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盲用觸感面板 只差臨門一腳

 

當iPhone 6在千呼萬喚中終於登場、許多蘋果迷高呼「換機」的同時,有一群人很難理解這股狂熱從何而來,因為他們看不見或看不清楚。由於視障朋友無法用眼閱讀,所以最好的方式,就是為他們提供一個「有感」的動態顯示器,但要如何才能有感呢?

對視障朋友而言,布萊葉(Braille)盲人點字法是他們所熟悉的閱讀文字(特別先天全盲朋友,後天全盲朋友會更仰賴聲音介面)。這一套點字法基本上為六點及八點雙列排列,可以涵蓋全世界各種文字,已使用超過了百年的歷史。

目前視障朋友常用的點字顯示器仍是傳統厚重的機械式昇降盲文凸點款式,每一台的報價動輒要100元美金,並不親民。此外,當視障者想知道時間或日期,多半仍使用厚重的掀蓋方式觸摸指針或按鈕報時的款式。今日面板科技日新月異,能不能設計一個能「點字」的顯示器呢?

概念機很多,但想的到做不出來

事實上,已有不少熱心人士提出了盲用手機或平板的概念設計,立意都甚佳,但多數至今仍只是個「概念」,因為在商用技術上難以突破。

多數設計想到的是採用目前在手機中已廣為使用的振動器,希望透過矩陣佈局來達成布萊葉點字排列功能。不過,放太少振動器能「顯示」的解析度太低;放太多又會有成本過高、功耗也高的問題,在實做上又很難做到多點同時觸動,因此商用化是困難重重。

以曾被報導的Squibble為例,就內建779顆超音波馬達來產生觸覺回饋,但若做出來了,預估售價會比iPhone還高!

另一個例子則提出導入可變形的材料,這是6年前有人提出的SiaFu PC,想採用稱為Magneclay的技術。設計者指出,這技術是一種油基合成劑,它的分子結構鬆散,透過電磁性的改變會重排其結構,因而能實現無限次的變形。「如果」這技術真的商用化了,未來的面板還可以呈現3D維度的畫面!不過,網上搜不到這技術的近況,看來不是胎死腹中就是還在鴨子划水呢。

SiaFu PC想採用稱為Magneclay的3維面板變形技術。

還有一種常用的機構式方案,就是利用會昇降的浮動棒來實現每個點子單元的組成(6或8點),也就是透過電路及驅動機構來驅動浮動棒上昇或下降,顯示出盲人朋友想「看」的內容。這種凸點昇降模式其實是今日盲用點字觸摸顯示器的運作方式,但要將這一套厚重笨拙又昂貴的機器微型化成為手機或平板,也很難實現。

薄膜式技術最值得期待

說了這麼多,難道盲用觸覺行動裝置只是一個夢?並非如此,有個技術相當值得期待,而且很適合台灣來實現,那就是薄膜式觸覺回饋技術(Thin Film Tactile Feedback Technology)。

不論是採用振動馬達或壓電元件,機械性的振動方式都很難做到「細膩」的觸覺回饋,這包括佈點的密度(回饋解析度)、振動強度控制,以及回饋時的感受等;此外,對回饋反應有愈細膩的要求,意味著需要更精密機構設計和製造工藝,即使做的出來,成本也不夠親民。

相較之下,薄膜式技術正好滿足了細膩、無機械結構、容易生產及低成本的優勢。顧名思義,就如同觸控面板層層堆疊的架構,薄膜式觸覺回饋技術也是在觸控面板上蓋上一層薄膜,透過電極的放電就能產生觸動的感受。

更進一步來看這技術,在加了觸覺回饋薄膜層後,當觸摸者以手指輕滑顯示面時,由於人的手指帶負電,手指接觸面時將吸引下方裝載的正電膜造成正負電相互吸引,經由晶片控制顫動驅動器在該正電薄膜上輸入電壓及特殊頻率來讓觸摸者產生震動的感受。

當然,只有震動還不夠看,這技術還可透過螢幕表面的靜電場模擬手指和屏幕間的各種不同摩擦,讓用戶產生真實的紋理感覺。

Feel What You See!

事實上這並非顛覆性的新技術,早在1985年就有相關論文發表了。目前在市場最積極推展的廠商,無疑首推Senseg,這是一家創始於荷蘭的公司,主打的賣點是“Let you feel what you can see on screen”,想把觸控(Touch)螢幕轉變為「觸感」(Feel)螢幕,也就是在螢幕上為使用者創造虛擬但真實的觸覺感受,例如靜態的紋理、邊界感覺,以及動態的爆炸、滾動等感受。

薄膜式觸覺反饋技術的關鍵在於帶負電的手靠近帶正電的薄膜時,放電效應會產生觸膜感受。

薄膜式觸覺反饋技術的關鍵在於帶負電的手靠近帶正電的薄膜時,放電效應會產生觸膜感受。

Senseg的技術架構中包括三大單元,分別是薄膜面板、驅動控制電路及應用軟體。

Senseg的技術架構中包括三大單元,分別是薄膜面板、驅動控制電路及應用軟體。

此一願景無疑為顯示器互動設計開創了嶄新的可能,難怪該公司會在2011年11月獲得Time雜誌的50大最佳發明,隔年6月又獲得Entrepreneur Magazine列入2012百大最受注目企業。不過,根據該公司CEO Paul Costigan的最新訪談消息,其技術預估還有一年的時間才會進入量產階段(Source)。

除了應用性極具潛力外,薄膜方案在生產上也能突破過去的瓶頸。此技術的重要原理是不依賴任何運動零組件,也不會引發螢幕的任何物理變化,因而無需改變行動裝置的機構設計,進而能大幅降低開發上的困難。

相較於機械式的振動器,薄膜式方案也不會產生不必要的噪音、所需功耗很低,而且具有可擴展性,從小型到大型設備都適用。此外,由於此觸覺回饋面板具有很高的光穿透率,不會影響該面板畫質的品質,也可於軟性基板上製作,增加應用範圍。

台灣的技術優勢與公益願景

好啦,再回歸盲用面板的主題。對觸控業者來說,加入觸覺回饋或許是變不出花樣下的新賣點;對一般明眼人而言,則是Nice to have的小加分功能吧。但同樣的技術拿給盲人朋友來用,顯然是一次顛覆性的創舉!

在台灣,深厚的半導體技術底子讓這件事更接近現實了。蘇兆鳴是台灣薄膜材料與真空製程技術的先驅,曾帶頭開發出不少引領風騷的機台設備,今日國內相關產業中,有多位大人物都曾共事或曾是他的子弟兵。如今半退休了,他將自己的專業拿來與社會公益結合,積極投入研發使用半導體薄膜技術製作的薄膜式觸覺回饋面板,目標是讓視障朋友也能享受到「觸摸平板」的樂趣。

蘇兆鳴說:「台灣的薄膜材料及相關製程技術居於全球領先地位,也有完整的供應鏈,沒理由做不出薄膜式觸覺回饋的解決方案。」

當然,他很樂意將此技術推向消費市場,但在其產品規劃藍圖中,第一個產品卻是觸覺回饋盲文手錶(Braille Watch),接下來則要推視障電腦點字顯示器(Braille displayer)和盲用手機、電子書。

鎖定公益應用,蘇兆鳴帶領團隊先做視手錶(Braille Watch)。

鎖定公益應用,蘇兆鳴帶領團隊先做視障觸覺手錶(Braille Watch)。

為何率先鎖定公益應用呢?他的理由是:「目前世界上有接近伍千萬人的全盲以及至少三倍於此的低視能者,他們對這類產品的需求是顯而易見的,但總要有人願意把它們做出來。」

用看的和用摸的,大不相同

相較於Senseg,蘇兆鳴相信自己團隊的技術具有獨到的競爭力。他比較兩者的差異性,在基本原理上是相同的,但Senseg是以觸控的導電層為主要的震動層,他們則是另外製作各種尺寸的pixel(如專為盲人定義的braille dot),可以在應用面上更加優化。

此外,由於基本結構限制,Senseg的方案只能產生單點移動觸覺效果,兩指動作就完全無作用,「這缺點Senseg現在也知道了,他們同樣想用pixel方式製作觸覺點,但這方面的專利我已先申請下來了。」

該團隊開發的盲用觸覺回饋面板,關鍵技術就在於提出以 Braille dot 作為基本顫動元件,有助於降低製作成本和提供最佳化的觸覺解析度。在其面板下有一層帶正電的薄膜層,採用目前視障者使用國際通用之布萊葉式(Braille)盲文碼的圖形配置。

「用看的和用摸的,對解析度的定義很不一樣,不能相提並論。」蘇兆鳴指出,一般平面顯示器的解析度,畫素的大小約為 20~30 um, 畫素間距約為10um,而手指觸覺感受僅約為1.0mm間距的解析度,小於這個距離手指皮膚就無法觸覺出差異性。

因此,參考布萊葉點字規範來定義觸動電極的尺寸是最實用的,也就是各點圓形直徑為1.45mm,各點上下左右間距約為1.0mm。在厚度上,該團隊能做到只有2.0um的薄薄一片。

這一回,不會只有代工的份吧

不過,蘇兆鳴並不認為與Senseg兩方必然是處於競爭的地位,事實上Senseg在控制及應用軟體上已累積不少成果,但台灣這邊掌握了先進的半導體薄膜設備和製程技術,雙方若能合作,其實才是雙贏的局面,也會是盲人朋友之福 - 早點拿到好用的盲用行動裝置!

當然,在應用上不能都仰賴外商,他希望把這技術分享給更多台灣朋友,大家一起來想一想,這技術還有什麼創意應用空間。例如有人就提出了可變紋理質感的手機保護殻設計,另一個值得期待的應用,則是盲用相片/3D相片的可觸應用

蘇兆鳴感觸地說:「這回總不能又只有可憐代工的份了吧!」

歐敏銓

在IT、電子的媒體圈打滾了15年後,有感於Bottom up的Maker運動將成為改變台灣的一股力量,於是從CTIMES總編輯之位退下,創辦MakerPRO社群平台,以PRO Maker為社群核心,致力建構Maker to Market的運作體系。

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