人機介面大跨步背後功臣 感測系統飛躍進化

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人機介面是任何產品與使用者接觸直接相關的設施，IT產品當然也不例外，過去為了配合硬體設備的發展，人機介面幾乎不外是螢幕顯示資訊與各類按鈕、或鍵盤滑鼠(或變形的搖桿、軌跡球等指向裝置)類型存在，不過在各類型的感測器突飛猛進的發展下，IT產品人機介面在近幾年也大為不同，例如多點觸控與姿態偵測，都成為當紅的焦點。

人機介面的進化，過去就一直隨著時代有不同的面貌，但是電子產品的發展，卻是人機介面發展史中，相當有趣的一個分支，過去IT相關的產品，多半是由專業人員操作，但是消費性電子產品的興起，卻打破了IT產品只由專家操縱的慣例，必須貼近到一般消費者層面。


故消費性電子產品這種新產品類型的出現，對工業設計而言，確實是開創了全新的局面，當然也增加了工業設計專業涵蓋的深度及廣度。人機介面工業設計師所關注的要素，不僅只是在功能性，更必須藉由產品外觀設計，讓使用者與產品間產生良性的互動，其中涉及到美學、材料運用、人因工程、產品語意等相關知識。藉由這些知識的整合，才能設計出滿足多面向的需求的人機介面，如視覺感受、使用層面等。

因此最近幾年，不少人機介面的突破，都出現在消費性電子產品上，例如隨著蘋果iPhone和iPOD Touch引入實現多點觸控的投射式電容觸控技術，引領人機互動介面的一波新革新，觸控面板和按鍵，特別是多點觸控模式，開始風行於手機、消費電子、家電、小筆電等領域。

除了多點觸控外，任天堂幾年前推出的Wii遊戲機亦在市場上刮起一陣旋風，其中最受矚目的特色是能讓玩家以真實動作融入遊戲的無線控制器。而幕後最大功臣是以微機電系統(MEMS)技術為基礎的三軸加速度感測器。任天堂的這項創意讓遊戲機設計進入了一全新的階段，也讓越多越多的消費性電子產品，包括數位相機、筆記型電腦、手機採用MEMS元件，以提供更佳的操控功能或創新應用。

由前述的兩個例子可以看出，人機介面能夠讓已經出現很久類型的產品，發生革命性的突破，也顯見新人機介面幾乎等於賦予產品新生命，良好的人機介面設計更可以激發消費者的購買慾望與對產品的忠誠度。

但是，消費性電子產品的人機介面設計，比一般產品又更困難，首先是在資訊產品推陳出新的情況下，介面設計面臨極大的挑戰，過去的設計往往是藉由使用者保存的經驗(甚或是標準)，延續其已發展的心智模式進行設計，但面對全新的產品時，設計師必須藉由介面的帶領，促使使用者創造、增強、繼而保存經驗。然而由於資訊產品其易於攜帶且具有傳播功能等特性，使得設計師在探討使用情境時變得更為不易掌握，以至於人機的互動行為擷取困難。這當中設計師必須理解核心需求並運用相關知識，將抽象概念轉化為介面操作程序、介面元素等，使使用者的心智建立對產品使用的系統模型。產品設計勢必因應資訊產品的出現，修正舊的或建立新的設計方法或程序以滿足設計需求。

當然，設計「好的」人機介面，已經是設計產品中，相當困難的一個部分，因為人機介面必須考量非IT技術的人體工學、使用者心理學等，而設計出革命性的人機介面，更必須對人機械面的基礎-感測器，有相當的認識，這也是許多人機介面設計者不熟悉的關鍵點。


人機介面所可能利用到的感測器類型眾多

感測器的所能偵測的領域相當廣泛，根據美國的商業情報研究機構Global Industry Analysts, Inc(GIA)的研究指出，大約有10種以上，舉例而言有化學(Chemical & Gas & Biosensor)偵測，所利用的代表性技術有遠紅外線、熱導、電離子化等，用於瓦斯或是氧氣偵測。壓力(Pressure)偵測，原理為微機電、真空、血壓、光學、電阻等，代表性的用途有胎壓偵測、電阻式觸控面板等。流體(Flow)偵測，利用的原理有科氏力、渦流、超音波、電磁、電容電場等，代表性用途就是投射電容式觸控面板。

其他還有接近(Proximity & Displacement)感測、影像(Image)感測、位置(Position)感測、位面(Level)感測、溫度(Temperature)偵測、負載(Force & Load)偵測等等。詳細分類請參考附表。

過去，這些感測器，多半需要持續偵測目標或是接觸目標，才能獲得目標的資訊，但是這樣的情況，會造成耗損、干擾、或是需要較大的攻耗提供運作等缺點，所幸隨著科技進步，許多接觸式感測器都已經被非接觸式感測器取代，而且也克服了前述的各項問題，甚至能大福提昇準確性與穩定度。

而隨著半導體製程等技術的推進，微型化已經成為不可逆的方向，感測器也受到此一趨勢相當大的幫助，例如微機電系統的發展，讓矽晶麥克風、3D加速計、RF元件、相機穩定器與GPS的陀螺儀等進入消費性電子產品，當然也帶來了相當大的人機介面革命。總體來看，除了前述的MEMS感測器系統外，根據GIA的研究，還有影像感測器、生物感測器、動作感應器是最重要的發展方向，其所衍生的產品族類亦相當眾多。


感測器技術影響人機介面發展

由於感測系統在人機介面設計的重要性大福提高，所以感測器本身的技術，往往也成為左右人機介面成敗的關鍵，顯然廠商設計產品時，人機介面的技術亦已成為核心關鍵，例如最近即傳出投射式電容技術的門檻頗高，主要是螢幕在製程與貼合上，都有相當多的關卡，例如何種貼合模式才能達到最佳觸控效果、抗干擾與ITO鍍膜技術的專利或智財權，都讓廠商傷透腦筋。最後結果即造成良率不易拉升，使終端產品受到影響。

而這個良率問題並非一朝一夕，從投射式電容技術成為支援多點觸控的主要技術後，就一直與此問題拉鋸，這也解釋了為何人人都看好多點式觸控技術，甚至在 iPhone大賣後預言多點觸控將成為手機主流人機介面，但目前為止多點觸控市場滲透率仍緩慢前進的原因。

當然多點觸控並非只有一種技術，也許某種技術突然興起取代投射式電容，成為多點式觸控主流，這也反應廠商設計，必須走在感測器發展的前端，以免技術成熟時，卻來不及端出相對應的人機介面技術，雖然在其他技術上這樣的研發觀很常見，例如以OCR、BCR技術的發展為例，當30萬像素的鏡頭出現在市面上時，許多廠商認為根本不可行，但有些廠商就已經在研究辨識效果。

經過研究，該廠商確實發現30萬像素無法達到完美的效果，看似花費了心血但是做到跟沒研發廠商相似的結論，但事實的發展是，100萬畫素的鏡頭沒隔多久就發展出來，達到辨識的最低門檻，在30萬像素時代就已經研究技術的廠商立刻遙遙領先推出實作的產品。人機介面研發亦是同理，當硬體還沒定位時，就應該洞悉發展趨勢，研發人機介面技術。

例如以觸控為例，隨著觸控產品如雨後春筍般冒出，國內廠商若欲跟隨此股潮流往前走，甚至走在硬體的前端設計人機介面，必須有的心態是：1、不斷研究與思考消費性產品觸控設計趨勢為何。2、模擬未來創新的觸控應用模式與情境，探究觸控技術的發展方向為何。3、隨著應用情境不同，產品設計如何兼顧消費者需求滿足與觸控技術的發展。


感測系統與人機介面產品的落差

探討人機介面，背後的大功臣感測介面絕對不可被忽略，但由於人機介面設計的難度很高，在這高難度的任務上，又加上了一種未被市場驗證的感測機制，那失敗的可能性又更高，所以大部分研發人機介面的廠商，都追隨市場已經成功的技術，當然在一種感測器被採用且發揚光大之後，往往後續的追隨是比較簡單的任務，但是如果對於感測器有全面性的了解，或許能夠發現某感測器很適合設計成某產品的人機介面，而成為走在一個市場的先行者。