美国那个被吹上天的固态按钮，苹果iPhone 16美国没做出来_ZAKER新闻
那个被吹上天的固态按钮，苹果iPhone 16美国没做出来_ZAKER新闻
赵志耘认为，对于前沿领域技术，可以由在该领域科技实力强的主体牵头成立联合体，牵头单位可以是科研机构，也可以是企业；对于以市场为导向的关键核心技术，可以由企业牵头组建创新联合体；对于复杂度高、多学科交叉融合的技术领域，则可以成立联合攻关机制，支持上下游企业、高校和科研机构等开展协同攻关。
文 | 太平洋科技一年一更的 iPhone 又来了，最热门的 AI 功能咱一时半会儿还用不上，外观方面也是差不多那样，好像智能手机的形态真的快到头了。但是，智能手机的交互还没到头。就像苹果这次 iPhone 16 上的相机控制（Camera Control）按钮，通过轻按、重按、触控的方式，用一个按钮就能控制快门、变焦、模式切换等，很有可能会成为电子产品次世代的交互方式。相机控制按钮的实现路径在发布会上，iPhone 的产品经理花了整整 23 秒来介绍这个按钮是如何工作的，其复杂程度只能说令人叹为观止。这颗按钮依旧具备一个传统的点按开关，并不像传闻中采用不可按压的全固态设计。另外还配有一套高精度力传感器和震感马达，用于模拟不同按压力度和触摸的反馈。按钮表面则是蓝宝石覆盖的电容式触摸传感器，用于识别滑动等触摸操作。顺带一提，官方的保护壳带有一片蓝宝石玻璃，并有传导层，能够将手指的动作传递给相机控制按钮。虽说功能和之前爆料的差不多，但实现方式还是有点让人失望的，对于向来从简的苹果来说，这次的解决方案过于复杂，本来应该有更好的方案才对。好好的按钮为什么要改？传统机械按钮由于其复杂的结构，容易受到灰尘、水分等环境因素的影响，导致损坏或失灵。比如 iPhone 上那颗祖传的静音切换键，就很容易被灰尘卡住，因为这个问题去售后的用户也不在少数。而固态按钮就没有这个问题。从设计角度来看，固态按钮减少了可活动机械组件的数量，这不仅提升了按钮的生产效率，还降低了故障率。而固态按钮则通过电容感应或压力传感技术实现操作，没有机械结构，因此更加耐用和防水。此外，固态按钮还能帮助打造无孔化机身，使得设备的密封性更好，能够实现理想中的 " 黑盒 " 极简设计。去年就有传闻称 iPhone 15 Pro 会采用固态按钮，可惜最后并没有采用。后来有外媒爆料称苹果的这一计划名为 "Bongo"，是一种电磁驱动的触觉反馈装置，能够提供更加细腻和真实的触觉反馈效果。通过这种技术，用户在进行虚拟按钮按压时，能够感受到类似于物理按钮的触觉反馈，从而增强了交互的直观性和满意度。然而，由于技术和生产上的挑战，iPhone 15 Pro 终究是无缘了，iPhone 16 这个按钮也只能算是折衷实现了固态按钮的功能。从功能角度来看，固态按钮为屏外交互提供了更多操作维度。例如，用户可以通过轻点、轻按、重按和滑动等不同方式与设备进行交互。这种多样化的操作方式不仅提升了操作效率，还为用户带来了更丰富的使用体验。在一份 2023 年公开的专利中，苹果就展示了通过不同按压力度和滑动，在一个按钮上实现多重操作。例如，轻触可能用于触发一个预览功能，而更用力的按压则可能用于执行一个确认操作，还可以用按压 + 滑动来实现多重连续操作。但是专利归专利，实际应用就是另一回事了。手机厂商们尝试过的 " 固态按钮 "如果以 " 不能动 " 来定义固态按钮，其实也有不少手机尝试过了。谷歌在其 Pixel 系列手机中引入了 Active Edge 功能，通过挤压机身的方式触发特定功能，如启动 Google Assistant。这种设计虽然只能实现一种操作，但提供了一种全新的交互方式，减少了对传统按钮的依赖。苹果在 iPhone 7 中首次引入了固态 Home 键，取代了传统的机械按键。这个固态 Home 键通过 Taptic Engine 提供触觉反馈，模拟按键的点击感。安卓阵营中，魅族 15 也采用了类似的设计，提供了更耐用和防水的 Home 键体验。华为在 Mate30 系列中引入了屏幕虚拟按键，通过在曲面屏边缘设置 UI 按键，实现多样化的操作。这种设计不仅提升了屏幕的整体性，还提供了更多的交互方式，如音量调节和拍照快门等。一些游戏手机，如华硕 ROG Phone 系列，在边框中嵌入了超声波触控肩键。这些固态按钮能够识别点按力度、滑动等操作，为游戏玩家提供了更丰富的控制体验。这种设计不仅提升了游戏操作的精确性，还减少了机械按钮的磨损。如果要论功能性，超声波触控按钮完全可以实现 iPhone 16 上这个按钮的所有功能，为什么苹果直到现在才加上呢？固态按钮的关键难点 " 反馈 "在前两节我们都有提到苹果对于固态按钮的 " 反馈 " 的执着，努力让固态按钮用起来像机械按钮，为什么固态按钮一定需要真实的反馈呢？答案很简单，因为它是个按钮，按钮就应该有反馈，这是我们的直觉。在《设计心理学》丛书中，作者认为好设计应该符合以下 5 个原则：示能、意符、约束、映射和反馈，而反馈恰恰是固态按钮的痛点。以垂直电梯为例，按下楼层按钮后，那个按钮就应该变亮。如果这个时候所有按钮的灯都没亮，但电梯还是把你送到了对应的楼层，你是不是觉得这电梯坏了。另一种情况是，你按下按钮后，所有按钮的灯都亮了，但是电梯还是把你送到了对应的楼层，你是不是依旧觉得这个电梯坏了。上面两种情况分别对应的是缺少反馈和反馈不清晰。传统的机械按钮，按下和弹起都会有机械结构带来的天然反馈，耳朵听到的咔哒声、指尖感受到的振动，这些反馈让我们可以清楚判断是否按下了按钮。而固态按钮几乎去掉了所有的机械结构，本身无法提供声音或触感的反馈，这就需要人为增加一个反馈。以 iPhone 7 上的 Home 键为例，其实是按不下去的，而是通过 Haptic Engine 来模仿按压的手感和震动，以至于当年很多用户不知道那个 Home 键是完全固定的。可能很多人以为 iPhone 16 这个按钮就是把以前的 Home 键挪到了边框上，实际上它们有着非常大的区别。为了保证反馈的真实感，反馈应该直接作用于按压的地方。iPhone 7 上的 Home 键如此真实，就是因为这个超大号的 Haptic Engine 震感马达在按键下方。对于侧面按钮而言，如果利用原本位于下部的 Haptic Engine 来模拟反馈，会因为距离和位置的关系，震动无法准确传导到对应的按钮上，导致反馈的失真。这一点和现在游戏手机上的超声波触控肩键一样，触发按钮时手机会提供一个震动反馈，可是反馈并不来自于指尖，而是来自于整个手掌。如何解决这个问题？给侧面按钮再加一个震动马达吗？苹果在 Bongo 计划里提到的电磁驱动触觉装置，其实就是我们常说的 X 轴线性马达，但是即便体积再小也有悖固态按钮的初衷。用固态按钮本质是为了去机械化结构、实现更简洁的设计，如果又加上一个震动马达，不就是本末倒置了吗？谁能想到，苹果整出了一个带电容触摸、带震感的超复杂按钮，多少让人有点迷惑。固态按钮与科研顶流 "Piezo"虽然 iPhone 16 没能用上固态按钮，但这并不妨碍我们继续讨论固态按钮的实现路径。2021 年诺贝尔生理学或医学奖授予了 David Julius 和 Ardem Patapoutian，以表彰他们在发现温度和触觉感受器方面的贡献。Patapoutian 教授通过研究压敏细胞，发现了 Piezo1 和 Piezo2 这两种机械敏感离子通道，它们能够对皮肤和内部器官的机械刺激做出反应。"Piezo" 这个词源自希腊语 "piezein"，意思是 " 紧压 " 或 " 挤压 "。在现代科学中，"piezo-" 常用于表示与压力相关的现象，如压电效应。压电效应，即某些晶体在受到外力作用时会在其表面产生电荷，或者在外加电场作用下发生形变的现象。这一效应自发现以来，经过了百余年的研究和发展，在现代科技中扮演着越来越重要的角色。从微观层面来看，压电材料和 Piezo1、Piezo2 离子通道有着异曲同工之妙，主要体现在它们对机械力的响应机制上。具体来说，Piezo1 和 Piezo2 通道在细胞膜中的嵌入方式使它们能够感知膜张力的变化。当膜张力增加时，通道结构从弯曲状态变为平展状态，导致中央孔道开放，允许离子通过。这种机制与压电效应中的机械应力引起电极化变化的原理相似，都是通过机械力引起内部结构变化，从而产生电信号。前面提到某些晶体在外加电场作用下会发生形变，具体指当在压电材料上施加电场时，材料会发生机械变形或位移，这也被称为逆压电效应。划重点：机械变形或位移，这就意味着我们可以利用逆压电效应来产生触觉反馈，这就是压电触觉。巨头突破量产困境大部分压电材料都同时具备上文提到的 2 种特性，作为按钮既能感知按压，也能产生反馈，结构也能做到极简，堪称是完美的固态按钮材料，但其量产过程却相当复杂。主要的挑战在于压电材料的加工精度要求高，且需要与电子设备中的其他组件精确配合。此外，压电按钮的功耗也是一个问题，往往需要需要数十伏的高压才能驱动，对于手机的电池是个不小的挑战。早在 2019 年，电子元件巨头 TDK 集团宣布其子公司 TDK Electronics 与开发超低功耗触觉技术的 Bor é as Technologies 签署合作协议，旨在加速压电触觉解决方案在广泛应用中的采用。合作将特别关注移动应用领域，通过结合 TDK 的高性能执行器和 Bor é as 的低功耗驱动 IC 技术，克服了压电触觉技术在移动设备上应用的障碍，推动了下一代用户界面的创新。Bor é as 是一家无晶圆厂半导体公司，拥有专利的压电执行器驱动技术平台 CapDrive， 它是首个无需担心功耗、性能、耐用性或尺寸限制就能释放压电材料独特特性的半导体平台。与市场上的其他压电驱动技术相比，CapDrive 在提供高清触觉反馈的同时，还集成了压力感应功能，这是其竞争对手所不具备的。之后在 2023 年， Bor é as 在视频平台上发布了一个名为 "New Solid-state button Demo" 的视频，在视频中完整展示了压电固态按钮的操作方式，包括按压、触摸、滑动等，而且反馈非常细致，与传统机械按钮无异。▲转子马达、线性马达和压电元件提供的触觉精度对比在解决了功耗和体积问题之后，就剩下生产了。前面提到 Bor é as 的这项技术是基于半导体的，因此生产方式和传统机械按钮完全不一样，没有舌片、弹簧等细小零件，本质上是在做 " 会动的芯片 "。要生产这样的固态按钮，就需要用到 MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）封装技术。半导体行业新星：MEMSMEMS 是一种集成单元，其内部结构通常在微米甚至纳米量级，能够将机械部件、传感器和电子元件集成在一个芯片上，采用类似光刻和刻蚀等微制造技术。MEMS 封装是指将微机电系统（MEMS）器件进行保护和集成的过程。然而，由于 MEMS 器件通常包含微小的机械结构，如悬臂梁和微镜，封装还必须提供机械支撑和环境保护。此外，MEMS 封装需要考虑气密性、隔离度和特殊的封装环境，以确保器件在各种应用场景中的可靠性和性能。在 2018 年，日月光与 TDK 合资成立日月旸电子，专注于采用 TDK 授权的 SESUB 技术生产集成电路内埋式基板。SESUB 技术对于 MEMS 封装至关重要，因为它使得将更多芯片与功能集成在更小尺寸的基板上成为可能。而今年 4 月份也有供应链消息传出，日月光独家拿下用于 iPhone 16 系列的新型按键系统级封装（SiP）模组大单。随着 iPhone16 的发布，这个大单应该就是指相机控制按钮了，而不是我们期待的压电固态按钮。话说回来，这枚按钮多少也是需要用到 MEMS 封装技术的。手机又将迎来一个创新点？用压电效应来做固态按钮，这个概念很早就有了，已经量产的产品也有不少，只不过能同时兼顾产量、微型化和功耗的产品，几乎没有。就拿前面提到的 Bor é as 来讲，成品方案已经上市几年了，MSI 微星也推出了采用压电触觉触摸板的笔记本电脑。直到今年 6 月份，Bor é as 才刚迈过 100 万出货量的门槛，显然这无法满足手机市场的需求。好消息是大家熟悉的供应链厂商也很早就在布局压电相关的技术，比如歌尔声学、瑞声科技（AAC）和汇顶科技等，汉得利（BESTAR）更是已经推出压电触觉的成品方案，或许不久后真能在手机用上压电固态按钮。压电固态按钮本身具备多维交互输入和输出的能力，对于手机来说意味着这是一个全新的交互方式，除了作为多功能快门键，还可以作为游戏肩键和 AI 按钮等，或者说直接替换原有的音量键和电源键，给原有的按键带去更多功能，总之就是无限可能。写在最后老实说，本来以为 iPhone 16 会用上压电固态按钮，并从此逐渐过渡到无孔化机身。抱着这样的期待，看到这颗相机控制按钮多少有点失望。从交互的角度看，相机控制按钮也没有带来令人惊艳的交互方式，更重要的是，iPhone 的相机真的需要大费周章单独做一个按钮吗？回到文章开头提出的观点 " 相机控制按钮很有可能会成为电子产品次世代的交互方式 "，仔细思考之后，我觉得应该去掉 " 很 " 字。谁又能保证，相机控制按钮不会成为下一个 3D Touch。koa12jJid0DL9adK+CJ1DK2K393LKASDad
编辑:刘永
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