ลงมือปฏิบัติจริงด้วยการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่เปิดใช้งานระบบสัมผัส

ความนิยมและประโยชน์ใช้สอยที่เพิ่มขึ้นของอุปกรณ์ที่ใช้ประโยชน์จากเครื่องมือและบริการดิจิตอลกำลังกระตุ้นให้นักออกแบบผลิตภัณฑ์จำนวนมากขึ้นผสานรวมเทคโนโลยีระบบสัมผัสที่รับประกันการมีส่วนร่วมของผู้ใช้มากขึ้นและมอบประสบการณ์ที่ดื่มด่ำมากขึ้น การปรับปรุงอินเตอร์เฟสดิจิตอลด้วยความรู้สึกแบบสัมผัสจะเพิ่มการโต้ตอบด้วยการสัมผัส สร้างประสบการณ์เพิ่มเติมที่เสริมหรือนอกเหนือไปจากการมองเห็นและการได้ยิน นักออกแบบที่กระตือรือร้นที่จะใช้ประโยชน์จากความสามารถแบบสัมผัสสามารถใช้ประโยชน์จากส่วนประกอบที่พร้อมใช้งานเพื่อติดตามกรณีการใช้งานใหม่และโอกาสทางธุรกิจ

ระบบสัมผัสกำลังถูกนำไปใช้ประโยชน์ในผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคที่มีการมองเห็นสูงอยู่แล้ว ตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงรถยนต์ ไปจนถึงระบบขายหน้าร้านและตู้เอทีเอ็ม นอกจากนี้ยังใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์และเครื่องมือผ่าตัด เครื่องจักรอุตสาหกรรมและการผลิต และการใช้งานระบบอัตโนมัติในอาคาร

ต้นกำเนิดของการสัมผัสมีมาตั้งแต่ปี 1880 เมื่อ Pierre และ Jacques Curie สาธิตเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกของวัสดุบางชนิดเพื่อสร้างประจุไฟฟ้าขนาดเล็กโดยใช้แรงทางกล เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับจะสร้างการเคลื่อนไหวทางกายภาพของวัสดุเมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าและถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาการตรวจจับเรือดำน้ำด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในยุคแรกๆ และระบบวิทยุในอากาศ หลักการเดียวกันนี้เป็นหัวใจสำคัญของแอคชูเอเตอร์และทรานสดิวเซอร์ที่ใช้กันทั่วไปในลำโพงขนาดเล็ก ไมโครโฟน และแม้แต่บัตรของขวัญทางดนตรี

การผสมผสานความสามารถด้านการสัมผัสเข้ากับความเป็นจริงเสมือน (VR) ความเป็นจริงเสริม (AR) และอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ถือเป็นศักยภาพในการปรับปรุงการมีส่วนร่วมของผู้ใช้กับอุปกรณ์ที่มีอยู่อย่างมากมาย และปูทางไปสู่แอปพลิเคชันใหม่ แอคชูเอเตอร์แบบสัมผัสแบบเพียโซอิเล็กทริกเพิ่มสัมผัสที่สมจริงให้กับการโต้ตอบเสมือนจริง ด้วยการสั่นสะเทือนที่ให้ความรู้สึกเป็นธรรมชาติและน่าดึงดูดของการตอบสนอง เช่น การจำลองประสบการณ์การเล่นเกมตั้งแต่การแข่งรถไปจนถึงการยิงอาวุธ

ระบบสัมผัสสามารถมีบทบาทสำคัญในการเอาชนะปัจจัยที่จำกัดการมองเห็นหรือเสียงในการจดจำการแจ้งเตือนที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น ในสถานพยาบาล ระบบสัมผัสสามารถช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานตอบสนองต่อปัจจัยต่างๆ ได้มากขึ้น ซึ่งสามารถพิสูจน์ได้ว่าช่วยชีวิตได้ในสถานการณ์ที่ทุกวินาทีสามารถสร้างความแตกต่างให้กับผลลัพธ์ที่ดีต่อสุขภาพได้

สัมผัสถึงอนาคต: กรณีการใช้งานและการใช้

ศักยภาพของระบบสัมผัสถูกจำกัดด้วยวิสัยทัศน์ของนักออกแบบผลิตภัณฑ์เท่านั้น ในขณะที่ AR และ VR ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น และปัญญาประดิษฐ์ (AI) และการเรียนรู้ของเครื่อง (ML) ยังคงพัฒนาต่อไป ระบบสัมผัสจะมีแนวโน้มที่จะมีบทบาทสำคัญในการมอบประสบการณ์ดิจิตอลที่ดื่มด่ำที่เพิ่มมากขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมไปถึง:

• ในทางการแพทย์ ซึ่งระบบสัมผัสได้เริ่มมีบทบาทในการผ่าตัดโดยใช้หุ่นยนต์ช่วยและกระบวนการทางทันตกรรมแบบรุกราน ซึ่งช่วยจำลองประสบการณ์การสัมผัสและสัมผัสที่แพทย์ได้รับจากการฝึกฝนมานานหลายปี เมื่อใช้ร่วมกับ VR ระบบสัมผัสจะพัฒนาการเรียนรู้ทักษะทางการแพทย์โดยการจำลองขั้นตอนในโลกแห่งความเป็นจริงในลักษณะที่ให้ประสบการณ์จริง ตั้งแต่การใช้มีดผ่าตัดไปจนถึงอาการใจสั่น ระบบสัมผัสสามารถนำไปสู่ความก้าวหน้าในการฟื้นฟูผู้ป่วยสำหรับเหยื่อจากอาการบาดเจ็บที่ทำให้ร่างกายอ่อนแอลง ช่วยให้ผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองได้เรียนรู้ทักษะการเคลื่อนไหวที่สำคัญอีกครั้ง และทำให้ผู้พิการมีความสามารถในการเอาชนะข้อจำกัดของกลไกเทียม
• กรณีการใช้งานด้านยานยนต์ ซึ่งระบบสัมผัสกำลังให้คำเตือนแบบสัมผัสสำหรับการออกนอกเลนและการจับพวงมาลัยไม่ถูกต้องแก่ผู้ขับขี่รถยนต์ การผสานรวมสมาร์ทวอทช์เข้ากับระบบนำทางสามารถแจ้งเตือนผู้ปฏิบัติงานถึงทางเลี้ยวที่กำลังจะมาถึง ช่วยลดความจำเป็นในการเพ่งดูแผนที่บนหน้าจอออนบอร์ด
• อุตสาหกรรมและการผลิต ซึ่งผู้ควบคุมเครื่องจักรกลหนักและพนักงานในสายการผลิตสามารถถูกรบกวนได้ง่ายโดยต้องเหลือบมองปุ่มหรือหน้าจอ ระบบสัมผัสสามารถช่วยให้พวกเขาจดจ่อกับงานที่อยู่ข้างหน้าหรือข้างหลัง ในขณะที่ยืนยันว่าพวกเขาตัดสินใจได้ถูกต้องโดยไม่ต้องละสายตาจากไป ระบบสัมผัสสามารถรวมอยู่ในถุงมือและเสื้อผ้าเพื่อให้สามารถควบคุมเครื่องจักรจากระยะไกลได้อย่างแม่นยำ แม่นยำในการหยิบสินค้า และเพื่อให้ข้อเสนอแนะหรือการแจ้งเตือนในสภาพแวดล้อมที่อาจเป็นอันตราย
• บริการค้าปลีกและการเงิน เนื่องจากลูกค้ากำลังสัมผัสประสบการณ์สัมผัสในการเผชิญหน้าในชีวิตประจำวันกับระบบ ณ จุดขายและตู้เอทีเอ็ม เช่น การยืนยันการโต้ตอบโดยใช้การ์ดและอุปกรณ์มือถือ การผสมผสานระบบสัมผัสและ AR/VR เข้าด้วยกัน ถือเป็นศักยภาพสำหรับประสบการณ์การช้อปปิ้งออนไลน์ที่หลากหลาย ซึ่งช่วยให้ผู้บริโภคจำลองสิ่งที่พวกเขาคาดหวังในการดำเนินธุรกิจค้าปลีกทางกายภาพได้อย่างแท้จริง
• เครื่องใช้ไฟฟ้า ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าพร้อมแล้วสำหรับระบบสัมผัส สมาร์ทโฟนระบบสัมผัสตัวแรกเปิดตัวในงาน Consumer Electronics Show ปี 2000 และเทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้อย่างรวดเร็วกับสมาร์ทโฟน Android และ Apple โดยเริ่มแรกเพื่อช่วยปรับปรุงประสบการณ์ผู้ใช้เมื่อพิมพ์บนแป้นพิมพ์เสมือนและการกดไอคอนบนหน้าจอ แต่ระบบสัมผัส (haptics) ประสบความสำเร็จในช่วงก่อนหน้านี้ด้วยการเพิ่มประสบการณ์ให้กับนักเล่นเกมวิดีโอในช่วงทศวรรษ 1990 ด้วยตัวควบคุมและอุปกรณ์เสริม เช่น แอกบังคับเลี้ยวที่ให้การตอบสนองแบบสัมผัสสำหรับการขับขี่และเกมยิงปืน และอื่นๆ อีกมากมาย ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์ผู้บริโภคและบริการดิจิตอล ตั้งแต่เครื่องติดตามฟิตเนสไปจนถึงชุดหูฟังและแว่นตา AR/VR นักออกแบบผลิตภัณฑ์กำลังเร่งพัฒนาความสามารถใหม่ ๆ ที่ทำให้โลกดิจิตอลจับต้องได้เช่นเดียวกับทางกายภาพ

องค์ประกอบสู่ความสำเร็จ: ทางเลือกสำหรับทุกความต้องการ

ผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถใช้พอร์ตโฟลิโอส่วนประกอบที่พร้อมใช้งานเพื่อสร้างอินเตอร์เฟสที่รองรับระบบสัมผัสซึ่งเหมาะสมกับข้อกำหนดเฉพาะและความต้องการใช้งานของตน

ขั้นตอนแรกคือการทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีที่มีอยู่และข้อกำหนดในการออกแบบ ส่วนประกอบระบบเครื่องกลไฟฟ้าเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันทั่วไปในการตอบสนองระบบสัมผัส โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นหมวดหมู่หลักดังต่อไปนี้:

• มวลการหมุนเยื้องศูนย์ (ERM) แอคชูเอเตอร์ใช้มวลหมุนนอกแกนที่ติดอยู่กับมอเตอร์กระแสตรงเพื่อสร้างการสั่นสะเทือนที่สามารถให้ความรู้สึก "ดังก้อง" ในความถี่ต่ำ (รูปที่ 1) แอคชูเอเตอร์จะสั่นที่ความถี่ซึ่งสัมพันธ์โดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนของอุปกรณ์ เนื่องจากมอเตอร์ที่กำลังหมุนใช้เวลาสั้น ๆ เพื่อให้ได้ความเร็วตามที่ต้องการเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า — และเพื่อชะลอมอเตอร์ให้หยุด — จึงเหมาะที่สุดสำหรับการใช้งานที่ต้องการเอฟเฟกต์การสั่นสะเทือนที่เห็นได้ชัดเจน แต่ไม่จำเป็นต้องใช้รูปแบบการสั่นสะเทือนที่แม่นยำอย่างเคร่งครัด . PUI Audio มีแอคชูเอเตอร์ ERM หลายตัว รวมถึงตัวยึดบนพื้นผิว HD-EMB1104-SM-2 ซึ่งให้การตอบสนองแบบสัมผัสที่แข็งแกร่งในบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็กที่มีขนาด 3.4 mm x 4.4 mm x 11 mm เหมาะสำหรับกลุ่มการแพทย์ ยานยนต์ หรืออุตสาหกรรม อุปกรณ์ผู้บริโภคหรืออุปกรณ์พกพา หรืออุปกรณ์รักษาความปลอดภัย อีกทางเลือกหนึ่งคือ PCI Audio HD-EM0602-LW15-R DC ERM แบบไร้แปรงถ่าน ซึ่งมีการปรับปรุงความเร็วและการควบคุมแรงบิด และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแอคทูเอเตอร์แบบมีแปรง

รูปที่ 1: มุมมองแบบกระจายของแอคชูเอเตอร์ ERM (ที่มา: PUI Audio)

• อุปกรณ์ ตัวกระตุ้นแบบเรโซแนนซ์เชิงเส้น (LRA) (รูปที่ 2) ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากระแสสลับและสร้างการสั่นสะเทือนในสองทิศทางตามแกนเดียว ช่วยให้รูปแบบการสั่นสะเทือนที่มีความละเอียดสูงและตอบสนองสามารถส่งข้อมูลไปยังผู้ใช้ได้ LRA สร้างการสั่นสะเทือนโดยการเคลื่อนมวลไปในทิศทางเชิงเส้นเมื่อขดลวดตื่นเต้นกับความถี่และแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ ทำให้สามารถควบคุมทั้งความแรงของการสั่นสะเทือนและความถี่ได้อย่างอิสระ ต่างจาก ERM ตรงที่มีอุปกรณ์ที่ติดตั้ง LRA ผู้ใช้จะรู้สึกถึงการสั่นสะเทือนทันทีที่คอยล์ตื่นเต้นและมวลเคลื่อนขึ้นหรือลง เทคโนโลยีนี้เกี่ยวข้องกับลำโพงแบบดั้งเดิมที่ขดลวดถูกกระตุ้นด้วยรูปคลื่น ทำให้แม่เหล็กและไดอะแฟรมเคลื่อนที่และสร้างคลื่นเสียง HD-LA1307-SM จาก PUI Audio เป็น LRA แบบยึดติดบนพื้นผิวที่กันน้ำ ระดับ IP ซึ่งอำนวยความสะดวกในการผสานรวมเข้ากับแอปพลิเคชันปลายทางต่างๆ เช่น สภาพแวดล้อมความเป็นจริงเสมือน คอนโซลเกม เครื่องจำลองทางการแพทย์ อุปกรณ์พกพา และอินเตอร์เฟสการควบคุมสำหรับผู้บริโภคและอุตสาหกรรม

รูปที่ 2: มุมมองแบบกระจายของ LRA (ที่มา: PUI Audio)

• มอเตอร์คอยล์เสียง (VCM) หรือที่เรียกว่าวอยซ์คอยล์แอคชูเอเตอร์ (VCA) (รูปที่ 3) ใช้เทคโนโลยีวอยซ์คอยล์แบบเดียวกับ LRA แต่มีความคล้ายคลึงกับลำโพงมากกว่า มวลเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง เช่นเดียวกับใน LRA แต่มีขนาดและมวลเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดเอฟเฟกต์การสั่นสะเทือนที่มีสาระสำคัญและสมจริงมากกว่าสิ่งที่สามารถจำลองด้วย LRA ได้ VCM ทรงกระบอก HD-VA2527 จาก PUI Audio ให้เอฟเฟกต์การสั่นสะเทือนที่ยืดหยุ่นและซับซ้อน

รูปที่ 3: VCA ขยายมุมมอง (ที่มา: PUI Audio)

• เพียโซอิเล็กทริก ส่วนประกอบระบบสัมผัส ซึ่งมักเรียกว่าเพียโซเบนเดอร์หรือเพียโซบัซเซอร์ มีพื้นฐานมาจากเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ และประกอบด้วยชั้นแบนของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ใช้งานอยู่ ซึ่งจะโค้งงอและหดตัวเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า ทำให้เกิดเสียงและการสั่นสะเทือน มีจำหน่ายในรูปแบบดิสก์เช่น HD-PAB1501 และแบบแถบเช่น HD-PAS2507 ของ PUI Audio เพียโซเบนเดอร์สามารถส่งสัญญาณที่ซับซ้อนและมีรายละเอียดมากขึ้น เช่น เสียงการเต้นของหัวใจ ซึ่งเป็นความรู้สึกสมจริงอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ส่วนประกอบเหล่านี้ให้ความแม่นยำในการเคลื่อนที่ที่สูงขึ้น ความเร็วตอบสนองที่เร็วขึ้น พลังการสร้างที่สำคัญมากขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น พวกเขาต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ERM และ LRA แต่นักออกแบบสามารถใช้วงจรรวม "เบนเดอร์ไดรเวอร์" เพื่อตอบสนองความต้องการแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายแรงดันต่ำ

สรุป

นักออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถใช้ประโยชน์จากพอร์ตโฟลิโอส่วนประกอบที่หลากหลายเพื่อรวมระบบสัมผัสต่าง ๆ เข้ากับอุปกรณ์ของตนได้ พวกเขาต้องประเมินว่าการสั่นสะเทือนประเภทใดที่เหมาะกับการออกแบบ ตลอดจนคุณประโยชน์และข้อจำกัดของแอคชูเอเตอร์แต่ละตัวในการตอบสนองข้อกำหนดการออกแบบ ความต้องการของผู้ใช้ปลายทาง และการใช้งานเฉพาะ ด้วยตัวเลือกการออกแบบที่เหมาะสม คุณจึงสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ระบบสัมผัสใหม่ ๆ ที่จะกระตุ้นโอกาสทางธุรกิจใหม่ ๆ ได้