مصطلح "التلمس" من اليونانية ويعني "التقاط" أو "الاعتقاد". في الهندسة، يشير إلى تقنية استخدام اللمس. في الأنظمة الإلكترونية،يستخدم اللمس عادة لوصف قوة أو آليات ردود الفعل اللمسية المتكاملة في الأجهزة لتعزيز تفاعل الإنسان مع الآلة.
من وجهة نظر هندسية، يتم تحقيق ردود الفعل اللمسية عادة من خلال المحركات الميكانيكية. يمكن لهذه المحركات توليد اهتزازات أو حركات أو قوى خاضعة للرقابة.بما في ذلك المحركات ذات الكتلة الدوارة الغريبة (ERM)، والجهاز المتحرك الرنين الخطي (LRAs) ، والعناصر الكهربائية الصلبة، والتي يمكن أن تحاكي الأحاسيس الفيزيائية في العالم الحقيقي مثل الضغط والوزن وملمس السطح.,تقنية اللمس تكمل الإشارات البصرية والسمعية، مما يجعل الواجهات الرقمية أكثر بديهية واستجابة.هذا مهم بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب التحقق من صحة المدخلات الدقيقة أو تجربة مستخدم غامرة، بما في ذلك التلاعب بالأشياء الافتراضية.
الزيادة المتزايدة في الطلب على التفاعل المعزز قد أدت إلى تسريع تطبيق التكنولوجيا اللمسية في مجالات متعددة.من أجهزة التحكم في الألعاب وشاشات اللمس في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية إلى أجهزة التحكم بالردود الفعلية في لوحات أجهزة السيارات والمحاكاة الجراحية في الرعاية الصحية، أصبحت التكنولوجيا اللمسية عنصرًا رئيسيًا في تجربة المستخدم ووظائف النظام. ستقدم هذه المقالة مقدمة مفصلة للتغذية الراجعة اللمسية ،بما في ذلك التكنولوجيات الأساسية ومزايا استخدام العناصر الكهربائية في تكنولوجيا اللمس.
تقنيات المحركات اللمسية الشائعة
جهاز التشغيل اللمس هو جهاز استشعار كهروميكانيكي يولد أحاسيس اللمس مثل الاهتزاز أو الانتقال أو الضغط عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية.هذا المحرك هو النواة الوظيفية لنظام ردود الفعل اللمسية، والتي يمكن أن تحقق استجابة بدنية دقيقة في واجهة المستخدم.
هناك العديد من تقنيات التشغيل المتاحة للأنظمة اللمسية ، كل منها له مبدأ العمل الفريد الخاص به وخصائص الأداء:
أجهزة التشغيل الكهربائية العالية التردد تستخدم عناصر الكهربائية العالية التردد لتوليد التشوهات الميكانيكية والتذبذب تحت تأثير المجال الكهربائي الخارجي، وبالتالي توفير التردد العاليالنزوح الصغير، وإشارات ردود الفعل منخفضة التأخير. (يرجى الرجوع إلى سلسلة العناصر الكهربائية الصلبة نفس السماء).
يتكون محرك الكتلة الدوارة المتحركة (ERM) من كتل الكتلة المتحركة مثبتة على عمود محرك DC. عند القيادة ،عادة ما ينتج دوران حمولة غير متوازنة قوى اهتزاز منخفضة الترددهذه التكنولوجيا تستخدم عادة في الأجهزة المحمولة والتطبيقات منخفضة التكلفة.
أجهزة التشغيل البوليمرية الكهربائية (EAP) تستخدم البوليمرات المضادة للكهرباء التي تتوسع أو تتقلص تحت تأثير المجال الكهربائي. يمكن لهذا النوع من المواد توليد منحنيات حركة سلسة ومرنة ،ولكن عادة ما يتطلب أعلى فولتاجيات القيادة.
مبدأ عمل محرك الرنين الخطي (LRA) هو قيادة كتلة مغناطيسية على طول محور واحد باستخدام مجال كهرومغناطيسي متبادل.يمكن أن يوفر ضبط LRA لتردد الرنين رد فعل أكثر كفاءة وأسرع في وقت الاستجابة.
يستخدم محرك لفائف الصوت (VCA) مبدأ قوة لورنتز ، مما يعني أن لفائف معلقة في مجال مغناطيسي سوف تتحرك بشكل خطي تحت تأثير التيار.تعمل VCA في النطاق العريض ويمكن أن تحكم بدقة النطاق والتردد.
يتطلب كل نوع من أجهزة التشغيل موازنة بين استجابة التردد وكفاءة الطاقة وتعقيد التكامل ووفاء ردود الفعل.الخيار المحدد يعتمد على التطبيق المستهدف - سواء كانت إشارات لمسة دقيقة في الأجهزة القابلة للارتداءأو ردود فعل قوية في شاشات اللمس للسيارات.
المعرفة الأساسية للمكونات الكهربائية في ردود الفعل اللمسية
يؤدي تأثير الطاقة الكهربائية إلى توليد الشحنات الكهربائية في مواد معينة عند تعريضها للضغط الميكانيكي. ومن المهم أن هذه الظاهرة قابلة للتعديل:عندما يتم تطبيق حقل كهربائي على هذه المواد، يحدث تشوه ميكانيكي قابل للقياس. هذه الخصائص القابلة للعودة هي مبدأ العمل الأساسي للمحركات الكهربائية المستخدمة في أنظمة ردود الفعل اللمسية.
في التطبيقات اللمسية ، يتم تشغيل العناصر الكهربائية الجسدية بشكل رئيسي بواسطة التأثيرات العكسية لتوليد تحركات أو اهتزازات على نطاق صغير بناءً على الجهد المدخل. بسبب طبيعتها ثنائية الاتجاه ، يمكن أن تكون العناصر الكهربائية الجسدية ذات التأثيرات العكسية.هذه المكونات يمكن تكوينها أيضا كجهاز استشعار للقوة أو الضغط، دمج وظائف مزدوجة في واجهات حساسة لللمس أو أنظمة الحلقة المغلقة.
جهاز الانحناء البيزو الكهربائي هو بنية محرك شائعة تتكون من طبقتين بيزو كهربائية مع استقطابات عكسية مرتبطة ببعضها البعض. عندما يتم تطبيق الجهد،طبقة واحدة سوف تتوسع بينما الطبقة الأخرى سوف تقلص، مما يتسبب في ثني الهيكل. هذا النوع من التنقل الانحني مناسب للغاية للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية وحركة محلية.
على النقيض من ذلك، تتراكم العناصر الكهربائية متعددة الطبقات العديد من الطبقات الكهربائية الرقيقة بالتوازي، مما يزيد بشكل كبير من قوة الإخراج الميكانيكية مع تقليل الجهد التشغيلي.في الحالات التي تتطلب فيها قوة أكبر أو تحريك، مثل في الأنظمة المدمجة ذات الطاقة المنخفضة مع الأسطح الضوئية الكبيرة أو نطاقات الجهد المحدودة ، هذه الهياكل لها مزايا كبيرة.
نطاق الانحراف من العناصر الكهربائية الصلبة متناسب مع إشارة المدخل ، وبالتالي تحقيق التحكم عالي الدقة في الموقع الثابت و منحنيات الاهتزاز الديناميكية.على عكس العديد من أنواع المحركات الأخرى، يمكن للعناصر الكهربائية الصلبة أن تضبط موقفها وواسعتها بشكل مستقل ، مما يجعلها مناسبة للغاية للتطبيقات التي تتطلب اختلافات إشارة دقيقة أو ردود فعل ترميزية.
"إنحناء" المكونات الكهربائية
الشكل الأول: "الاستنكاف" للمكونات الكهربائية الصلبة (مصدر الصورة: Same Sky)
مزايا العناصر الكهربائية في التصميم اللمس
العناصر الكهربائية الصلبة المستخدمة في أنظمة التغذية الراجعة اللمسية تستخدم تأثير مضاد الكهرباء الصلبة لتوليد نزوح ميكانيكي سريع وعالي القوة.خصائص المواد المتأصلة للعناصر الكهربائية العضوية عادة ما تؤدي إلى أوقات استجابة أقل من 1 مللي ثانية، مما يتيح ردود الفعل اللمسية في الوقت الحقيقي مع تأخير ضئيل، وهو أمر حاسم في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية واستجابة المستخدم الفورية.
على عكس محركات القيادة التي تعمل بالكتلة مثل ERM أو LRA ، لا تعتمد الأجهزة الكهربائية على inertia أو الرنين من مكونات التعليق.الأجهزة الكهربائية الحجرية لديها استهلاك طاقة أقل ووقت استقرار أسرعهذه الخصائص تجعل الأجهزة الكهربائية الصلبة مناسبة بشكل خاص لدمجها في أنظمة تعمل بالبطاريات أو المحمولة حيث تكون كفاءة الطاقة والأبعاد الخارجية محدودة للغاية.
الشكل الهندسي الرقيق والسطح للعناصر الكهربائية يسهل التكامل الميكانيكي المدمج.يمكن للمهندسين دمج العديد من المحركات الكهربائية في تصميم واحد لتضخيم خيارات الإنتاج أو تحقيق تحليل التوزيع المكاني للإشارات اللمسية على واجهة المستخدمفي تطبيقات مثل أجهزة اللمس والأجهزة القابلة للارتداء وشاشات اللمس السعة، يمكن استخدام هذه التكوينات لمحاكاة الحركة أو الإشارات الاتجاهية أو تراجعات الضغط.
المحركات الكهربائية الحجرية لديها قابلية عالية للتكوين من حيث تردد إشارة القيادة، والكمية، وشكل الموجة، ودعم مختلف نسيج وتأثيرات ردود الفعل.التكنولوجيا توفر أيضا مجموعة متنوعة من الأشكال الميكانيكية والكهربائية، بما في ذلك الأقطار المخصصة والسمك والجهد المسموح به وأساليب التثبيت ، وتوفير حلول مصممة خصيصًا لأسواق السيارات والطب والصناعة والإلكترونيات الاستهلاكية.
اعتبارات التصميم للمكونات الكهربائية
إن تصميم نظام ردود فعل ملموسة على أساس تكنولوجيا الطاقة الكهربائية يتطلب النظر بعناية في العوامل الرئيسية التالية:
كتلة القيادة: قم بمطابقة قوة قضيب الدفع مع الحمل الثابت لضمان نقل الاهتزاز الفعال.
نوع المكونات: اختر مكونات ذات طبقة واحدة أو متعددة طبقات بناءً على القيود المتعلقة بالجهد والنزوح والحجم.
سطح الغلاف الميكانيكي: تأكد من تركيب جهاز التشغيل ضمن المساحة المتاحة.
محور التنشيط: تحديد اتجاه الحركة لاختيار الشكل المناسب لمجموعة المكونات.
إمدادات الطاقة والسائق: قم بمطابقة إمدادات الطاقة في النظام مع الحمل السعة للجهاز الكهربائي الصلب ، واختيار السائقين المتوافقين لتحقيق إثارة فعالة.
متطلبات التردد: تحديد تردد الرنين أو عرض النطاق الترددي المطلوب للمكون للحصول على ردود الفعل اللمسية المثلى.
الظروف الحرارية: تأكيد أن نطاق درجة حرارة تشغيل العنصر الكهربائي يلبي الظروف البيئية للنظام.