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明明是一块平面玻璃,为什么手指却感觉“按下去了”?汉得利控股的波速传感器用压电技术给出答案

发布时间:2026-10-20 14:36:35来源:
汽车座舱正在越来越“平”。过去旋钮、拨杆、机械按键占据的区域,正在被中控大屏、黑色玻璃面板和隐藏式触控界面取代。消费电子、智能家电也在经历类似变化:表面越来越平整,结构越来越简洁,过去凸起的旋钮和按键正在被触控界面取代。
但一个很容易被忽略的问题也随之出现——机械按键消失以后,手指原本能够感受到的行程、阻力和回弹,也一起消失了。这也是为什么有些全触控界面看起来很高级,用起来却总让人觉得“差点意思”。眼睛看到按钮亮了,耳朵可能听到提示音,但手指没有得到那一下熟悉的确认。
而压电触觉反馈要解决的,正是这件事。
汉得利控股的波速传感器正在把多层压电陶瓷进一步应用到触觉反馈和微型致动领域。它并不需要真的让一块玻璃像机械按键一样向下移动几毫米,而是利用压电材料极快的机械响应,在用户触摸的一瞬间制造一次短促、清晰的机械刺激,让手指获得类似“按下去”的确认感。换句话说,按键可以消失,但“按下去”的感觉并不一定要消失。
一块几乎没有位移的玻璃,为什么能让手指感觉“按下去了”?
理解这件事,首先要从人的触觉系统说起。人的指腹并不是一个简单的“压力传感器”,皮肤中分布着多种机械感受器,例如 Merkel 细胞、Meissner 小体、Ruffini 末梢和 Pacinian 小体,它们分别对持续压力、低频振动、皮肤拉伸以及更快速的机械变化具有不同敏感性。也就是说,我们判断“有没有按下一个按钮”,并不完全依赖按钮究竟移动了多少毫米,而是在同时读取压力变化、振动、加速度和时间变化等一整套机械信息。
一个传统机械按键被按下时,手指会经历阻力增加、结构触发、瞬间释放以及回弹,这些变化共同形成我们熟悉的“咔哒一下”。人的大脑并不会去测量这个按钮到底下降了1毫米还是2毫米,而是根据这段很短的机械信号判断:这次操作已经完成。
所以,如果能够人为重新制造出类似的机械刺激,即使眼前仍然是一整块完全平整的玻璃,手指依然可能获得非常明确的点击确认。
压电陶瓷恰好非常适合制造这种短促而快速的机械动作。
压电效应已经有一百多年的研究历史。1880年,Pierre Curie 和 Jacques Curie 兄弟发现了压电效应,随后逆压电效应也得到理论和实验验证。简单来说,压电材料受到机械作用时可以产生电信号;反过来,当外部电场作用于压电材料时,材料也会产生机械形变。
一百多年后的今天,这个基础物理现象正在进入汽车座舱、消费电子和智能触控表面。电信号不再只是点亮屏幕上的一个图标,还可以通过压电陶瓷变成一次真实的机械动作,再传递到人的手指。

压电触觉真正控制的,不只是“震不震”,而是“怎么震”
如果只是让设备产生振动,传统振动马达早已能够做到。手机收到消息时震一下、游戏手柄产生反馈,这些技术已经非常成熟。但高质量的触觉交互真正需要解决的,并不是设备有没有振动,而是在什么位置、什么时间、以什么方式振动,才能让人产生预期的触感。
对于压电触觉来说,驱动电压的波形、频率、上升沿速度、持续时间、正反向形变、执行器安装位置,以及玻璃本身的厚度、尺寸和结构模态,都会改变*终的触觉体验。同一个压电器件,装在不同厚度的玻璃上,手感可能完全不同;粘接层发生变化,机械能量传递也会发生变化;执行器距离结构固定点不同,局部振动强度和传播范围同样会改变。
因此,真正的压电触觉系统并不是“在玻璃下面贴一块陶瓷”这么简单,而是由压电材料、执行器结构、玻璃或面板、机械安装、驱动波形以及触觉算法共同组成的一套系统。
国际上不少高校和研究机构也一直在探索这条路线。Stanford 的 Sean Follmer 团队与 MIT Media Lab 的 Hiroshi Ishii 等研究者,曾通过小型压电执行单元构建可编程触觉阵列,让移动设备的边缘产生不同的物理触感。瑞士 EPFL 等机构则研究过利用压电执行结构改变触摸表面的摩擦状态,使手指在同一块平面上滑动时能够感受到不同的纹理。
这些研究背后其实指向同一个方向:未来触觉技术要设计的可能不再只是“振动”,而是“触感”。
按钮的点击感、确认感、边界感,甚至不同材质和纹理带来的感觉,都有可能通过机械波形和结构响应重新被设计出来。
多层压电陶瓷,让微小形变拥有更实用的执行能力
单片压电陶瓷的形变量通常并不大,而多层压电陶瓷的思路,是将许多非常薄的压电功能层进行叠层,并通过内部电极结构让多层材料共同参与工作。这样可以在较小尺寸内获得更加实用的机械输出,同时降低单层所需要承担的驱动条件。
对于触觉反馈而言,这一点尤其重要。智能座舱和消费电子没有太多空间留给执行机构,但又希望触摸之后的反馈来得足够快、足够清晰。多层压电结构因此能够把“薄”和“快”这两个特性结合起来。
在汉得利公开展示的多层压电技术方案中,相关压电执行技术已经把响应速度、加速度、厚度以及工作频率范围作为重点能力方向。对于实际触觉体验来说,响应越快,用户点击之后感觉到的机械反馈就越接近操作本身;器件越薄,就越容易隐藏在玻璃、触摸板和中控面板之后;而更灵活的频率和波形控制,则意味着未来可以设计的不只是一种固定的“震一下”。
这也是压电触觉与普通提示振动之间很重要的区别:前者更接近一种可编程的机械反馈。

真正把这种技术做进汽车,难度还要继续增加。实验室里让一块玻璃产生一次明显的触觉并不困难,真正困难的是几十万次甚至更长期操作以后,反馈是否仍然一致;高温、低温、振动以及长期老化之后,触感是否仍然处于设计范围;不同批次的玻璃、胶层和结构公差发生变化以后,系统能否保持稳定。
这时候,压电陶瓷本身只是整个体系中的一环。材料、结构设计、驱动电路、机械仿真、算法调校以及批量制造的一致性,都需要被同时考虑。
这也是汉得利控股的波速传感器背后母公司能力开始体现价值的地方。汉得利在压电器件、汽车电子和声学领域已经积累多年,同时持续开展产学研合作。此前曾与天津大学先进陶瓷相关科研平台开展合作,与南京航空航天大学建设企业研究生工作站,并与江苏大学、江苏理工学院等高校在人才培养、技术研发和校企协同方面保持交流。这些合作的意义并不只是增加几个高校名称,而是因为压电触觉本身就是一个典型的跨学科问题:材料决定陶瓷性能,机械结构决定振动模态,电子系统决定驱动,算法决定触感,而制造能力*终决定产品能不能稳定地批量复制。
另一方面,汽车行业对供应商的要求又远高于实验室样机。汉得利长期服务汽车电子市场,并曾进入博世、法雷奥、西门子等产业链或合作体系,相关产品也曾用于宝马、奔驰等*车型。对于压电触觉来说,这种产业经验的价值不只是*背书,而是意味着企业更熟悉汽车产品对寿命、环境适应性、一致性和量产质量控制的要求。
从触觉反馈、敲击感知到多层压电陶瓷,汉得利控股的波速传感器正在尝试把压电材料从传统器件进一步推向人机交互系统。过去人们更熟悉的是让压电陶瓷“发出声音”或者“感知振动”,而现在,它开始承担另一种角色——主动制造人能够感觉到的机械信息。
所以,压电触觉真正有意思的地方,并不是简单地让玻璃“震一下”。
它真正要做的,是让一块原本完全没有机械结构的平面重新拥有可以被设计、被控制、被重复的触觉语言。同一块玻璃,可以通过不同的驱动波形告诉用户“已经点击”“操作确认”“功能开启”,未来甚至可能让不同区域和不同功能拥有完全不同的手感。
过去,机械按钮用弹簧、行程和结构定义手感。
未来,智能表面可能开始用材料、波形和算法定义手感。
而这,或许才是压电陶瓷进入下一代人机交互真正值得关注的地方。
(责编: admin)

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