苹果Force，Touch和Apple_Pencil技术揭秘

很多朋友对苹果Force，Touch和Apple_Pencil技术揭秘不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

近日，媒体曝出Force Touch技术将用于苹果下一代手机iPhone6s。其实已经在Apple Watch和MacBook系列笔记本上使用了，只是这个版本和以前不一样。因为MacBook触控板和Apple Watch可以感应到两种不同程度的压力，即轻敲和按压。据国外媒体报道，新一代iPhone的“3D Touch Display”可以感知三种不同程度的压力，包括轻敲、按压和更强的按压。所以“3D Touch”的命名很可能来源于此。

出于专业原因，我多年来一直致力于新一代触觉振动技术的研究。看到这个消息很激动，感觉触觉交互的春天来了。对“触觉交互”和下一代“人机对话”很好奇，我在这里给大家普及一下苹果的新“黑科技”:Force Touch技术(因为苹果没有正式声明该技术是“3D Touch”，所以这里也叫Force Touch技术)，以及由此开启的更广阔的方向：触觉交互。

一、力触(Force Touch)，力触开启的触觉交互之门，是指通过感应压力的产生和变化，实现电数据的变化，然后通过电数据产生指令，最后达到压力间接实现指令的过程。

对压力触感的研究和探索已经进行了很多年。其中美国Z-origin的Z-Tohch就是早期的触控探索者。后来微软和黑莓相继提出了关于touch的专利和应用，但由于种种原因，他们的touch给客户的感觉并不完美。

不久前，华为还在国内发布了压力触摸屏手机MATE S。其技术方案并未拆解清楚，但由于宣传力度较前作较薄，其技术方案与苹果略有不同，但并未引起业内热议，苹果的巨大影响力可想而知。苹果发布的压力触控，以苹果一贯的风格来看应该是比较成熟完善的，所以会在手机上发布。所以，苹果的诉求让pressure touch打开了“触觉交互”的大门。

目前触觉反馈在手机中的应用仅仅停留在震动和提醒上。而振动和触摸行业的公司，比如美国的“沉浸”公司，已经布局了大量基于“触觉交互”的技术储备和专利，其中软件系统和硬件都由中科公司代理。

比如TI公司较早推出基于高压的新一代振动电机驱动芯片；沉浸公司布局了多项振动反馈专利，其网站也显示推出新一代振动反馈方案；恒业新材等中国也在研发“新一代触摸反馈”的核心硬件。这一次，苹果推出了“力触”的技术应用，为更广泛的“人机触觉交互”打开了大门，让用户进入了新一代“触觉交互”的时代。技术原理二、强制触摸

其实压力触摸的原理很好理解：屏幕通过手指压力——的面积变化来感应手指压力——，从而产生不同的电信号——。压力传感器装置根据电信号——进行处理。移动电话CPU接收压力传感器信号——，并且移动电话CPU生成相应的指令——。客户察觉到压力引起的指令变化(如屏幕变化和菜单)。下图显示了用户如何通过按压获得来自手机/平板电脑的反馈。

如上图所示，触觉反馈的技术原理由触摸产生的压力、压力的识别和识别后的反馈指令三部分组成，其中最重要的是触觉传感器“力触传感器”，是按压触摸的重要组成部分。

手机结构的轻薄也对触摸传感器和FPC提出了很高的要求，相比平板和电脑必须非常轻薄。这次苹果手机厚度增加是因为“Force Touch”的关键部件产生的厚度，也就是增加了Force Touch压力模块。不过也传闻苹果会在下一代手机上降低这个厚度，那么届时苹果会在哪些地方做出改变呢？三、力触摸的结构1、整体触摸结构：

根据目前iPhone6s的拆解来看，其使用的屏幕仍然是Incell屏幕，供应商为JDI等日本公司。Incell屏幕的触摸层在盖玻片下面，加入了“Force Touch”的物理成分。因此，屏幕的结构必须非常精巧。2、触摸层的特殊变化/材料变化

虽然仍然是INCELL屏幕，但目前还不知道其触摸层是否引入了最新的革命性材料，但从网上可以看出，苹果要求其日本供应商供应纳米银屏幕。所以业内看好的银纳米线是否应用在新一代苹果上，目前还没有得到证实。苹果的专利显示，苹果将原本接近液晶的触控层和ITO的VCOM层切割成平行线，用于实现压力触控。3、压力传感器部分

根据苹果MAC的公开拆解，MAC上有四个压力传感器，分别位于触摸的四个方向，还有一个由磁性材料组成的“反馈系统”。把Mac的触控板拆下来从Mac拆下来的触控板来看，Force Touch已经应用到Mac上了。由于Mac的面积和厚度，更适合处理压触层。所以苹果手机的采用也来自于在Mac上使用的工艺积累。

必须注意的是，Mac上有一个特殊的“反馈系统”，——磁性材料制成的“反馈装置”，其作用是在用户按压时给出声音或振动的反馈，让用户的体验更加“真实”。从网上流出的苹果6s拆解：因为内置了触摸传感器，所以比6略厚。

因为iPhone6s没有真实完整的拆解，尤其是对于它的压触部分，如何巧妙的把压触部分放进去是一个很大的问题。而且根据媒体公布的手机厚度的增加，应该起到了触控设备的作用，但目前还不能做得很薄，有其物理极限。

下一代iPhone7，苹果已经表示会更薄，薄是来自触控部分的变化还是苹果本身其他设备结构的变化，不得而知。只能等相关消息发布，再做深入分析。四、“触觉交互”是力触的未来1、触觉交互的起源和雏形

压力感应技术只是“触觉反馈系统”的开始，下一代手机有望在触觉反馈系统上衍生出许多令消费者惊喜的应用。目前Force Touch技术只有指令和屏幕功能的变化，并没有“手机对客户的物理反馈”。——这就是未来的“触觉交互”。

触觉交互不仅包括手机软件系统的反馈，还包括手机硬件系统的反馈。比如，当你触摸屏幕上的“仙人掌”时，如果能感受到一种刺痛的感觉，这就是“触觉交互”的通俗解释。更通俗的说，就是模拟，真实的感觉。几年前，在触觉振动装置的推动下，日本生产出了几款可以快速响应振动的手机和平板电脑，但在当时，这些产品与压力触摸的关系并不大：

比如，日本DOCOMO生产的一款“RAKURAKU”老人手机，其振动回馈可以让在老人触摸屏幕有触感，如按压键盘一样的实物感，还曾风靡一时；日本松下也推出独特振动回馈的平板；韩国PANTECH（潘泰）也推出过精敏振动的平板等等。

日本富士通的RAKURAKU老人手机

但由于当时没有提出由压力传导，再通过物理回馈而组成一个闭环回路，这些置入了触觉振动器件的产品并没有引起行业的热议，但这已经算是“触觉互动的雏形”。

2、触觉互动的关键器件：物理回馈器件

触觉互动体系，离不开一个关键器件：触觉振动反馈器件， 它要求的反馈速度和精度，根本不是现有的偏转振动马达或直线振动马达所能达到的。它需要全新的振动反馈器件，其中包括磁性材料、压电陶瓷材料，而压电陶瓷材料与MEMS工艺结合的器件，被认为是最佳的反馈器件。

而颇具悲伤的是，目前压电MEMS器件也在突破之中。现在存在的局限性有：体积只适合PAD，离手机对体积的要求有距离、功耗问题，但目前由多层陶瓷带来的功耗大大降低，有望解决这一问题。

从事关键硬件研发的有日本的科技企业，也有中国年轻的海归科技企业的身影。比如有从事陶瓷振动材料与器件研发的的科研朋友常和我坦言：我们坚信这一趋势，通过材料与结构技术，已经将电压由100V以上降到36V，并在部分大尺寸的平板上进行试用，但应用于手机上面，还需要在体积等方面进行诸多改进。

中国企业衡业新材研发的“新一代陶瓷振动器件”原型

3、“触觉互动”的未来

苹果引领的“触觉互动”，有着广阔的未来应用前景，它不仅让顾客有真正的“人机对话”体验感，更会产生更多更大的应用市场，比如物联网的应用等，也将翻开手机应用的新一页。

更重要的是，触觉反馈也将带来行业的一系列连锁反应，将催生更多新材料、新工艺、新器件的革命，特别是新材料与MEMS工艺的结合，将在其中得到广泛的应用。

除了Force Touch，苹果这次还重新定义了一项触控技术，那就是曾经乔布斯深恶痛绝的“触控笔”。

在平板电脑用户心中，手写笔的需求是一直存在的，毕竟在触摸屏上笔尖是比指尖精确一些的输入方式。然而苹果人一直没有碰触手写笔的原因，可能是因为老乔生前的理念遗留。乔布斯曾经在iPad一代发布会上公开嘲讽触控笔：“谁会想整一支触控笔？揣兜里不方便不说，你带着一支笔到处溜达，弄丢了咋整，所以触控笔都是扯犊子。”（乔老爷子原话，东北话版翻译）

也许是因为平板市场的激烈竞争，加上用户的强烈需求愿望，才导致苹果为旗舰专业平板做出一个妥协的产品，这是在打乔布斯的脸吗？

苹果正式发布Apple Pencil之前，iPad Pro会配一款手写笔的传言就不绝于耳，甚至被曝光出非常多关于该触控手写笔的专利。

直至今日凌晨，这款Apple Pencil才千呼万唤始出来，虽然人们对新iPad Pro的触控笔有了一些心理预期，但仍然对这支笔感到些许惊喜，这支笔完全不同于传统的电容触控笔，确实是一款高科技的产品。

根据发布会介绍，Apple Pencil采用了纯白的配色，设计简洁优雅，笔尖很细，完全颠覆了普通电容式触控笔傻大憨粗的形象。Apple Pencil是专为iPad而生，可以与iPad进行合作使用，和传统的触控笔相比，其内部隐藏了很多惊人的技术。

说到触控笔就不得不提一下电容触控笔的原理。简单的说，设备工作时，会给与电容屏工作面通上一个很低的电压，当用户触摸屏幕时，手指或触控笔就会吸走一个很小的电流，这个电流分别从触摸屏的四个角或四条边上的电极中流出，经过控制器对这四个电流的比例进行精密计算，从而得出触摸点的位置。

传统的触控笔原理就是，在笔杆上采用金属材质，笔尖上安装一个导电硅胶、导电棉或导电纤维等材质的笔头，这样就算给手指和屏幕之间搭建了一个通电的桥梁，从而可以控制屏幕。这种传统触控笔的缺陷就是，缺乏灵敏度和精度。

而根据发布会介绍，Apple Pencil可与iPad Pro屏幕进行连通使用，系统可以判定用户是使用手指还是Apple Pencil，当它感应到Apple Pencil 时，辅助系统每秒240 次扫描显示屏，所收集的数据点相当于用手指的两倍，响应能力十分迅捷高效。

Apple Pencil 内置了压力感应器和倾斜角度感应器，可以模拟人们用笔时的真实情况，比如感知压力、位置，以及和iPad之间的夹角，根据笔尖的斜度和压力，Multi- Touch 显示屏能侦测到每个感应器的相应位置，从而描绘出粗细程度不一的线条，举个例子，用户使用Apple Pencil写画时，如果按压力度大，压力传感器会得到回馈，从而进行“线条加粗”之类书写状态的调整。

基于Apple Pencil的传感器和iPad Pro的屏幕支持，Apple Pencil可以做到非常高的使用灵敏度，在屏幕上写画时并不会有延迟感，而且相对于传统的电容触控笔，Apple Pencil有着不可想象的高精度，最高可以精确到一个像素的书写效果。

Apple Pencil既然集成了诸多技术，所以，与传统触控笔不同的是，Apple Pencil必然需要电量支持。在Apple Pencil的尾部，打开笔盖，你会发现一个Lightening接口，可以直接插入iOS设备进行充电，觉得充电不方便？不用担心，Apple Pencil支持15 秒快充，一次快充可支持30 分钟的使用，而完全充满的使用时间也达到了12 个小时，足够用户日常使用。

苹果并不是第一个使用高精技术制造触控笔的厂商，之前红极一时的53 Paper Pencil蓝牙触控笔同样集成了很多技术，不过相对于Apple Pencil来说，53 Pencil的长相实在是太笨拙了。

虽然说是一款妥协的产品，但并没有对付，依然做到了笔中的极致，这款Apple Pencil对于专业用户来说还是一款非常合格的产品，99美元的价格虽然有些略贵，但是与53 Pencil也差距不大，毕竟这是一款专业工具。

不过Apple Pencil也有一个致命缺陷，那就是苹果并没有为这个精致的手写笔提供置放的空间，53 Pencil 至少还能利用iPad 侧边的磁性栏贴合，而Apple Pencil并没有合理的放置位置，看来乔帮主的担忧是正确的：弄丢了可咋整？

以上知识分享希望能够帮助到大家！