觸控螢幕介面在汽車應用中的普及，導致視覺資訊過載，進而對行車安全造成嚴重影響。觸覺回饋技術被視為改善使用者體驗，並減輕與觸控螢幕互動時認知負荷的契機。
近期被 Vibra Nova 收購的 hap2U 觸覺技術，是基於壓電致動器所產生的超音波傳播。這些致動器產生的振動，能降低使用者手指與觸覺顯示器玻璃表面之間的摩擦係數。 此現象被稱為「主動潤滑」，因為在超音波振動的作用下，指尖的接觸面積會減少¹、²，從而降低其摩擦係數。由於人體對摩擦變化極為敏感，透過啟用或停用超音波振動來控制與面板表面的接觸，進而產生摩擦調變，便能實現令人印象深刻的觸覺感受。
為了優化系統的激發並簡化控制，採用了如圖 1 所示的顯示器全局共振機制。
在此情境下，採用雷射多普勒振動測量法來評估機械系統的性能，因為該方法能夠測量板面上的振動振幅。針對汽車應用，必須在 -40 至 85°C 的完整溫度範圍內，對超音波的傳播特性進行表徵，因為顯示器必須在此溫度範圍內保持穩定運作。
材料特性分析
該系統在超音波傳播方面的聲學特性，對於產生不受溫度影響、均勻且恆定的觸覺感受至關重要。當今的顯示器屬於多層機械系統。在這些層中，我們發現許多塑膠和黏合材料，其機械行為會隨溫度變化而改變。
此外，由於 hap2U/Vibra Nova 運作的頻率範圍屬於超音波頻段，文獻中鮮少記載此類材料在此頻率範圍內的特性。因此，hap2U/Vibra Nova 已開發出專有技術，能夠在超音波頻率及不同溫度下對系統進行特性分析。
為此，系統會被置於氣候箱內，並暴露於不同的溫度環境中。圖 2 展示了一個僅用於高溫測量的簡單範例。此外，亦曾在商用氣候箱中進行了高溫與低溫的測試。 採用Polytec 3D 掃描式振動計，用以測量顯示器整個表面產生的振動。Polytec 雷射可測量亞奈米範圍內的極微小振動，且此測量甚至可穿透玻璃或壓克力板進行（如圖 2 所示）。
透過激發壓電元件產生超音波振動，進而在顯示器中產生彎曲波。透過測量系統對此激發的響應，可獲得如圖 3 所示的振動圖。
圖 3 所示的振動圖對應於一款聲學特性優良的顯示器，在此條件下可於最佳狀態下實現觸覺技術。為判定系統行為是否適合波傳播，需在不同溫度下估算顯示器的聲學特性。
其中一項需考量的主要參數是顯示器的阻尼。阻尼可透過衰減係數來描述。為了估算此衰減係數，會透過顯示器表面的壓電元件產生一個脈衝，並利用雷射振動計測量樣品整個表面所產生的位移。
衰減係數描述了振動振幅隨距離增加而減小的程度。其數值越高，振動振幅隨距離遠離振源而減小的程度就越大。
圖 4 展示了一個範例，說明兩種不同類型顯示器在室溫及 85°C 下的特性。顯示器 1（藍色曲線）在室溫下即展現出比顯示器 2（紅色曲線）更高的阻尼，且在較高溫度下，其阻尼值更會進一步上升（參見藍色虛線曲線）。
此外，阻尼值取決於激振頻率。在 85°C 時，測量到的最大阻尼值出現在 50 至 60 kHz 之間。另一方面，顯示器 2 在室溫下的阻尼值較低，且其數值隨溫度變化保持恆定，僅會隨激振頻率產生輕微變化。
鑒於這兩套系統的特性，圖示 2 在汽車應用中的觸覺相容性方面展現出最佳表現。
掃描雷射振動測量法是一種高效的方法，可用於表徵觸覺顯示器的聲學參數，尤其是其阻尼參數，並能涵蓋溫度與頻率範圍。這對於開發符合汽車規格要求、能在整個寬廣溫度範圍內展現卓越性能的顯示器至關重要。
參考文獻
1. Wiertlewski, M., Fenton Friesen, R. & Colgate, J. E. 「部分擠壓膜懸浮效應可調控指尖摩擦力」。《美國國家科學院院刊》113, 9210–9215 (2016)。
2. Vezzoli, E. 等。透過超音波振動降低摩擦：第 1 部分：間歇接觸的建模。《1412》，1–13 (2017)。
