No33 PS5也是热门话题！迷惑人类触觉的“振动”的深奥世界

发布于 2021 年 3 月 3 日
采访和文字：Sochika Nishida，Bluebacks 编辑部

“PlayStation 5”中同样备受关注的技术

从智能手机到游戏机，我们现在周围都是振动的机器。

2020 年底发布的 PlayStation 5 控制器也成为热门话题，因为它融入了比以前更精细的振动元素，可以实现更真实的表达。引入了一个系统，通过改变控制器发出的“振动”和“声音”来匹配行走或跑步时被控制的角色的脚部纹理，从而给玩家带来不同的感觉。准确度非常高，无需看视频就可以知道角色当前行走的位置。

事实上，“振动”的世界仍然存在许多艰巨的挑战。当蓝背探险队听说正在研究一种新设备，可以为这个问题带来有趣的解决方案时，他们立即开始调查。

令人瞩目的是米乐m6官方网站开发的“薄膜状振动装置”。是什么样的“震动”给人以真实感？

产业技术综合研究所开发负责人传感系统研究中心 混合传感设备研究团队的Toshihiro Takeshita和Ken Kobayashi并询问他们有什么要说的。

产生“振动”的机制

我们周围的各种“振动”设备首先是如何产生“振动”的？

最常见的方法是在电机末端安装一个重心偏斜的重物。

如果您将某物连接到橡皮筋的末端并用手指转动它，您会发现重心随着其旋转而移动。通常被称为“偏心电机”的机构将重心移动引起的“晃动”转化为振动。由于它最便宜且制作最简单，因此被广泛应用于从游戏机到手机的各种领域。

最近，一种“线性谐振致动器”也开始使用。

线性谐振执行器使用一种机构，该机构利用电磁体的力来移动重物，然后使用板簧来增加振动。它们的特点是比偏心电机更小，主要用于薄型智能手机。

第三种方法

先生竹下指出，“但是，它们都有一个共同的问题。”挑战在于“因为我们正在移动有质量的物体，所以其形状受到限制”（竹下先生）。

“重量”对于使其振动至关重要。如果你需要大的振动，你就需要大的重量。重量和移动它的机构都必须是又硬又重的装置。承载此类重量的设备的形状和尺寸受到限制。

还有另一种“产生振动”的方法。——它被称为“压电型”。

在便携式收音机中，有时使用薄金属盘代替扬声器。这是压电扬声器。施加高电压使板振动，振动产生声音，但如果用它直接产生振动而不是声音，它就变成了“传递振动的装置”。压电装置的优点是可以做得非常薄，但也有坚硬且难以弯曲的缺点。

“粘贴”振动装置！？

这就是竹下等人开发的“薄膜式振动装置”的所在地。

薄膜振动装置，顾名思义，就是薄膜形式的振动装置。由于它是一个封装在树脂薄膜中的非常薄的薄膜器件（7到726微米）（稍后我会透露它是什么），因此它可以弯曲到一定程度。其特点之一是比其他振动装置轻得多。

“能够弯曲意味着您也可以将其粘贴到曲面上。”

先生竹下解释道。

能够弯曲并将其附着到曲面上有什么好处？ “简单地说，你可以极大地改变振动的施加方式。” （竹下先生）

传统的振动装置，尤其是偏心电机和线性谐振执行器，通过移动大重量来产生振动，从而产生相应较大的振动，但一直无法将它们与手掌紧密接触。

“因此，其他设备通过振动所握持的设备本身将振动传递到手，”Takeshita 说。虽然这种方法可以传达振动的强度，但很难“将振动急剧地传递到手上的一个点”。另一个缺点是，振动装置产生的振动是通过装置的主体和装置内部的空气传递的，因此振动的强度比原来的强度有所衰减。

人类指尖检测到“1微米的运动”

然而，竹下等人正在开发的“薄膜式振动装置”的情况并非如此。能够将其直接粘贴到物体上意味着您可以“直接用手触摸它”，这会带来更微妙的振动感觉。

人手，尤其是指尖，可以感知极其微妙的动作。小林说：“人类的指尖可以检测到大约 1 微米的运动。使用该设备，即使在低电压下，设备也会以大约 10 微米的宽度移动，因此我们相信，它不仅可以检测到微小的振动，还可以检测到足够强的振动。”

此外，“薄膜式振动装置”还有另一个特点。通过将小型振动装置排列成阵列，可以很容易地控制振动面积和强度。根据振动的设备数量，强度和位置可以改变，实验表明人类可以辨别出差异。

小林先生表示，“目前，我们可以创建至少 1 毫米 x 5 毫米的区域并将它们组合起来。”这些特性可以说是传统振动装置所没有的特性。

什么是创造新振动装置的“MEMS”？

这怎么可能？

原因在于该设备使用的技术。

该振动装置是采用一种称为“MEMS”的技术制成的。 MEMS是“Micro Electro Mechanical Systems”的缩写，它是一种采用半导体制造工艺制造的集成器件，而不是逐个部件组装而成的。

这是一项应用广泛的技术，适合低成本批量生产具有微小结构的物品，例如喷墨打印机头、智能手机中的加速度传感器、投影仪中的精密反射器。由于薄膜状振动装置还处于原型阶段，目前看来还不能廉价制造，但一旦量产，价格将会迅速下降。

结构上类似于压电器件，其运动会根据施加的电压而变化。另一方面，压电装置的问题在于“需要施加高电压”（竹下先生），而使用MEMS的振动装置则需要较低的电压。因此，“功耗可能会大大降低，”竹下解释道。

令人惊讶的事实

有些事情有点“意外”。

先生小林透露，“最初，我们研究的目的不是制造振动装置。”

先生小林和竹下先生都在AIST研究MEMS器件。在此过程中，他们将“压力传感器”投入实际使用。当对 MEMS 器件施加力时，电功率会发生变化。这是一个使用此信息来监控道路维修状态的传感器。

就在这时，我们的联合开发者欧姆龙想出了一个主意。

“如果它可以检测振动和压力，那么它也可以用作施加振动和压力的设备。”

可能有些人会立即明白，而有些人则不会。扬声器传输声音，但它们也充当麦克风。这是因为当你通电时，它会振动并发出声音，但相反，当你传输声音（空气振动）时，它会产生电流，可以以电信号的形式提取电流。

MEMS 传感器与此类似：当对它们施加压力时，会产生电信号，当对它们施加电力时，它们会“振动”。

人类的“振动”是什么

使用 MEMS 的振动设备仍在开发中。

“传递振动的频率和强度仍有改进的空间”，竹下先生说道。不过，关于生产，小林先生说，“大规模生产的障碍很小，因为我们只将原型生产外包给一般代工厂（半导体制造承包商）。”（小林先生）。密封对于防止腐蚀至关重要，在这个阶段，它被夹在树脂薄膜之间。不过，在实际使用中，小林预测“可以通过将其粘贴在设备表面，然后用树脂覆盖来制成。”

此外，“振动”和“人们如何感知振动”是两个不同的东西。竹下说：“研究我们可以通过振动创造什么样的‘幻觉’，以及什么样的振动最能给人一种特定的感觉，是我未来想要追求的课题。”

如果这一领域的研究取得进展，以各种方式振动的设备可能会让我们体验到以前从未体验过的“新感觉”。

新型“可穿戴设备”的可能性

先生竹下谈到了以下未来的可能性。

“我认为大约需要 10 年时间，但我们也许能够创造出一种可以附着在身体上的设备，它可以产生振动，让人们放松。MEMS 振动设备非常轻，因此可以集成到可穿戴设备中。创建一种可以附着在身体或手臂上并与热量结合以引起放松的设备会很有趣。”

由于 MEMS 很薄并且可以使用半导体技术制造，因此它们将能够找到以前不可能的新用途。