今天小編分享的科技經驗：那個被吹上天的固态按鈕，蘋果iPhone 16沒做出來，歡迎閱讀。
一年一更的 iPhone 又來了，最熱門的 AI 功能咱一時半會兒還用不上，外觀方面也是差不多那樣，好像智能手機的形态真的快到頭了。但是，智能手機的互動還沒到頭。
就像蘋果這次 iPhone 16 上的相機控制（Camera Control）按鈕，通過輕按、重按、觸控的方式，用一個按鈕就能控制快門、變焦、模式切換等，很有可能會成為電子產品次世代的互動方式。
相機控制按鈕的實現路徑
在發布會上，iPhone 的產品經理花了整整 23 秒來介紹這個按鈕是如何工作的，其復雜程度只能說令人嘆為觀止。
這顆按鈕依舊具備一個傳統的點按開關，并不像傳聞中采用不可按壓的全固态設計。另外還配有一套高精度力傳感器和震感馬達，用于模拟不同按壓力度和觸摸的反饋。
按鈕表面則是藍寶石覆蓋的電容式觸摸傳感器，用于識别滑動等觸摸操作。順帶一提，官方的保護殼帶有一片藍寶石玻璃，并有傳導層，能夠将手指的動作傳遞給相機控制按鈕。
雖說功能和之前爆料的差不多，但實現方式還是有點讓人失望的，對于向來從簡的蘋果來說，這次的解決方案過于復雜，本來應該有更好的方案才對。
好好的按鈕為什麼要改？
傳統機械按鈕由于其復雜的結構，容易受到灰塵、水分等環境因素的影響，導致損壞或失靈。比如 iPhone 上那顆祖傳的靜音切換鍵，就很容易被灰塵卡住，因為這個問題去售後的用戶也不在少數。而固态按鈕就沒有這個問題。
從設計角度來看，固态按鈕減少了可活動機械組件的數量，這不僅提升了按鈕的生產效率，還降低了故障率。而固态按鈕則通過電容感應或壓力傳感技術實現操作，沒有機械結構，因此更加耐用和防水。此外，固态按鈕還能幫助打造無孔化機身，使得設備的密封性更好，能夠實現理想中的 " 黑盒 " 極簡設計。
去年就有傳聞稱 iPhone 15 Pro 會采用固态按鈕，可惜最後并沒有采用。後來有外媒爆料稱蘋果的這一計劃名為 "Bongo"，是一種電磁驅動的觸覺反饋裝置，能夠提供更加細膩和真實的觸覺反饋效果。通過這種技術，用戶在進行虛拟按鈕按壓時，能夠感受到類似于物理按鈕的觸覺反饋，從而增強了互動的直觀性和滿意度。
然而，由于技術和生產上的挑戰，iPhone 15 Pro 終究是無緣了，iPhone 16 這個按鈕也只能算是折衷實現了固态按鈕的功能。
從功能角度來看，固态按鈕為屏外互動提供了更多操作維度。例如，用戶可以通過輕點、輕按、重按和滑動等不同方式與設備進行互動。這種多樣化的操作方式不僅提升了操作效率，還為用戶帶來了更豐富的使用體驗。
在一份 2023 年公開的專利中，蘋果就展示了通過不同按壓力度和滑動，在一個按鈕上實現多重操作。例如，輕觸可能用于觸發一個預覽功能，而更用力的按壓則可能用于執行一個确認操作，還可以用按壓 + 滑動來實現多重連續操作。
但是專利歸專利，實際應用就是另一回事了。
手機廠商們嘗試過的 " 固态按鈕 "
如果以 " 不能動 " 來定義固态按鈕，其實也有不少手機嘗試過了。
谷歌在其 Pixel 系列手機中引入了 Active Edge 功能，通過擠壓機身的方式觸發特定功能，如啟動 Google Assistant。這種設計雖然只能實現一種操作，但提供了一種全新的互動方式，減少了對傳統按鈕的依賴。
蘋果在iPhone 7中首次引入了固态 Home 鍵，取代了傳統的機械按鍵。這個固态 Home 鍵通過 Taptic Engine 提供觸覺反饋，模拟按鍵的點擊感。安卓陣營中，魅族 15也采用了類似的設計，提供了更耐用和防水的 Home 鍵體驗。
華為在Mate30系列中引入了螢幕虛拟按鍵，通過在曲面屏邊緣設定 UI 按鍵，實現多樣化的操作。這種設計不僅提升了螢幕的整體性，還提供了更多的互動方式，如音量調節和拍照快門等。
一些遊戲手機，如華碩 ROG Phone 系列，在邊框中嵌入了超聲波觸控肩鍵。這些固态按鈕能夠識别點按力度、滑動等操作，為遊戲玩家提供了更豐富的控制體驗。這種設計不僅提升了遊戲操作的精确性，還減少了機械按鈕的磨損。
如果要論功能性，超聲波觸控按鈕完全可以實現 iPhone 16 上這個按鈕的所有功能，為什麼蘋果直到現在才加上呢？
固态按鈕的關鍵難點 " 反饋 "
在前兩節我們都有提到蘋果對于固态按鈕的 " 反饋 " 的執着，努力讓固态按鈕用起來像機械按鈕，為什麼固态按鈕一定需要真實的反饋呢？
答案很簡單，因為它是個按鈕，按鈕就應該有反饋，這是我們的直覺。在《設計心理學》叢書中，作者認為好設計應該符合以下 5 個原則：示能、意符、約束、映射和反饋，而反饋恰恰是固态按鈕的痛點。
以垂直電梯為例，按下樓層按鈕後，那個按鈕就應該變亮。如果這個時候所有按鈕的燈都沒亮，但電梯還是把你送到了對應的樓層，你是不是覺得這電梯壞了。
另一種情況是，你按下按鈕後，所有按鈕的燈都亮了，但是電梯還是把你送到了對應的樓層，你是不是依舊覺得這個電梯壞了。
上面兩種情況分别對應的是缺少反饋和反饋不清晰。
傳統的機械按鈕，按下和彈起都會有機械結構帶來的天然反饋，耳朵聽到的咔哒聲、指尖感受到的振動，這些反饋讓我們可以清楚判斷是否按下了按鈕。
而固态按鈕幾乎去掉了所有的機械結構，本身無法提供聲音或觸感的反饋，這就需要人為增加一個反饋。
以 iPhone 7 上的 Home 鍵為例，其實是按不下去的，而是通過 Haptic Engine 來模仿按壓的手感和震動，以至于當年很多用戶不知道那個 Home 鍵是完全固定的。
可能很多人以為 iPhone 16 這個按鈕就是把以前的 Home 鍵挪到了邊框上，實際上它們有着非常大的區别。
為了保證反饋的真實感，反饋應該直接作用于按壓的地方。iPhone 7 上的 Home 鍵如此真實，就是因為這個超大号的 Haptic Engine 震感馬達在按鍵下方。
對于側面按鈕而言，如果利用原本位于下部的 Haptic Engine 來模拟反饋，會因為距離和位置的關系，震動無法準确傳導到對應的按鈕上，導致反饋的失真。這一點和現在遊戲手機上的超聲波觸控肩鍵一樣，觸發按鈕時手機會提供一個震動反饋，可是反饋并不來自于指尖，而是來自于整個手掌。
如何解決這個問題？給側面按鈕再加一個震動馬達嗎？蘋果在 Bongo 計劃裡提到的電磁驅動觸覺裝置，其實就是我們常說的 X 軸線性馬達，但是即便體積再小也有悖固态按鈕的初衷。
用固态按鈕本質是為了去機械化結構、實現更簡潔的設計，如果又加上一個震動馬達，不就是本末倒置了嗎？
誰能想到，蘋果整出了一個帶電容觸摸、帶震感的超復雜按鈕，多少讓人有點迷惑。
固态按鈕與科研頂流 "Piezo"
雖然 iPhone 16 沒能用上固态按鈕，但這并不妨礙我們繼續讨論固态按鈕的實現路徑。
2021 年諾貝爾生理學或醫學獎授予了 David Julius 和 Ardem Patapoutian，以表彰他們在發現溫度和觸覺感受器方面的貢獻。Patapoutian 教授通過研究壓敏細胞，發現了 Piezo1 和 Piezo2 這兩種機械敏感離子通道，它們能夠對皮膚和内部器官的機械刺激做出反應。
"Piezo" 這個詞源自希臘語 "piezein"，意思是 " 緊壓 " 或 " 擠壓 "。在現代科學中，"piezo-" 常用于表示與壓力相關的現象，如壓電效應。
壓電效應，即某些晶體在受到外力作用時會在其表面產生電荷，或者在外加電場作用下發生形變的現象。這一效應自發現以來，經過了百餘年的研究和發展，在現代科技中扮演着越來越重要的角色。
從微觀層面來看，壓電材料和 Piezo1、Piezo2 離子通道有着異曲同工之妙，主要體現在它們對機械力的響應機制上。具體來說，Piezo1 和 Piezo2 通道在細胞膜中的嵌入方式使它們能夠感知膜張力的變化。當膜張力增加時，通道結構從彎曲狀态變為平展狀态，導致中央孔道開放，允許離子通過。這種機制與壓電效應中的機械應力引起電極化變化的原理相似，都是通過機械力引起内部結構變化，從而產生電信号。
前面提到某些晶體在外加電場作用下會發生形變，具體指當在壓電材料上施加電場時，材料會發生機械變形或位移，這也被稱為逆壓電效應。劃重點：機械變形或位移，這就意味着我們可以利用逆壓電效應來產生觸覺反饋，這就是壓電觸覺。
巨頭突破量產困境
大部分壓電材料都同時具備上文提到的 2 種特性，作為按鈕既能感知按壓，也能產生反饋，結構也能做到極簡，堪稱是完美的固态按鈕材料，但其量產過程卻相當復雜。
主要的挑戰在于壓電材料的加工精度要求高，且需要與電子設備中的其他組件精确配合。此外，壓電按鈕的功耗也是一個問題，往往需要需要數十伏的高壓才能驅動，對于手機的電池是個不小的挑戰。
早在 2019 年，電子元件巨頭 TDK 集團宣布其子公司 TDK Electronics 與開發超低功耗觸覺技術的 Bor é as Technologies 籤署合作協定，旨在加速壓電觸覺解決方案在廣泛應用中的采用。
合作将特别關注移動應用領網域，通過結合 TDK 的高性能執行器和 Bor é as 的低功耗驅動 IC 技術，克服了壓電觸覺技術在移動設備上應用的障礙，推動了下一代用戶界面的創新。
Bor é as 是一家無晶圓廠半導體公司，擁有專利的壓電執行器驅動技術平台 CapDrive， 它是首個無需擔心功耗、性能、耐用性或尺寸限制就能釋放壓電材料獨特特性的半導體平台。與市場上的其他壓電驅動技術相比，CapDrive 在提供高清觸覺反饋的同時，還集成了壓力感應功能，這是其競争對手所不具備的。
之後在 2023 年， Bor é as 在視頻平台上發布了一個名為 "New Solid-state button Demo" 的視頻，在視頻中完整展示了壓電固态按鈕的操作方式，包括按壓、觸摸、滑動等，而且反饋非常細致，與傳統機械按鈕無異。
▲轉子馬達、線性馬達和壓電元件提供的觸覺精度對比
在解決了功耗和體積問題之後，就剩下生產了。前面提到 Bor é as 的這項技術是基于半導體的，因此生產方式和傳統機械按鈕完全不一樣，沒有舌片、彈簧等細小零件，本質上是在做 " 會動的芯片 "。
要生產這樣的固态按鈕，就需要用到 MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系統）封裝技術。
半導體行業新星：MEMS
MEMS 是一種集成單元，其内部結構通常在微米甚至納米量級，能夠将機械部件、傳感器和電子元件集成在一個芯片上，采用類似光刻和刻蝕等微制造技術。
MEMS 封裝是指将微機電系統（MEMS）器件進行保護和集成的過程。然而，由于 MEMS 器件通常包含微小的機械結構，如懸臂梁和微鏡，封裝還必須提供機械支撐和環境保護。此外，MEMS 封裝需要考慮氣密性、隔離度和特殊的封裝環境，以确保器件在各種應用場景中的可靠性和性能。
在 2018 年，日月光與 TDK 合資成立日月旸電子，專注于采用 TDK 授權的 SESUB 技術生產集成電路内埋式基板。SESUB 技術對于 MEMS 封裝至關重要，因為它使得将更多芯片與功能集成在更小尺寸的基板上成為可能。
而今年 4 月份也有供應鏈消息傳出，日月光獨家拿下用于 iPhone 16 系列的新型按鍵系統級封裝（SiP）模組大單。
随着 iPhone16 的發布，這個大單應該就是指相機控制按鈕了，而不是我們期待的壓電固态按鈕。話說回來，這枚按鈕多少也是需要用到 MEMS 封裝技術的。
手機又将迎來一個創新點？
用壓電效應來做固态按鈕，這個概念很早就有了，已經量產的產品也有不少，只不過能同時兼顧產量、微型化和功耗的產品，幾乎沒有。就拿前面提到的 Bor é as 來講，成品方案已經上市幾年了，MSI 微星也推出了采用壓電觸覺觸摸板的筆記型電腦。直到今年 6 月份，Bor é as 才剛邁過 100 萬出貨量的門檻，顯然這無法滿足手機市場的需求。
好消息是大家熟悉的供應鏈廠商也很早就在布局壓電相關的技術，比如歌爾聲學、瑞聲科技（AAC）和匯頂科技等，漢得利（BESTAR）更是已經推出壓電觸覺的成品方案，或許不久後真能在手機用上壓電固态按鈕。
壓電固态按鈕本身具備多維互動輸入和輸出的能力，對于手機來說意味着這是一個全新的互動方式，除了作為多功能快門鍵，還可以作為遊戲肩鍵和 AI 按鈕等，或者說直接替換原有的音量鍵和電源鍵，給原有的按鍵帶去更多功能，總之就是無限可能。
寫在最後
老實說，本來以為 iPhone 16 會用上壓電固态按鈕，并從此逐漸過渡到無孔化機身。抱着這樣的期待，看到這顆相機控制按鈕多少有點失望。
從互動的角度看，相機控制按鈕也沒有帶來令人驚豔的互動方式，更重要的是，iPhone 的相機真的需要大費周章單獨做一個按鈕嗎？
回到文章開頭提出的觀點 " 相機控制按鈕很有可能會成為電子產品次世代的互動方式 "，仔細思考之後，我覺得應該去掉 " 很 " 字。誰又能保證，相機控制按鈕不會成為下一個 3D Touch。
