התנסות מעשית עם תכן מוצר מאופשר-האפטיקה

הפופולריות והשימוש הגוברים של התקנים הממנפים כלים ושירותים דיגיטליים מעלים את המוטיבציה של יותר מתכנני מוצרים לשלב טכנולוגיה האפטית המבטיחה מעורבות רבה יותר של משתמשים ומספקת חוויות יותר סוחפות. שיפור הממשקים הדיגיטליים עם חישות מבוססות-מגע מוסיף אינטראקציה טקטילית, ויוצר חוויות נוספות המשלימות או אף מגיעות מעבר לראייה ולשמיעה. המתכננים להוטים לנצל יכולות האפטיות כדי להשתמש ברכיבים הזמינים כדי לפתח מקרי שימוש והזדמנויות עסקיות חדשות.

האפטיקה כבר מנוצלת במוצרים לצרכנים בעלי נראות גבוהה, החל מסמארטפונים דרך מכוניות ועד להתקני נקודות מכירה וכספומטים. הם משמשים גם בהתקנים רפואיים וכלים כירורגיים, מכונות תעשייתיות וייצור, ויישומי אוטומציה בבניינים.

מקורותיה של ההאפטיקה מתוארכים לשנת 1880, כאשר Pierre ו-Jacques Curie הדגימו את ההשפעה הפייזואלקטרית של חומרים מסוימים ליצירת מטען חשמלי קטן עקב הפעלת כוח מכני. האפקט הפייזואלקטרי ההפוך יוצר תנועה פיזית של חומר כאשר מופעל מתח, והוא שימש לפיתוח מוקדם של גילוי צוללות אולטרסוני ומערכות רדיו מוטסות. אותם עקרונות הם לב ליבם של מפעילים (Actuators‏) ומתמרים (Transducers‏) הנפוצים ברמקולים קטנים, מיקרופונים ואפילו בכרטיסי מתנה מוזיקליים.

השילוב של יכולות האפטיות עם מציאות מדומה (VR), מציאות רבודה (AR) ו-Internet of Things‏ (IoT‏) טומן בחובו את הפוטנציאל לשיפור ניכר של מעורבות המשתמשים בהתקנים קיימים וסולל את הדרך עבור יישומים חדשים. מפעילים האפטיים פייזואלקטריים מוסיפים מגע מציאותי לאינטראקציות וירטואליות, כאשר רעידות מספקות תחושה טבעית של תגובתיות, כגון הדמיית חוויות משחק ממרוצים ועד ירי בנשק.

האפטיקה יכולה למלא תפקיד קריטי בהתגברות על גורמים המגבילים את הראייה או הקול בזיהוי התרעות קריטיות. בתחום הרפואה, למשל, האפטיקה יכולה לעזור למשתמשים להגיב ביתר קלות למספר כניסות, מה שיכול להציל חיים במצבים שבהם כל שנייה היא קריטית.

מרגישים את העתיד: יישומים ומקרי שימוש

הפוטנציאל של ההאפטיקה מוגבל רק על ידי החזון של מתכנני המוצרים. ככל שהפופולריות של AR ו-VR גדלה, והבינה המלאכותית (AI) ולמידת מכונה (ML) ממשיכות להתפתח, סביר להניח שההאפטיקה תמלא תפקיד בולט באספקת חוויות דיגיטליות יותר ויותר סוחפות במגוון של תעשיות, כולל:

• תחומים רפואיים, שבהם ההאפטיקה כבר מתחילה למלא תפקיד בניתוחים בעזרת רובוטים ובהליכי טיפול שיניים פולשניים, ועוזרים לשחזר את ניסיון המגע והתחושה שרופאים רוכשים במשך שנים של תרגול. בשילוב עם VR, האפטיקה יכולה לקדם למידה של מיומנויות רפואיות על ידי סימולציה של הליכים בעולם האמיתי באופן המספק חוויות מעשיות, מאחיזה באזמל ועד לפלפיטציה בלב. האפטיקה יכולה להוביל להתקדמות בשיקום מטופלים נפגעי פציעות קשות, לעזור לנפגעי שבץ מוחי ללמוד מחדש מיומנויות מוטוריות חיוניות ולספק לקטועי-אברים את היכולת להתגבר על המגבלות של תותבות מכניות.
• מקרי שימוש ברכב, שבהם ההאפטיקה כבר מספקת לנהגי רכב אזהרות טקטיליות על סטייה מנתיב ואי-אחיזה נכונה של ההגה. אינטגרציה של שעונים חכמים עם מערכות ניווט יכולה להתריע בפני מפעילים על הפניות הקרובות, ולצמצם את הצורך להסיט את מבטם למפות על המסכים שעל לוח המחוונים.
• תעשייה וייצור, שבהם מפעילי ציוד כבד ועובדי קווי ייצור יכולים להיות מוסחים בקלות עקב הצורך להביט בכפתורים או במסכים. ההאפטיקה יכולה לעזור להם להישאר ממוקדים במשימות שלפניהם או מאחוריהם תוך אישור שהם עשו את הבחירות הנכונות מבלי להסיט את מבטם. ניתן לשלב האפטיקה בכפפות ובבגדים כדי לאפשר בקרה מרחוק מדויקת במכונות, דיוק בפעולות הליקוט וכדי לספק משוב או התרעות בסביבות העלולות להיות מסוכנות.
• שירותים קמעונאיים ופיננסיים, מכיוון שלקוחות חווים האפטיקה במפגשים יומיומיים נפוצים עם מערכות נקודות מכירה וכספומטים, כגון אישור אינטראקציות באמצעות כרטיסים והתקנים ניידים. שילוב האפטיקה ו-AR/VR טומן בחובו את הפוטנציאל לחוויית קנייה מקוונת עשירה המאפשרת לצרכנים לשחזר למעשה את מה שהם מצפים בפעולה קמעונאית פיזית.
• אלקטרוניקה לצרכנים, שהוכיחה את היותה בשלה עבור האפטיקה. הסמארטפון ההאפטי הראשון הוצג בתערוכת האלקטרוניקה לצרכנים בשנת 2000 והטכנולוגיה אומצה במהירות עבור סמארטפונים של אנדרואיד ואפל, תחילה כדי לעזור לשפר את חווית המשתמש בעת הקלדה על מקלדות וירטואליות ובלחיצה על איקונים על המסך. אך האפטיקה מצאה הצלחה מוקדמת יותר בהעשרת החוויה של משחקני וידאו בשנות ה-1990, עם בקרים ואביזרים כמו Yoke היגוי המספק משוב טקטילי עבור נהיגה ומשחקי יריות, בין היתר. עם ההתפתחות המתמשכת של התקנים לצרכנים ושירותים דיגיטליים - מעוקבי כושר ועד אוזניות AR/VR ומשקפי ראייה - מתכנני מוצרים דוהרים לפתח יכולות חדשות שהופכות את העולם הדיגיטלי למוחשי כמו הפיזי.

רכיבים עבור הצלחה: האפשרויות עבור כל צורך

מתכנני מוצרים יכולים להשתמש בפורטפוליו של רכיבים זמינים כדי ליצור ממשקים מאופשרי-האפטיקה המתאימים למפרטים ולצורכי היישומים שלהם.

הצעד הראשון הוא הבנת ההבדלים בין הטכנולוגיות הקיימות ודרישות התכן שלהן. רכיבים אלקטרומכניים הם הטכנולוגיה הנפוצה ביותר למתן תגובות האפטיות. הם מקובצים לרוב בקטגוריות העיקריות הבאות:

• מפעילי מסה סיבובית אקסצנטרית (ERM) משתמשים במסה מסתובבת מחוץ-לציר המחוברת למנוע DC כדי ליצור רעידות שיכולות לספק תחושות "ריטוט" בתדר נמוך (איור 1). המפעיל רוטט בתדר שהוא בקורלציה ישירה למתח הדחיפה של ההתקן. מכיוון שלוקח זמן קצר למנוע המסתובב להשיג את המהירות הרצויה כאשר מופעל מתח - ולהאט את המנוע עד לעצירה - הם טובים ביותר עבור יישומים שבהם נדרש אפקט רטט בולט, אך אין צורך בתבניות רטט מדויקות. PUI Audio‏ מציעה מספר מפעילי ERM, כולל ה-HD-EMB1104-SM-2‏ בהרכבה-משטחית, המספק משוב האפטי חזק במארז קטן בגודל של 3.4 מ"מ על 4.4 מ"מ על 11 מ"מ. הוא מתאים עבור מגזרי הרפואה, רכב או תעשייה; התקנים ניידים או לצרכנים; או מכשירי אבטחה. אפשרות אחרת הוא מפעיל ERM‏ DC‏ ללא-מברשות HD-EM0602-LW15-R‏ של PUI Audio‏, בעל בקרת מהירות ומומנט משופרת ואורך חיים ארוך יותר מאשר מפעילים עם-מברשות.

איור 1: מבט מפוצץ של מפעיל ERM. (מקור: PUI Audio‏)

• חלקי מפעיל תהודתי ליניארי (LRA‏) (איור 2) הם נדחפי-AC ומייצרים ריטוטים בשני כיוונים לאורך ציר אחד, ומאפשר תבניות ריטוט תגובתיות ברזולוציה גבוהה כדי לספק מידע למשתמש. LRAs יוצרים ריטוטים על ידי הזזת המסה בכיוון ליניארי כאשר הסליל מעורר בתדר ומתח האות המופעל על ההתקן, ומספק בקרה עצמאית על עוצמת ותדר הריטוטים. בניגוד ל-ERMs, עם התקן המצויד ב-LRA המשתמשים ירגישו רטט ברגע שהסליל מעורר והמסה נעה מעלה או מטה. טכנולוגיה זו קשורה לרמקולים מסורתיים בהם סליל המעורר על ידי צורת-גל גורם למגנט ודיאפרגמה לנוע ולייצר גלי קול. ה-HD-LA1307-SM‏ של PUI Audio הוא LRA חסין-מים בהרכבה-משטחית בדירוג IP המסייע לשילוב חלק בתוך יישומי קצה שונים, כגון סביבות מציאות מדומה, קונסולות משחקים, סימולטורים רפואיים, התקנים נישאים-ביד וממשקי בקרה תעשייתיים ולצרכנים.

איור 2‏: מבט מפוצץ של LRA‏. (מקור: PUI Audio‏)

• מנועי סליל קול (VCM‏), הנקראים גם מפעילי סליל קול (VCA‏), (איור 3) משתמשים באותה טכנולוגיית סליל קול כמו LRA, אך הם אפילו יותר דומים לרמקול. מסה נעה באופן ליניארי, כמו ב-LRA, אך עם גודל ומסה מוגדלים, ומייצרת אפקט רטט משמעותי ומציאותי יותר ממה שניתן ליצור עם LRA. ה-VCM הגלילי HD-VA2527‏ של PUI Audio מציע אפקטי רטט גמישים ומורכבים.

איור 3‏: מבט מפוצץ של VCA‏. (מקור: PUI Audio‏)

• רכיבים האפטיים פייזואלקטריים, המכונים לעתים רכיבי קול פייזואלקטריים או זמזמים, מבוססים על האפקט הפייזואלקטרי ההפוך, ומורכבים משכבות שטוחות של חומר פייזואלקטרי פעיל המתכופף ומתכווץ כאשר מופעל מתח ויוצר צליל ורטט. הם זמינים כדיסקות כמו ה-HD-PAB1501‏ של PUI Audio, ופסים כמו ה-HD-PAS2507‏. רכיבי קול פייזואלקטריים יכולים לספק אותות מורכבים ומפורטים, כגון צליל של דופק הלב, עם תחושה חסרת-תקדים של ראליזם. רכיבים אלה מציעים דיוק תזוזה גבוה יותר, מהירות תגובה מהירה יותר, כוח ייצור משמעותי יותר וחיים ארוכים יותר. הם אמנם דורשים מתח גבוה יותר מ-ERMs ו-LRAs, אך המתכננים יכולים להשתמש במעגלים משולבים מסוג "Bender Driver‏" כדי לעמוד בדרישות המתח ממקורות מתח נמוך.

סיכום

מתכנני מוצרים יכולים לנצל את היתרונות של סלי רכיבים עשירים כדי לשלב האפטיקה בהתקנים שלהם. הם חייבים להעריך איזה סוג של רטט מתאים לתכן שלהם, כמו גם את היתרונות והמגבלות של כל מפעיל (Actuator‏) לעמידה במפרטי התכן, צורכי משתמש הקצה ויישומים ספציפיים. עם בחירות התכן הנכונות, ניתן ליצור מוצרים חדשים מאופשרי-האפטיקה שידרבנו הזדמנויות עסקיות חדשות.