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從無按鍵烤箱到防滑脫機械手,艾邁斯歐司朗如何用「光學壓力感測」重新定義產品表面?

隨著人機互動技術持續發展,產品表面不再只是保護內部元件的外殼,也能成為接收觸碰與壓力資訊的操作介面。艾邁斯歐司朗(ams OSRAM)宣布透過 AS7160 類比前端與 SFH7065 光學前端,可將光學壓力感測技術整合至不同產品表面,使機械手能夠感知抓握力道、家用電器不必配置傳統實體按鍵,甚至讓智慧手錶的錶殼直接具備輸入功能,進一步拓展光學感測技術在機器人、家電及穿戴式裝置等領域的應用。

 

 

光學壓力感測技術讓產品表面成為互動介面

 

傳統按鍵與觸控面板主要用於辨識使用者是否進行操作,但光學壓力感測技術能進一步偵測產品表面的細微形變,從中取得觸碰位置、施加壓力及接觸狀態等資訊,讓同一個接觸動作不再只是單純的輸入指令,而能提供更多可供系統分析的數據。尤其當產品需要同時感測多個接觸位置時,如何同步蒐集不同測量點的資訊,便成為感測系統的重要設計課題。

 

艾邁斯歐司朗資深產品經理 Christian Feierl 表示:「人們對產品表面的功能提出了愈來愈高的要求,而光學壓力感測技術正好能夠滿足這項需求。該技術能夠偵測表面極其細微的形變,並將其轉化為可用於實際操作的資訊,例如觸碰、壓力和接觸狀態等。這使產品表面成為主動式互動介面,為人機互動開創更多可能,應用範圍涵蓋從家用電器到機器人的各類產品。」

 

AS7160 可同步控制 8 個光學前端,偵測 0.22 微米細微位移

 

針對多點感測需求,艾邁斯歐司朗 AS7160 類比前端可同時控制多達 8 個光學前端,並同步擷取不同感測器測量點的資料,讓系統能夠整合多個接觸位置的壓力變化。以機械手抓取工具為例,抓握過程並非只有單一手指施力,而是涉及多根手指之間的受力分布,以及物體移動時持續變化的接觸狀態;透過 AS7160 同步取得多個感測點的資訊,便能更完整掌握機械手的抓握情況。

 

除了多點感測能力,AS7160 也具備偵測微小形變的高靈敏度,可辨識小至 0.22 微米的表面位移,遠低於一般人類頭髮的直徑。這項特性讓感測器即使隔著金屬表面,或處於潮濕環境中,仍能偵測細微的作用力變化。對機器人應用而言,系統不僅可以了解物體受到多大的抓握力量,也能透過持續監測壓力變化,及早察覺工具是否在機械手中產生位移。

 

SFH7065 採側向感測設計,可辨識壓縮力與剪切力

 

除了感測精度與資料擷取能力,感測器能否安裝在實際需要偵測的位置,同樣影響整體應用設計。艾邁斯歐司朗 SFH7065 光學前端採用側向感測器模組設計,能沿著產品表面從側面偵測形變,而非只能由上方進行測量,因此更容易整合至具有複雜幾何結構的產品中,包括機械手的指尖、關節、手指側面及彎曲區域,讓感測元件能依照實際接觸位置配置。

 

SFH7065 的另一項特點,是能夠同時測量壓縮力與剪切力,前者可反映物體受到的施壓情況,後者則有助於辨識接觸表面之間的橫向受力變化。以機械手抓握物體為例,感測器除了偵測抓握力道,也能協助判斷物體是否開始移動或滑脫。開發人員還能結合側向與頂部感測器,依不同產品的結構與受力位置進行配置,使光學壓力感測技術更直接地參與裝置的偵測與控制流程。

 

從無按鍵烤箱到智慧手錶,光學感測擴展產品操作方式

 

光學壓力感測技術的應用並不侷限於機器人,也能整合至日常家用電器的操作介面。例如烤箱可將控制元件隱藏於封閉式玻璃面板後方,藉由多個感測器測量點建立不同控制區域,不必另外設置可見的獨立按鍵。使用者即使戴著隔熱手套,也能透過觸碰面板開啟選單,再透過施加壓力執行對應功能,讓觸碰與按壓成為不同層次的操作方式。

 

在穿戴式裝置方面,光學壓力感測技術也能利用現有產品結構增加輸入功能。例如智慧手錶可將錶殼側面設計為操作區域,透過長按進入運動模式,或以短按方式接聽電話,不必為新增功能而改變手錶的外觀與尺寸。