最近，媒體報導蘋果新一代手機iPhone 6s 中會采用 Force Touch 技術。其實，早在 Apple Watch 和 MacBook 系列筆電上就已經(jīng)有所應用，不過這次的版本與之前不同。因為 MacBook 觸摸板和 Apple Watch 可感應兩種不同水準的壓力，即輕點和按壓。而根據(jù)外媒爆料，新一代iPhone 的“3D Touch Display”可以感應三種不同水準的壓力，有輕點、按壓和更強的按壓。

　　所以，“3D Touch”的命名很可能因此而來。

　　因為專業(yè)的緣故，我在新一代觸覺振動技術上耕耘多年，看到這個消息覺得很興奮，覺得觸覺互動的春天來了。帶著對“觸覺互動”、下一代“人機對話”的好奇，我在這里來科普一下蘋果的新“外星科技”：3D Touch 技術，以及由此開啟的更廣闊方向－觸覺互動。

　　一、由 Force Touch 開啟的“觸覺互動”大門

　　Force Touch，即壓力觸覺，指透過感應壓力的產(chǎn)生和改變，從而實現(xiàn)電學資料的變化，再透過電學資料而產(chǎn)生指令，最后達到壓力而間接實現(xiàn)指令的過程。

　　壓力觸覺的研究探索，已經(jīng)有很多年了。其中，美國 Z-origin 的 Z-Tohch 則是較早的觸摸探索者，后來，微軟、黑莓都相繼提出觸摸方面的專利和應用，但由于各類原因，其觸摸給顧客感受，并不完美。

　　前不久，華為也在中國發(fā)布了其壓力觸摸屏幕的手機 MATE S，其采用的技術方案暫未拆解清楚，但以其比上一款更薄的宣傳，其技術方案與蘋果有些許差異，但卻沒能引起產(chǎn)業(yè)的熱議，蘋果的影響力之大可想而知。

　　蘋果發(fā)布的壓力觸摸，以蘋果慣有的風格而言，應該是比較成熟和完善的，所以才會發(fā)布在手機上。因此，蘋果的號召力，讓壓力觸摸開啟了“觸覺互動”的大門。

　　目前的手機，對于觸覺回饋的應用，僅僅停留在振動和提醒上。但是，美國“IMMERSION”公司等振動和觸摸行業(yè)的公司，已經(jīng)布局了基于“觸覺互動”的大量技術儲備與專利，其中軟件系統(tǒng)和硬件均有中國科技公司的身影。

　　比如 TI公司早前推出過基于高電壓的新一代振動馬達的驅(qū)動芯片；IMMERSION 公司布局了多項振動回饋專利，其網(wǎng)站也顯示推出新一代振動回饋方案；中國如衡業(yè)新材等，也在研發(fā)“新一代觸摸回饋”的核心硬件。

　　這次蘋果推出了“Force Touch”的技術應用，為更廣大的“人機觸覺互動”打開了大門，讓用戶邁進了新一代“觸覺互動”的時代。

　　二、3D Touch 的技術原理

　　壓力觸摸的原理，其實很容易理解：

　　屏幕感應手指壓力——透過手指壓力的面積變化——從而產(chǎn)生不同的電學信號——壓力感測器件根據(jù)電信號進行處理——手機 CPU 接收壓力感測器訊號——手機 CPU 產(chǎn)生相應的指令——顧客感知由壓力產(chǎn)生的指令變化（比如屏幕變化、功能表）

　　下圖就是展示使用者如何透過按壓方式，獲得手機 / 平板回應的這一完整流程：

　　從上圖所示，觸覺回饋的技術原理，由觸摸產(chǎn)生的壓力、壓力的辨識、辨識后的回饋指令這三大部分組成，其中很重要的是觸覺感測器“Force Touch Sensors”，它是按壓觸摸的重要零件。

　　而手機構造的輕薄，也對觸摸感測器與 FPC 提出很高的要求，相對于平板和電腦來說必須非常輕薄。這次蘋果手機反而增加厚度，是因為“Force Touch”的關鍵零件所產(chǎn)生的厚度，也就是加入了 Force Touch 壓力模組。不過也有傳，蘋果在下一代手機上，會縮小這個厚度，那么蘋果屆時會在哪里做何改動？（編按：蘋果的作法是把相關的感應器整合進in-cell 的面板中，官方發(fā)布的影片就有部分說明）

　　三、3D Touch 的構造

　　1、整體觸摸構造：

　　根據(jù)目前對iPhone 6s 的拆解，其采用的屏幕依然是Incell 屏幕，供應商為 JDI等日本公司，Incell 屏幕的觸摸層在 COVER GLASS 之下，而且還要加上“Force Touch”的物理零件，因此，屏幕的構造必須非常精巧。

　　2、觸摸層的特殊變革 / 材料變化

　　雖然依然是Incell 屏幕，而其觸摸層是否引入了最新的革命性材料，暫時尚未可知，但從網(wǎng)絡上能看到：蘋果要求其日本供應商供應納米銀屏幕，因此，行業(yè)看好的 SILVER NANO WIRE（納米銀）是否已經(jīng)應用與新一代蘋果中，暫未確認。

　　▲ SILVER NANO WIRE。

　　蘋果的專利顯示，蘋果將原有的觸摸層，接近液晶的部分，將其中ITO 的 VCOM 層切割成平行線，就是為了壓力觸摸的實現(xiàn)。

　　3、壓力感測器部分

　　根據(jù)對蘋果 Mac 的公開拆解，Mac 上有四個壓力感測器，分別位于觸摸的四方，而且還有一個由磁性材料組成的“回饋體系”。

　　▲ Mac 的觸摸板拆解。

　　從以上拆解的 Mac 觸摸板上看，F(xiàn)orce Touch 早已應用在 Mac 上，由于 Mac 面積和厚度，都更適合進行壓力觸感層的處理，因此，蘋果手機的采用，也來自于在 Mac 上使用的工藝積累。

　　必須要看到的是，Mac 上有個專門的“回饋系統(tǒng)”──

　　由磁性材料組成的“回饋器”，它的作用是對用戶按壓時進行聲音或震動的回饋，讓用戶的體驗更有“真實感”。

　　▲網(wǎng)上流出的蘋果iPhone 6s 的拆解：比iPhone 6 略厚，因為內(nèi)置了觸摸感測器。

　　由于目前還沒有真實完整的iPhone 6s 拆解，特別是針對其壓力觸摸部分的逐件拆解，因此，如何精巧地將壓力觸摸部分放置其中是一大難題。且根據(jù)媒體公布手機厚度增加，應該起觸摸控制器件的作用，但目前尚無法做到非常輕薄，有其物理極限。

　　下一代的iPhone 7，蘋果已經(jīng)表示會更薄，而更薄是來自于觸摸部分的變化，還是蘋果本身其他零件結(jié)構的變化，不得而知，只能等相關消息放出，我們再做深入分析。

　　四、“觸覺互動”才是 Force Touch 開啟的未來

　　1、觸覺互動的起源與雛形

　　壓力傳感技術，只是“觸覺回饋體系”的開局，下一代手機有望在觸覺回饋體系上，衍生出很多令消費者驚呼的應用。目前的 Force Touch 技術，只有指令和屏幕功能的變化，還沒有來自“手機對顧客的物理回饋”。

　　──這就是未來的“觸覺互動”。

　　觸覺互動不僅包括手機軟件體系的回饋，也包括手機“硬件體系的回饋”。比如，當你觸摸屏幕上的仙人掌，如果能感到一種刺手的感覺，這就是對“觸覺互動”的通俗詮釋。更通俗來說，就是模擬、真實的感覺。

　　幾年前，日本在觸覺振動零件的推動下，生產(chǎn)了幾款可以快速回應振動的手機和平板，但當時的這些產(chǎn)品和壓力觸摸都沒有多大關系：

　　比如，日本 DOCOMO 生產(chǎn)一款“RAKURAKU”老人手機，其振動回饋可以讓老人在觸摸屏幕時有觸感，像在按壓鍵盤一樣的實物感，還曾風靡一時；日本松下也推出獨特振動回饋的平板；韓國 PANTECH（潘泰）也推出過精敏振動的平板等。

　　▲日本富士通的 RAKURAKU 老人手機。

　　但由于當時沒有提出由壓力傳導，再透過物理回饋而組成一個閉環(huán)回路，這些置入了觸覺振動零件的產(chǎn)品并沒有引起行業(yè)的熱議，但這已經(jīng)算是“觸覺互動的雛形”。

　　2、觸覺互動的關鍵器件：物理回饋器件

　　觸覺互動體系，離不開一個關鍵零件：觸覺振動回饋零件，它要求的回饋速度和精度，根本不是現(xiàn)有的偏轉(zhuǎn)振動馬達或直線振動馬達所能達到的。它需要全新的振動回饋零件，其中包括磁性材料、壓電陶瓷材料，而壓電陶瓷材料與 MEMS 工藝結(jié)合的器件，被認為是最佳的回饋零件。

　　而頗悲傷的是，目前壓電 MEMS 器件也在突破之中。現(xiàn)在存在的局限性有：體積只適合 PAD，離手機對體積的要求有距離、功耗問題，但目前由多層陶瓷帶來的功耗大大降低，有望解決這一問題。

　　從事關鍵硬件研發(fā)的有日本的科技企業(yè)，也有中國年輕的海歸科技企業(yè)的身影。比如有從事陶瓷振動材料與零件研發(fā)的的科研朋友常和我坦言：我們堅信這一趨勢，透過材料與結(jié)構技術，已經(jīng)將電壓由 100V以上降到 36V，并在部分大尺寸的平板上進行試用，但應用于手機上面，還需要在體積等方面進行諸多改進。

　　▲中國企業(yè)衡業(yè)新材研發(fā)的“新一代陶瓷振動零件”原型。

　　3 、“觸覺互動”的未來

　　蘋果引領的“觸覺互動”，有著廣闊的未來應用前景，它不僅讓顧客有真正的“人機對話”體驗感，更會產(chǎn)生更多更大的應用市場，比如物聯(lián)網(wǎng)的應用等，也將翻開手機應用的新一頁。

　　更重要的是，觸覺回饋也將帶來行業(yè)的一系列連鎖反應，將催生更多新材料、新工藝、新零件的革命，特別是新材料與 MEMS 工藝的結(jié)合，將在其中得到廣泛的應用。

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