执行器的典型响应时间可以低于两毫秒，有利于实现即时、清晰的触觉反馈。对于快速打字、连续点击和汽车触控操作等场景，这一特点尤其重要。
第二，工作频率范围较宽。
压电触觉执行器可覆盖约十赫兹至五百赫兹及更高频率范围，为多样化触感设计提供更多可能。工程师可以根据目标效果，对振动信号进行相应设计，形成不同的点击、脉冲和纹理反馈。
第三，控制方式灵活。
在合适的驱动电路和控制策略支持下，压电执行器可以更灵活地调节振动幅度、频率及波形，从而帮助设计人员构建更加丰富、具有辨识度的触觉体验。
第四，结构轻薄紧凑。
压电执行器能够采用薄型化结构，适合现代电子产品对内部空间、重量和整机厚度的严格要求。对于固态触控按键、折叠屏设备和智能穿戴产品而言，这种结构优势尤其具有价值。这些特点使压电执行器成为实现高清触觉反馈的重要技术路线之一。对于追求真实、细腻、即时触感的产品而言，快速响应与较宽的可用频率范围尤其重要。当然，最终效果仍取决于压电器件设计、驱动电路、安装结构和目标表面的综合匹配。
高清压电触觉反馈正在应用于哪些领域？
随着电子产品对交互体验的要求不断提高，压电触觉执行器正逐步进入汽车电子、消费电子、游戏设备、虚拟现实设备以及工业和医疗交互界面等领域。
汽车触摸屏与智能表面
驾驶过程中，驾驶员需要尽可能减少视线离开道路的时间。通过在中控触摸屏或固态触控按键中引入触觉反馈，系统可以在用户完成操作时提供清晰的触觉确认，帮助用户在不必持续注视屏幕的情况下感知操作结果。对于汽车电子产品而言，执行器不仅需要提供稳定、明确的反馈，还需要满足相应的可靠性要求。例如，汽车电子元器件可靠性资格认证相关标准，可以为符合适用范围的元器件可靠性评估提供依据。具体产品仍需根据其类型和应用要求进行验证。
智能手机与折叠屏移动设备
随着手机外观设计不断简化，传统机械侧边按键正在出现更多替代方案。压电执行器可以用于侧边固态按键，为用户提供类似真实按键的触感，同时减少对传统机械运动结构的依赖。此外，压电触觉技术还可以为屏幕上的特定位置提供局部反馈，使不同操作区域呈现不同的触觉效果。其轻薄、紧凑的结构特点，也有利于满足折叠屏设备及其他空间受限产品的设计需求。
游戏配件与虚拟现实、增强现实设备
在游戏控制器和沉浸式交互设备中，触觉反馈可以用于模拟武器后坐力、液体流动、物体碰撞以及虚拟表面触感等效果。通过对振动时序、幅度和波形进行精细控制，设计人员可以为不同的虚拟事件构建具有辨识度的触觉反馈，让用户获得更加真实的交互体验。
工业与医疗交互界面
在工业控制、医疗设备等场景中，触觉反馈同样具有应用价值。对于采用密封面板的设备，即使没有传统机械按键，也可以通过触觉反馈让操作人员确认触摸和指令输入。这种设计有利于减少机械开口，并可根据实际需求应用于需要便于清洁、具有防护要求或工作环境较为特殊的设备。在手术机器人等应用中，触觉反馈还可以作为力觉交互系统的一部分，帮助操作者感知相关操作信息。具体实现方式取决于系统架构及相应的安全要求。
如何选择合适的压电触觉执行器？
选择触觉执行器，不能仅凭产品规格表中的某一个参数做出判断。工程师需要结合目标产品的使用场景、交互方式、安装空间和驱动条件，对关键指标进行综合评估。
1. 响应时间与上升时间
这两个参数通常以毫秒为单位，用于描述执行器从接收到驱动信号到产生有效机械响应所需的时间，以及振动输出建立的速度。较短的响应时间和上升时间，有助于在快速打字、连续点击和高频交互过程中提供及时反馈。如果响应延迟过长，用户就可能感觉到振动与实际触摸动作脱节。
2. 谐振频率与工作频带
工作频率通常以赫兹为单位。更宽的可用工作频带，有助于在同一设备中设计多种触觉效果，例如滑动阻力感、分级刻度感和清脆的点击感。相反，如果执行器只能在较窄的频率范围内获得理想输出，触觉设计就可能受到限制。因此，工程师需要结合目标波形和预期触感，评估器件的实际工作频带，而不能仅关注单一谐振频率。
3. 驱动电压与功耗
在一定条件下，提高驱动电压可以增强执行器的机械输出，使其产生更大的加速度，通常可通过重力加速度倍数来表示。但更高的驱动电压也会对驱动电路提出更高要求，涉及电路集成、绝缘设计、功耗和系统成本等因素。因此，设计人员需要在触觉强度、驱动电路复杂度和整机电源预算之间取得平衡。合理的低功耗驱动方案，有助于提升整体设计的可行性。
4. 尺寸与厚度
现代电子产品的内部空间越来越有限，执行器的外形尺寸、厚度和安装方式，都会直接影响整机结构设计。对于超薄手机、折叠屏设备、固态触控按键和智能穿戴产品而言，结构紧凑、厚度较低的压电执行器，往往更容易适应空间受限的设计需求。除了上述参数，完善的选型流程还应验证安装工艺、目标表面的质量与结构特性，以及计划使用的触觉波形库。执行器必须与实际承载表面进行匹配和调试。同一种执行器安装在玻璃、金属或塑料表面上，也可能呈现出截然不同的触感。因此，最终的触觉体验不仅取决于执行器本身，还取决于驱动电路、安装方式、结构刚度、目标表面和控制算法之间的协同设计。
汉得利：从压电材料到触觉交互的技术积累
汉得利专注于高性能压电陶瓷及相关器件的设计与生产，面向汽车电子、消费电子和工业应用客户提供产品及工程技术支持。对于触觉反馈应用而言，材料性能、器件结构、驱动方式和安装适配需要协同考虑，这也对企业的压电技术积累提出了更高要求。
汉得利的研发基础不仅体现在器件开发上，也体现在关键技术研发与产学研协同方面。根据常州市公开发布的2023年度江苏省科学技术奖提名项目名单，由汉得利、南京航空航天大学、江苏理工学院和江苏波速传感器有限公司等单位共同参与的“堆叠式低温共烧高灵敏度压电陶瓷传感器关键技术及应用”项目，入选当年度提名名单。需要说明的是，入选提名名单并不等同于获得该项科技奖励；但这一公开成果表明，汉得利参与了压电陶瓷传感器相关关键技术的协同研发。虽然该项目并非专门针对触觉执行器，但它能够从材料与器件技术层面，为理解汉得利的研发基础提供有价值的参考。
从汉得利相关产业体系的研发积累来看，汉得利2017年公开年度报告曾披露，公司联合天津大学、四川大学、南京航空航天大学及中国科学院上海硅酸盐研究所等高校和科研机构的创新资源，建立协同创新联盟。此外，汉得利曾受邀参加宁波华翔集团2024年创新技术大会，围绕触觉反馈、汽车低速提示音和定向发声等技术进行展示，并与相关团队就智能座舱协同创新开展交流。公开的海外技术展示资料也显示，汉得利相关海外业务体系与丹麦哈姆索工程、德国格雷武斯围绕座椅触觉及交互展示开展过合作。这些历史研发与技术交流案例，分别体现了材料研发、产学研协同以及触觉交互应用探索等不同层面的技术积累。它们并不等同于汉得利某一款触觉产品已经实现量产，但能够帮助客户更全面地理解其所处技术体系的研发背景与应用协同能力。
围绕压电触觉反馈应用，汉得利的技术能力主要体现在以下几个方面。
多层压电陶瓷技术
通过多层结构设计，可以在较薄的器件结构中实现所需的机械输出，为轻薄型触觉执行器的设计提供技术基础。合理的结构与材料设计，也有助于兼顾器件的机械响应、输出性能和重复工作能力。
面向汽车与工业应用的可靠性设计
汽车电子和工业设备通常需要在较宽的温度范围内工作，并承受长期、反复的机械应力。汉得利关注相关应用中的稳定性和耐久性要求，通过产品设计、材料选择和相应验证，为客户评估器件在目标工作环境中的适用性提供支持。具体性能应以产品规格及对应测试结果为准。
定制化设计与技术协同
不同产品在结构尺寸、目标表面、触觉效果和驱动条件方面存在差异。汉得利可以根据项目需求，与客户共同讨论压电元件及模块的设计方向，并围绕机械响应、声学表现和驱动波形匹配开展技术交流。通过将器件设计、结构仿真、驱动参数与目标触感进行综合评估，有助于客户更早验证设计方案，缩短从概念设计到实际产品实现的开发周期。
全球业务供货支持
汉得利通过自动化生产和质量管理流程，为汽车一级供应商及整车制造企业等客户提供业务供货支持。根据项目需求，汉得利可以作为客户的主要供应来源之一，也可以作为补充供应来源，帮助客户优化供应链布局，提升供应保障的灵活性。
结语：让数字交互拥有更真实的触感
触觉反馈的核心，是利用精确控制的机械信号，让大脑感知到原本并不存在的实体按键、表面纹理或缓冲效果。振动的频率、强度、时序和波形，共同决定了用户最终感受到的触感。要实现更加自然、细腻的交互体验，执行器不仅需要快速响应，还需要具备足够的频率调节能力，以及适应不同产品结构的设计灵活性。压电陶瓷执行器凭借快速响应、较宽的工作频率范围和轻薄紧凑的结构特点，正在成为高清触觉反馈领域的重要技术选择。
无论是汽车电子中的固态触控按键、消费电子中的精细触觉交互，还是游戏设备、虚拟现实及工业控制界面，压电触觉技术都为人机交互提供了更多可能。如果您正在开发汽车电子、消费电子或沉浸式交互产品，希望进一步提升触觉反馈的真实感与精确度，欢迎联系汉得利技术团队，获取相关产品资料、评估样品，或就定制化压电触觉项目开展技术交流，共同探索更自然、更精准的人机交互解决方案。
