電気振動

電気振動の歴史は1954年に遡ります。これは偶然発見されたもので、E. マリンクロット、AL ヒューズ、W. スレーター Jr. は、「薄い絶縁層で覆われた導電性表面を乾いた指でこすり、110 V の信号で励起すると、特徴的なゴムのような感触が生じる」と報告しました。^{[ 1 ]}彼らの実験では、指と金属表面が容量性の構成を形成します。指と表面の間に生じる引力は知覚できないほど弱かったのですが、指が表面上を動くとゴムのような感覚が生じました。この感覚は、このグループによって「電気振動」と名付けられました。

2010年初頭頃、Senseg ^{[ 2 ] [ 3 ]}とDisney Research ^{[ 4 ] [ 5 ]}は、現代のタッチスクリーンデバイスに電気振動をもたらす可能性のある技術の開発を開始しました。

「1950年の夏、E. マリンクロットは、ある光沢のある真鍮製の電球ソケットが、点灯時と消灯時で感触が異なることに気づいた。」^{[ 1 ]}そこでマリンクロットは、その効果を科学的に調査するための装置を作成した。彼は可変電流制限抵抗器を介してアルミニウム板を60Hz  、 110Vの電源に接続した。アルミニウム板の半分には絶縁ワニス を塗布し、残りの半分は塗布しなかった。テストの結果、摩擦感は導電性表面と滑る指の間に絶縁バリアがある場合にのみ生じることを特定した。彼は、指が電気的に分極し、この誘導電荷が指と表面の間に力を生み出すと結論付けた。彼はこの現象を「電気的に誘導される振動」と名付けた。^{[ 1 ]}

電極と絶縁された接地平面との間に時間的に変化する電圧を印加することで、静電気力が発生します。時間的に変化する電圧が印加された絶縁板の上を指が走査すると、指が誘導接地平面として機能します。誘導された静電気によって、指と表面との間に力場が形成されます。

平行平板コンデンサモデルは、皮膚表面界面を近似するために使用できます。電極は一方の平板として機能し、皮膚内の導電性皮下層はもう一方の平板として機能するため、ハイブリッドな自然/人工静電アクチュエータを表します。^{[ 6 ]}次の式は、指と電極の間で発生する静電力を近似します。

${\displaystyle F_{\text{e}}={\frac {\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}AV^{2}}{2d^{2}}},}$

どこ

$\displaystyle \varepsilon _{0}}$– 自由空間の誘電率、

${\displaystyle \varepsilon _{r}}$– 誘電率、

${\displaystyle A}$– 電極の面積、

${\displaystyle V}$– 2枚のプレート間に印加される電圧、

${\displaystyle d}$―2枚のプレート間の距離。

結果として生じる力は人間の皮膚では感知できないほど小さいが、指が表面上を動くと、動いている指に摩擦力が生じ、それは次のように表すことができる。

${\displaystyle f=\mu F_{\text{e}},}$

どこ${\displaystyle \mu }$は摩擦係数です。

さらなる研究により、このモデルではこのような皮膚表面界面を説明するには不十分であることが示されています。^{[ 6 ]}