HapKnob：一種具備馬達驅動形狀變化功能的觸覺旋鈕介面

核心概念

本文介紹了一種名為 HapKnob 的新型觸覺旋鈕介面，它結合了形狀變化和力回饋功能，旨在改善在視覺受限情況下的使用者體驗。

摘要

HapKnob：一種具備馬達驅動形狀變化功能的觸覺旋鈕介面

研究背景

隨著觸控螢幕技術的普及，傳統的實體介面逐漸被取代，導致使用者在操作過程中缺乏觸覺回饋。為了解決這個問題，開發一種能夠提供豐富觸覺資訊的新型介面變得至關重要。

HapKnob 的設計與功能

為此，本文提出了一種名為 HapKnob 的馬達驅動形狀變化觸覺旋鈕介面。該介面具有以下特點：

• 形狀變化：HapKnob 配備六個伺服馬達控制的鰭片，可以實現七種獨特的形狀配置，並能根據使用者需求進行擴展。
• 力回饋：HapKnob 使用一個 12V 直流馬達產生扭矩輸出，實現各種力回饋效果，例如硬牆、凸起、凹陷、線性阻尼和紋理等。
• 尺寸模擬：HapKnob 的旋鈕組件直徑為 52 毫米，高度為 30 毫米，模擬了日常生活中常見旋鈕的尺寸。

初步結果與未來方向

初步測試結果表明，HapKnob 的七種形狀配置易於區分，並且可以產生多種基本的力回饋效果。未來研究方向包括：

• 改進驅動系統，提高位置跟踪精度和系統穩定性。
• 優化圖形使用者介面，增強使用者參與度和整體體驗。
• 探索 HapKnob 在虛擬實境、擴增實境等沉浸式環境中的應用。

研究意義

HapKnob 的設計為觸覺介面領域帶來了新的思路，有望改善視覺受限情況下的使用者體驗，並在虛擬實境、擴增實境等領域具有廣闊的應用前景。

統計資料

HapKnob 的旋鈕組件直徑為 52 毫米。
HapKnob 的旋鈕組件高度為 30 毫米。
HapKnob 的鰭片可以線性位移 8 毫米。
HapKnob 的馬達最大輸出扭矩超過 25 牛頓-厘米。
HapKnob 最多可以渲染 20 個凸起或凹陷（間隔 18 度）。

引述

"This shift underscores the need to reevaluate current control methodologies and develop creative solutions to alleviate the visual burden required for task completion."
"This research aims to address these gaps by creating a shape-changing knob that emulates the typical size of everyday knobs while broadening the range of attainable shape features."

從以下內容提煉的關鍵洞見

HapKnob -- A Motorized Shape-changing Haptic Knob Interface

by Zhili Gong, ... 於 arxiv.org 11-21-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.12993.pdf

深入探究

除了旋鈕之外，還有哪些日常用品可以通過結合形狀變化和力回饋來改善使用者體驗？

除了旋鈕之外，許多日常用品都可以通過結合形狀變化和力回饋來改善使用者體驗，以下列舉幾項並說明其應用情境：

門把手:

形狀變化: 可以根據使用者的手掌大小和抓握方式調整門把手的形狀，提供更舒適的握持感。例如，當感應到兒童的手時，門把手可以變得更加圓潤小巧；而當感應到成年人的手時，則可以變得更加修長。
力回饋: 可以根據門的重量和鎖的狀態提供不同的力回饋，例如，當門鎖著時，轉動門把手會感受到更大的阻力，提示使用者門已上鎖。

遙控器:

形狀變化: 可以根據當前使用的功能動態調整按鍵的形狀和高度，讓使用者更容易找到目標按鍵，提升操作效率。例如，當切換到觀看電影模式時，播放、暫停、快進、後退等常用按鍵可以變得更加突出。
力回饋: 可以在按下按鍵時提供明確的觸覺回饋，讓使用者確認操作成功，避免重複按壓。

滑鼠:

形狀變化: 可以根據不同的使用情境調整滑鼠的形狀，例如，在遊戲模式下，滑鼠可以變得更加符合人體工學，提供更好的操控性；而在辦公模式下，滑鼠可以變得更加輕薄便攜。
力回饋: 可以在滾動滾輪或點擊按鍵時提供不同的觸覺回饋，例如，模擬滾動不同材質表面的感覺，或是在點擊不同功能的按鍵時提供不同的回饋力度。

牙刷:

形狀變化: 可以根據使用者的口腔大小和牙齒狀況調整刷頭的形狀，提供更有效的清潔效果。
力回饋: 可以根據刷牙的力度和時間提供不同的震動回饋，提醒使用者正確刷牙。

總之，結合形狀變化和力回饋的設計理念可以應用於許多日常用品，提升產品的易用性、舒適性和趣味性，創造更優質的使用者體驗。

在觸覺介面設計中，過於強調新穎的技術是否會犧牲使用者的易用性和接受度？

的確，在觸覺介面設計中，過於強調新穎的技術有可能會犧牲使用者的易用性和接受度。設計師和工程師在追求技術創新的同時，也必須關注使用者的實際需求和使用習慣。
以下是一些可能導致易用性和接受度下降的因素：

過於複雜的操作方式: 新技術往往意味著新的操作方式，如果操作過於複雜或不直觀，使用者可能會感到困惑和沮喪，降低使用意願。
缺乏必要的回饋: 觸覺介面的一個重要功能是提供回饋，讓使用者感知自己的操作是否成功。如果回饋不足或不夠清晰，使用者可能會感到不確定，降低使用信心。
與現有使用習慣相衝突: 使用者已經習慣了現有的操作方式，如果新技術與之相衝突，使用者需要重新學習，可能會產生抗拒心理。
成本過高: 新技術的成本往往比較高，如果價格過於昂貴，可能會影響產品的市場接受度。
為了避免上述問題，設計師和工程師在開發觸覺介面時，應該遵循以下原則：

以使用者為中心: 設計應以使用者的需求和習慣為中心，而不是以技術為中心。
簡潔直觀: 操作方式應盡可能簡潔直觀，易於學習和使用。
提供清晰的回饋: 提供及時、準確、清晰的回饋，讓使用者感知自己的操作。
保持一致性: 與現有的使用習慣保持一致，降低使用者的學習成本。
控制成本: 在滿足功能需求的前提下，盡可能控制成本，提高產品的市場競爭力。
總之，觸覺介面設計的目標是提升使用者體驗，而不是炫耀技術。只有將技術創新與使用者需求完美結合，才能設計出真正成功的產品。

如果將 HapKnob 的設計理念應用於藝術創作，例如雕塑或互動裝置，會產生怎樣的效果？

將 HapKnob 的設計理念應用於藝術創作，例如雕塑或互動裝置，將會帶來令人驚豔的效果，為藝術作品注入全新的生命力和互動性。
1. 動態雕塑:

想像一下，一個原本靜靜矗立的雕塑，表面佈滿了 HapKnob 的模組化單元。當觀眾靠近時，雕塑的表面會根據觀眾的位置、動作，甚至是情緒變化而產生動態的形狀變化。
這些變化可以是微妙的起伏，也可以是誇張的變形，創造出獨特的視覺效果，並賦予雕塑生命力，使其不再是冰冷的藝術品，而是能與觀眾互動的有機體。
2. 觸覺音樂盒:

將 HapKnob 的力回饋特性與音樂結合，可以創作出觸摸式的音樂盒。每個 HapKnob 單元可以觸發不同的音符或音樂片段，而旋轉 HapKnob 則可以改變音調或節奏。
觀眾可以通過觸摸和旋轉這些 HapKnob 單元，創作出獨特的音樂作品，並體驗到音樂與觸覺的奇妙融合。
3. 情緒互動裝置:

利用 HapKnob 的形狀變化和力回饋特性，可以創作出能夠感知和回應觀眾情緒的互動裝置。
例如，當觀眾觸摸裝置時，HapKnob 單元可以根據觀眾的情緒狀態改變形狀和硬度，例如，當觀眾感到快樂時，裝置的表面變得柔軟而富有彈性；而當觀眾感到悲伤時，裝置的表面則變得堅硬而冰冷。
4. 盲人藝術體驗:

HapKnob 的設計理念也可以應用於為視障人士創造觸覺藝術體驗。
例如，可以利用 HapKnob 單元創作出觸摸式的畫作，讓視障人士通過觸摸感受到不同的形狀、紋理和圖案，從而欣賞藝術作品的美感。
總之，將 HapKnob 的設計理念應用於藝術創作，將為藝術家提供全新的創作工具和表達方式，打破傳統藝術的界限，創造出更具互動性、參與性和情感共鳴的藝術作品，為觀眾帶來前所未有的感官體驗。