Google開放硬件：振動觸控平臺（VHP）技術觀察

當前手機/手表/手環等電子產品基本都有振動功能，振動是透過驅動小型馬達（或其他類型的發振裝置）來實現，振動除了用來通知給使用者（輸出），使用者也可以反壓反觸回饋成為操控（輸入）。

不過，目前每一型款的智能裝置，其振動設計都是個別客制打造而成，包括要配置幾個馬達、馬達安放的位置、設計上的反復驗證微調等，只要換另一型款就無法沿用，需重新再來。

對此，Google Research提供一個共通的振動觸控平臺，期許能降低個別客制開發的心力，此稱為VHP（Vibrotactile Haptics Platform），并開放發布在GitHub上。

Google VHP平臺電路板正面與反面

VHP技術剖析

VHP既然要用于智慧手機/手表/手環自然要很嬌小省電，目前初估有3～25小時的電池使用時間，且為了適合穿戴式設計而實行軟板（flex）連接器。VHP可操控12組驅動馬達，可同時各自獨立操控驅動。

VHP平臺上的主控芯片是Nordic公司的nRF52系列藍牙收發器芯片，芯片用12個脈波寬度調變（PWM）輸出接腳來各自控制振動馬達，而后nRF也接受各種輸入，包含模擬麥克風、脈波密度調變（PDM）麥克風、USB接口、BLE藍牙接口、串行接口、加速度傳感器等。

Google VHP平臺電路示意圖

前面提到使用者是可以反壓反觸來達到輸入效果，主要是反壓反觸時馬達的電流會改變，量測電流的改變即可知道反壓反觸的程度。不過，回饋的通道不是12組個別對應，而是透過24:2的多任務器，運用輪流切換的方式，回饋到nRF52芯片上的模擬數字轉換（ADC）輸入接腳上。

之所以不量測電壓改變而是量測電流改變，開發者說明主要是為了能同時振動輸出與反觸輸入，以及設計上可以減少電路板使用面積。開發者也試圖用量測電流的方式來判別裝入的振動器類型，透過輸出不同的掃描頻率然后量測其電流，就可以知道裝配的是線性諧振致動器（LRA）、線性磁性桿（LMR）或音圈振動器（Voice Coil），這個判別運用上了機器學習領域的支持向量機（SVM）分類演算技術。

Google VHD透過轉接器連接3種不同的發振裝置

不同的發振裝置因應掃描頻率而有不同的電流變化

除了判別不同的振動器外，開發者也先行測試驗證了手表或手環在有無配戴時的電流特性，讓穿戴裝置知道自己是否已被配戴上，甚至可以偵測到配戴的松緊度。另外，整個平臺的韌體程序是一套具有移攜性的C/C++函式庫，可以在Arduino生態系統中使用（創客的好消息）。

以250Hz頻率驅動致動器，致動器被按壓時波形明顯改變

透過感測電流變化就知道有無被配戴

有了觸感回饋能力后，VHP可以發展各種應用，例如協助讀唇，聽障者雖然可看對方的唇形來了解所說的話語，但有些話語不容易精準判別，例如英文念pin（針）與min（分鐘）在唇形上是很相像的。

雖然唇形相像，但念pin的時候，手腕可以量測到比較多的觸感（講者比較發力的緣故），反之min較少，如此就可透過其他方式告知聽障者目前念的是pin還是min。

發展潛力

協助讀唇只是應用之一，平臺提出者也列舉其他可能的應用，例如在智能手機上配置多個振動器，而不是現有1、2個而已，透過更細膩的發振與回壓，可以讓手機游戲更有趣，或在影音播放時有更方便、細膩的互動操控。

也可以用在心理學的實驗上，配戴上手環以便量測不同情境、不同問題時的反應；或者可以進行不同的輸出轉換表達，例如把視覺轉換成觸覺、把磁場強度轉換成觸覺等；或者是量測按壓松緊度等。

值得一提的是，開發者認為偵測電流回饋是VHP平臺的獨有特色，此一回饋設計也稱為負載傳感器（load sensor，圖2紅框部分）。

最后平臺發起者也希望更多人給予他們建議，或提供更多應用（特別稱為On-body application）的可能發想，讓平臺更具潛力與發展價值。

審核編輯：湯梓紅