工業技術研究院

觸控技術的應用，已逐漸成為生活中不可忽視的一大主流；但在觸控技術的背後，壓力感測技術更可說是不可或缺的要角。運用「微形變壓阻感測技術」，除了能夠讓觸控介面更具深度，帶領發展更多元的應用外，還可結合許多現有產品或使用情境，發揮輕薄柔軟的特性，為人類生活帶來更多便利與效益。

觸控螢幕在現今電子產品上受到廣泛的運用，在各式手機、電腦、螢幕等互動介面上，只需要點移手指，就可以快速簡易地操控，也為生活帶來無數便利。然而，也一定有很多人在使用這些電子產品時，無意間有過這樣的經驗，就是當手指點按移動不夠確實，就得重新再操作一次，或者是不小心點選到圖示，卻已經進入程式畫面；雖然都不是太大的麻煩，但也顯示出觸控螢幕的操作，其實還有不少奧妙。

以一般電阻式的觸控面板，即是透過對螢幕的施力，使上下兩層電極間經過按壓導電後，藉此偵測觸控位置並控制各項運作，常見的跳舞機就是一例；而且依照通電與否的特性，這種觸控面板通常僅具備開（on）與關（off）的功能，也就是只要達到通電效果後就會開始執行工作，否則就不會有任何反應。不過這也說明了，使用者必須達到該電子設備或觸控面板所設定的通電數值，如果力道不足或施力位置不夠清楚，就會產生前述需重新操作的狀況。

導入壓力感測技術，讓使用者在觸控操作各種電子用品時，可以更方便、更簡單、更具直覺性。但事實上，壓力感測技術的應用，還不僅只於消費或資訊類別的電子產品；特別是在降低厚度與體積的需求，以及軟性電子技術的開發趨勢下，所需要的是能夠更容易與各類型產品結合的觸控媒介。工研院的「微形變壓阻感測技術」，即是能提高應用與互動的層次及深度，讓生活環境達到觸控無所不在的創新突破。

精確與靈敏表現更佳

工研院電子與光電研究所軟性電子系統組組長胡紀平指出，「微形變壓阻感測技術」在整體結構概念上並無特殊之處，同樣是採用電阻式的觸控原理，並因應「軟性」電子的需求，將上下兩層電極改為導電塑膠，中間的壓阻材料，則是以具導體功能的碳黑為主；當感測器受到壓力時，其中的碳黑導體間距離便會縮短，使電阻減少，導電度也就隨之增加，進而達到變壓阻感測的目的。

但在「微形變壓阻感測技術」中較為特殊的，是當製作成感測器時，可以量測到不同「深度」的外來重量，意即能夠透過電阻大小的反應狀況，來了解施力的不同與變化，迥異於只有「開」與「關」的兩極功能，而是擁有灰階、無段的特性；因此在同一個施力點上，若給予不同的力量，就可設計各種相對應的操控或呈現，產品的樣貌與應用的可能也就更多元。

要能夠明白反應電阻的灰階變化，在於感測器的在線性表現需要具有更高的水準，即是當重複給予相同的壓力時，得到的反應曲線要夠直、落差愈小愈好，能在不同壓力之間清楚辨別，也代表著精確度和靈敏度愈高。透過材料配方與結構體的設計，使得「微形變壓阻感測技術」能具有良好的在線性，感應誤差可低於2.5%，遠優於國外近似技術的3%至7%，也是與一般僅有開關功能或其他軟性壓力感測器更具優勢的地方。

在「軟性」的特色上，微形變壓阻感測技術可使感測器更為輕薄、抗摔，還可撓曲，而且經由成本較低、類似報紙的網版印刷製程，還能以大面積、卷對卷（Roll to Roll）連續式生產，並可設計成不規則的形狀及尺寸，與非平面的產品或物體貼合，同時感測器因受壓時才會通電，使得耗電量也相當低。

胡紀平表示，在研究過程中，研發團隊希望能以互動性的應用來表現出技術的特性。例如研發團隊利用「微形變壓阻感測技術」製作了數位電子鼓，每個鼓面就有約15公分見方；當以鼓棒敲擊時，就可透過壓力感測和計算，準確演奏出多段音準，包括聲音的大小，而且整組鼓只有薄薄一片，不再像過去那麼笨重。

軟性特質提升應用層面

不論在成本、結構、應用等方面都具有許多優勢的軟性電子，是近年來發展極為快速的技術領域，估計2017年軟性電子市場將高達300億美元。胡紀平認為，軟性電子的運用其實很貼近人類的感官，像是觸控的部份，就如同人類的皮膚；如果將「微形變壓阻感測技術」應用在機器人的手上，就能有不同的壓力感測，並控制機器人的施力，帶出更精細的動作，以抓取或操控更軟性、易碎的物品。

另一方面，在軟性壓力感測器的研究中，亦有研發單位是藉由成本較高的半導體製程，製作體積微小的MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統）感測器。不過MEMS感測器不僅價格較昂貴，同時在「軟性」的表現上，不如「微形變壓阻感測技術」來得柔軟，較難以達到軟性應用的目的，在精度上的展現也不足，並尚未能解決大面積的生產需求。

像以市面上有部份頂級車款，引進了賽車筒狀座椅的概念，透過附在汽車座椅上的MEMS感測器，偵測行駛中的身體擺動及不同部位的壓力呈現，適時提供氣囊式的支撐與包覆。工研院「微形變壓阻感測技術」於研究初期，也曾與賽車座椅廠商合作開發相同的產品，當感測到的壓力愈大時，氣囊也可以膨脹得更大，以提高駕駛與乘車時的舒適及安全性；而且因為使用的是非MEMS的軟性感測器，不僅能大範圍的使用，增加感應偵測的區域，並更能與座椅貼合，減低硬度的不適感。

胡紀平表示，研發團隊進一步所思考的，是能否將感測器的結構做得更簡單一些，於是才衍生出圓形顆狀的樣式，以方便透過圖案的大小與分布設計，來因應各種用途及目的，這同時也會影響承載重量的差異。以「微形變壓阻感測技術」的研發，目前施力重量從10公克到40公斤，都可以感測得到。

以近期工研院研發團隊所投入的研究，就是投入較複雜的醫療領域，與床墊廠商、資策會等單位合作，包括健康照顧床，或是供糖尿病患者使用的健康鞋墊等開發。以結合壓力感測的健康床為例，可以經由睡眠監控的機制，來偵測睡眠者在深層睡眠時，到底身體的哪個部位承受了過大的壓力，並且適時地幫助睡眠者翻身，以達到疏解壓力的目的。

同樣地，在附有感測鞋墊的健康鞋上，也可協助了解糖尿病患者腳部的壓力分布狀況，以提早預防褥瘡，或是藉以更改鞋型，以提供足夠支撐。胡紀平表示，「微形變壓阻感測技術」在與不同產品結合時，可以顯現更多應用機會和價值；而且雖然團隊力量有限，但仍可整合各種外部資源，共同為技術尋求出路。

成為人機介面樞紐

四年前才開始投入研發的「微形變壓阻感測技術」，即在2010年獲得美國華爾街日報（The Wall Street Journal）科技創新獎（Technology Innovation Awards）半導體類優選。胡紀平提到，當時評審對於這項技術的看法，在於展示了許多令人信服的應用，而且可以成為人類與物體之間的樞紐（hub），並確實具有功能性與潛在商用價值。

「微形變壓阻感測技術」的首度授權技術移轉，也正是與國內知名的環球水泥公司合作，透過該公司新成立的電子事業部，不僅跨入多元化的轉型經營，也更能實現高科技的生活化，目前並已建置生產線，規劃量產上游感測元件。另外，與和碩聯合科技公司及旗下的PEGA DESIGN設計團隊協同開發的「超薄行李測重配件」，也是首項推出的應用產品。

近年來陸續受到911事件、能源價格上漲與景氣起伏等影響，使得許多航空公司對於載運的乘客行李有了更嚴格的限制；但搭機旅客若想要知道自己的行李是否超重，除了尋找合適的磅秤來量測外，或得使用攜帶式的秤重計，不但笨重、使用上也很不方便。然而，「超薄行李測重配件」則是直接與行李箱的手把結合，只要將行李箱提起，把手上的感測器就會受到壓力，而上頭不同顏色的燈號，即可顯示目前行李是處於超重、即將達到重量限額、或是在安全的範圍內。

「超薄行李測重配件」的應用，不僅為消費者創造更便利的使用情境，更符合了「微形變壓阻感測技術」超薄、可彎曲、可與物體貼合等重要特性。胡紀平也說，雖然在商品售價上，端看廠商的訂價策略，但就技術本身與既有產品的整合，以發揮整體系統的價值，即是持續研發的重點。

持續整合資源共同發展

胡紀平表示，未來在「微形變壓阻感測技術」的發展上，工研院希望能扮演系統整合的角色，將技術引導到各方面的應用與異業的合作上，例如與LED技術的結合，就能以按壓觸控的方式，控制LED的顏色與亮度等。尤其在人與物的介面整合上，由於有「人」的使用，雖然需要克服不少問題，但也更能顯現技術的特色與專利的契機，也才是研發的真正重心。