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最近，媒體曝出蘋果新一代手機 iPhone 6s 中會采用 Force Touch 技術。其實，早在Apple Watch和MacBook 系列筆記本之上就已經有所應用，不過這次的版本與此前不同。因為MacBook觸控板和Apple Watch可感應兩種不同水平的壓力，即輕點和按壓。而根據外媒爆料，新一代 iPhone的“3D Touch Display”可以感應三種不同水平的壓力，有輕點、按壓和更強的按壓。
所以，“3D Touch”的命名很可能因此而來。
因為專業的緣故，我在新一代觸覺振動技術上耕耘多年，看到這個消息覺得很興奮，覺得觸覺互動的春天來了。帶著對“ 觸覺互動”、下一代“人機對話”的好奇，我在這里來科普下蘋果的新“黑科技”：Force Touch 技術（由于蘋果沒有官方明確表示技術為“3D Touch”，這里就還稱為Force Touch 技術），以及由此開啟的更廣闊方向：觸覺互動。
一、由Force Touch開啟的“觸覺互動”大門
Force Touch，即壓力觸覺，指通過感應壓力的產生和改變，從而實現電學數據的變化，再通過電學數據而產生指令，最后達到壓力而間接實現指令的過程。
壓力觸覺的研究探索，已經有很多年了。其中，美國Z-origin的 Z-Tohch則是較早的觸控探索者，后來，微軟、黑莓都相繼提出觸控方面的專利和應用，但由于各類原因，其觸控給顧客感受，并不完美。
前不久，華為也在中國發布了其壓力觸控屏幕的手機 MATES，其采用的技術方案暫未拆解清楚，但以其比上一款更薄的宣傳，其技術方案與蘋果有些許差異，但卻沒能引起行業的熱議，蘋果的影響力之大可想而知。
蘋果發布的壓力觸控，以蘋果慣有的風格而言，應該是比較成熟和完善的，所以才會發布在手機上。因此，蘋果的號召力，讓壓力觸控開啟了“觸覺互動”的大門。
目前的手機，對于觸覺反饋的應用，僅僅停留在振動和提醒上。但是，美國“IMMERSION”公司等振動和觸控行業的公司，已經布局了基于“觸覺互動”的大量技術儲備與專利，其中軟件系統和硬件均有中國科技公司的身影。
比如TI公司早前推出過基于高電壓的新一代振動馬達的驅動芯片；IMMERSION公司布局了多項振動反饋專利，其網站也顯示推出新一代振動反饋方案；中國如衡業新材等，也在研發“新一代觸摸反饋”的核心硬件。
這次蘋果推出了“Force Touch”的技術應用，為更廣大的“人機觸覺互動”打開了大門，讓用戶邁進了新一代“觸覺互動”的時代。
二、FORCE TOUCH 的技術原理
壓力觸控的原理，其實很容易理解：
屏幕感應手指壓力——通過手指壓力的面積變化——從而產生不同的電學信號——壓力傳感器件根據電信號進行處理——手機CPU接收壓力傳感器信號——手機CPU產生相應的指令——顧客感知由壓力產生的指令變化（比如屏幕變化、菜單）
下圖就是展示用戶如何通過按壓方式，獲得手機/平板反饋的這一完整過程的流程：
從上圖所示，觸覺反饋的技術原理，由觸摸產生的壓力、壓力的識別、識別后的回饋指令三個大的部分組成，其中很重要的是觸覺傳感器“Force Touch Sensors”，它是按壓觸摸的重要部件。
而手機構造的輕薄，也給觸摸傳感器與FPC提出很高的要求，相對于平板和電腦來說必須非常輕薄。這次蘋果手機反而增加厚度，是因為“Force Touch”的關鍵部件所產生的厚度，也就是加入了Force Touch壓力模塊。不過也有傳，蘋果在下一代手機上，會縮小這個厚度，那么蘋果屆時會在哪里作何改動？
三、Force Touch的構造
1、 整體觸控構造：
根據目前對iPhone 6S的拆解，其采用的屏幕依然是 Incell屏幕，供應商為JDI等日本公司，Incell 屏的觸控層在COVER GLASS之下，而且還要加上“Force Touch”的物理部件，因此，屏幕的構造必須非常的精巧。
2、觸控層的特殊變革/材料變化
雖然依然是INCELL屏幕，而其觸控層是否引入了最新的革命性材料，暫時尚未可知，但從網絡上能看到：蘋果要求其日本供應商供應納米銀屏幕，因此，行業看好的SILVER NANO WIRE（納米銀）是否已經應用與新一代蘋果中，暫未確認。
（SILVER NANO WIRE）
蘋果的專利顯示，蘋果將原有的觸控層，接近液晶的部分，將其中ITO的VCOM層切割成平行線，就是為了壓力觸控的實現。
3、壓力傳感器部分
根據對蘋果MAC的公開拆解，MAC上有四個壓力傳感器，分別位于觸控的四方，而且還有一個由磁性材料組成的“回饋體系”。
（Mac的觸控板拆解）
從以上拆解的Mac觸控板上看，Force Touch早已應用在Mac上，由于Mac面積和厚度，都更適合進行壓力觸感層的處理，因此，蘋果手機的采用，也來自于在Mac上使用的工藝積累。
必須要看到的是，Mac上有個專門的“回饋系統”——
由磁性材料組成的“反饋器”，它的作用是對用戶按壓時候，進行聲音或震動的回饋，讓用戶的體驗更有“真實感”。
（網上流出的蘋果6S的拆解：比6略厚，因為內置了觸控傳感器）
由于目前還沒有真實完整的iPhone 6S拆解，特別是針對其壓力觸控部分的逐件拆解，因此，如何精巧地將壓力觸控部分放置其中是一大難題。且根據媒體公布的手機厚度的增加，應該起觸控控制器件的作用，但目前尚無法做到非常輕薄，有其物理極限。
下一代的iPhone 7，蘋果已經表示會更薄，而更薄是來自于觸控部分的變化，還是蘋果本身其他器件的結構的變化，不得而知，只能等相關消息放出，我們再做深入分析。
四、“觸覺互動”才是 Force Touch 開啟的未來
1、觸覺互動的起源與雛形
壓力傳感技術，只是“觸覺反饋體系”的開局，下一代手機，有望在觸覺反饋體系上，衍生出很多令消費者驚呼的應用。目前的 Force Touch 技術，只有指令和屏幕功能的變化，還沒有“來自手機對顧客的物理回饋”。
----這就是未來的“觸覺互動”。
觸覺互動不僅包括手機的軟件體系的反饋，也包括手機“硬件體系的反饋”。比如，當你觸摸屏幕的“仙人球”， 你如果能感到一種刺手的感覺，這就是對“觸覺互動”的通俗詮釋。更通俗來說，就是仿真，真實的感覺。
幾年前，日本在觸覺振動器件的推動下，生產了幾款可以快速響應振動的手機和平板，但當時的這些產品和壓力觸控都沒有多大關系：
比如，日本DOCOMO生產的一款“RAKURAKU”老人手機，其振動回饋可以讓在老人觸摸屏幕有觸感，如按壓鍵盤一樣的實物感，還曾風靡一時；日本松下也推出獨特振動回饋的平板；韓國PANTECH（潘泰）也推出過精敏振動的平板等等。
（日本富士通的RAKURAKU老人手機）
但由于當時沒有提出由壓力傳導，再通過物理回饋而組成一個閉環回路，這些置入了觸覺振動器件的產品并沒有引起行業的熱議，但這已經算是“觸覺互動的雛形”。
2、觸覺互動的關鍵器件：物理回饋器件
觸覺互動體系，離不開一個關鍵器件：觸覺振動反饋器件， 它要求的反饋速度和精度，根本不是現有的偏轉振動馬達或直線振動馬達所能達到的。它需要全新的振動反饋器件，其中包括磁性材料、壓電陶瓷材料，而壓電陶瓷材料與MEMS工藝結合的器件，被認為是最佳的反饋器件。
而頗具悲傷的是，目前壓電MEMS器件也在突破之中。現在存在的局限性有：體積只適合PAD，離手機對體積的要求有距離、功耗問題，但目前由多層陶瓷帶來的功耗大大降低，有望解決這一問題。
從事關鍵硬件研發的有日本的科技企業，也有中國年輕的海歸科技企業的身影。比如有從事陶瓷振動材料與器件研發的的科研朋友常和我坦言：我們堅信這一趨勢，通過材料與結構技術，已經將電壓由100V以上降到36V，并在部分大尺寸的平板上進行試用，但應用于手機上面，還需要在體積等方面進行諸多改進。
（中國企業衡業新材研發的“新一代陶瓷振動器件”原型）
3 、“觸覺互動”的未來
蘋果引領的“觸覺互動”，有著廣闊的未來應用前景，它不僅讓顧客有真正的“人機對話”體驗感，更會產生更多更大的應用市場，比如物聯網的應用等，也將翻開手機應用的新一頁。
更重要的是，觸覺反饋也將帶來行業的一系列連鎖反應，將催生更多新材料、新工藝、新器件的革命，特別是新材料與MEMS工藝的結合，將在其中得到廣泛的應用。
【作者介紹】王華，衡業新材科技陶瓷研發中心CTO，香港科技大學物理博士。其領導的“新一代手機陶瓷振動器”獲得“創業大賽”第二名。
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