深度解读“微压力传感技术及应用”

4月22日，纽迪瑞科技（NDT）技术副总裁陈之昀博士受邀参加了集微网主办的第四期“集微公开课”，为大家深度解读“微压力传感技术及应用”。

① | 行业领先压力传感触控方案供应商

纽迪瑞科技（New Degree Technology，简称NDT），成立于2011年，总部位于中国深圳，同时在美国设有研发中心，是一家专注于微压力传感器触控技术的高科技公司。经过短短的几年时间，纽迪瑞科技现在已经成为国际领先的压感触控解决方案的供应商。

据陈之昀博士介绍，纽迪瑞具有独立知识产、独立开发的、成套的技术体系，拥有62项国内外专利，此外还有一支90余人的高素质技术团队支持其压感触控技术的研发和迭代，其中包含11名博士、28名硕士。

纽迪瑞公司的服务网络遍及全球，包括在美国东北部有一个研发中心，主要是负责新型压感材料的研发；在美国硅谷设有销售办公室；同时在北美、欧洲和韩国都有销售代理，负责在全球各地推广技术和产品。

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② | 压力传感技术到底有什么用？

实际上压力传感是无所不在的，与我们的生活息息相关。常见的压感触控场景主要可分为两大类，一种为人机交互，另一种便是物物互联。

人机交互场景是非常多的，例如我们日常操作手机、电脑、汽车、玩游戏、听音乐等，只要有按键的地方、有触控的地方、有物理接触的地方，都可以用到压力传感来实现触控交互。

另外一个应用场景是物物互联。

我们知道物联网发展是非常迅速的，在很多领域，比如像工业控制、智能机器人等这些领域便需要大量的压力传感的解决方案来实现物与物之间的互联。

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③ | 现有压力感应技术有哪些？

传统的压力传感器主要为工业级的压力传感器，其主要的探测器件是一种金属应变片，而该类应变片实际上是一个金属膜电阻。当机床受到压力或者应力发生形状变化的时候，金属膜电阻的形状会跟着发生变化，相应的它的电阻阻值也会发生变化，通过阻值变化就可以测量它所受到的压力或者应力。

传统应变片解决方案的好处就是比较成熟、精度高，但它的内部结构非常复杂，因而成本也非常高。此外应变片实际上是一个单立的器件，它与我们现有常见的电子产品中包含PCB的这种解决方案集成起来不是那么方便。对于高集成度的现代的电子产品来讲，它已经有一点过时。

市面上最常见的压力感应技术主要有压电陶瓷、压力电容、压力电阻等。纽迪瑞的微压力应变器与这三种技术的根本区别在于其独立研发的一款高灵敏度的高分子压力感应材料。这种材料可以通过印刷形成可变电阻，使用方式上与此前说的应变片类似，同样也是一种通过改变电阻识别压力值的应用方式。

纽迪瑞研发的高灵敏度压感材料的灵敏度是传统应变片的5倍，除此之外这种材料是油墨的状态，可以方便通过印刷的方式直接印刷在PCB或者FPC的表面，制程简单，集成方便，使用方式也很灵活。

这里还有一个明显的与市面上常见的压力传感技术原理不一样的地方。常见的压力传感都需要上下表面需要有支撑，而纽迪瑞的压力传感器是单层结构，只需通过传感器探测表面面板的形变便可识别操作者的操作指令。并且它基本上适用于任何表面材质，只要能够贴合便都可以使用，包括玻璃、金属、陶瓷，甚至是木头。

总结起来，纽迪瑞压力传感技术方案的优势有三点：高灵敏度、高易用性、高性价比。高灵敏度来源于特殊研发的压感材料，也是纽迪瑞的核心技术所在；易用性在于其材料是油墨，可以方便直接印刷到FPC或PCB板上，同时由于材料具备高灵敏性和整个结构具备柔软性，使得即贴即用成为可能；高性价比在于高灵敏度和高易用性令其可以实现快速安装、易于集成，同时配合纽迪瑞提供的一套高度集成的解决方案，可以为终端产品降低生产和使用成本。

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④ | NDT压感触控已获多款旗舰终端商用

纽迪瑞从2015年开始布局手机行业，短短的几年之内便充分获得市场的验证和品牌客户的信任。在全球11家知名手机制造商中，已有8家采用了纽迪瑞的压感触控方案实现手机上的压感智能交互，量产的商用旗舰机型已达30余款。

目前在手机的压感触控应用市场，纽迪瑞的市场占有率高达97.5%，累计出货量已经达到了4000万套，奠定了在手机压感触控领域的领导者地位。

纽迪瑞自2011年成立，在之后的2~3年内，主要集中力量研发新型的、拥有自主知识产权的压力感应的材料。2015年开始进入手机市场，当时便配合中兴发布了世界上第1款采用3D Touch压感触控技术的手机Axon mini，实际上比苹果的iPhone 6s还要早几个月发布。

到2017年，纽迪瑞开始和HTC及谷歌合作，推出具有边框触控功能的Pixel 2系列及HTC U11系列手机。到了2018年，相继配合推出含压感触控功能的小米8系列和魅族16系列。2019年第一款真正意义上无按键瀑布屏手机vivoNEX 3，所采用的隐藏式压感电源及音量按键，同样也是来自NDT的方案；此外还有含有压感游戏按键的iQOO系列以及“未来科技感”十足的OPPO“透视全景屏”的概念机及今年vivo新推出的APEX 2020。

正是因为不竭的创新和持续的研发，2016、2017年纽迪瑞连续两年入选清科集团评选的“最具投资价值企业50强”，2018年更是与腾讯、顺丰一起入围快公司评选的“中国最佳创新公司10强”。

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⑤ | NDT压感触控技术行业应用有哪些？

经过前期充分的市场及用户需求调研，目前纽迪瑞压感触控技术表现在具体的产品形式上，有四条产品线，面向四个不同的市场，分别是Edge Sensor、Strain Gauge、Micro Load Cell、Metal Key。

目前Edge Sensor是最受欢迎的产品模式，它主要用于手机侧边实现譬如音量键、电源键、游戏L/R键、以及快捷键之类的按键功能，使得原本功能单一的手机侧边实现了智能边框功能。它的主要优势在于它为边框提供了虚拟的按键，可以取代实体按键还无需无需开孔，带来一体化的机身，让美学设计与按键功能兼具。

Strain Gauge实际也是应变片，但又与传统的应变片有所不同，它的优势在于高灵敏度和易于集成。目前这个产品线主要应用在手提电脑的触控面板（Trackpad）上。通过压力触控面板可以提供多维的输入，带来例如点击、轻按、双按、长按、滑动、拖拽等多样化交互。同时因为结构简单、易于集成的优势，可以让手提电脑内部结构更为紧凑、为其节省空间，满足终端用户对于PC的轻薄设计和实用性需求。

Micro Load Cell应用场景有无线耳机、压力笔、电动工具等。它是一个非常小巧的压力传感器，简单易用，可以很轻易地集成到一些很小的部件里面，例如无线耳机的手柄中。另外它可以取代实体按键，为产品带来一体化设计，保持按压功能延续的同时，还能提高防护级别和延长使用寿命。

Metal Key是基于PCB板的一个压力触控单元，可应用于金属面板触控领域，例如公共医疗、汽车中控、消费电子、电器等应用场景。目前大部分的触控方案对于比较厚的金属面板是不容易实现触控的，也不太容易检测用户的操作。而纽迪瑞的高灵敏度压感材料便非常适合在比较厚的金属面板下面的实现触控，因为它就是简单的通过检测用户触摸时所产生的微小形变来实现触控的。此外也能避免在金属面板表面开孔安装实体键，可以大大提高产品的美观性和使用寿命。

正如前面提到的，我们规划以上四条压感触控方案产品线，是经过充分的市场和用户需求调研的。

目前手机市场流行全面屏的设计，与此对应的便有一个需求产生，那就是取消边框的物理按键。因为物理按键的存在不但影响美观，如果边框太窄使得物理按键太窄，还会带来不好的用户体验；而虚拟压感按键正好可以解决这些痛点。2019年全球的手机销售量约为13.7亿部，预计到2020年能到16亿部，只要其中40%的中高端手机用上压力触控技术，这个市场便是非常大的。

自从苹果2015年发布引入压感触控Trackpad的Macbook Pro后，它便成为便携式电脑的一个行业的标杆，很多其他PC生产商也希望能够为用户带来这样多样化交互的Trackpad产品，而纽迪瑞的压感触控技术正好可满足这个行业的需求。

2016年苹果Airpods系列一经发布，便带来一大波TWS用户的好评。2019年Airpods系列销量高达6000万件。它所引进的一种通过新的耳机压感来控制耳机交互方式带来的正向反响后，便有很多智能耳机想要实现类似的交互功能。纽迪瑞的Micro Load Cell正好可以满足这个市场需求，给很多耳机厂商提供了一个有效且高性价比的压感触控方案。

最后一个Metal Key应用，比较具有代表性的重点市场是汽车座舱的触控面板应用。目前很多新发布的汽车面板一体化程度很高，而且一般为金属或者比较厚的面板，传统电容的触控难以满足金属面板上的触控需求，而且无法避免误触，在一些气候较为恶劣的特殊环境还可能存在触控失效。而纽迪瑞的Metal Key解决方案的特性正好符合这类应用场景。

除上述四大应用场景外，纽迪瑞还一直在坚持其他领域的探索。例如生理传感器市场。目前纽迪瑞开发的生理（心率）传感器非常轻巧，最大的优点是具备很高的易用性和便携性。一颗很小的压力传感器通过创可贴或胶带贴在手腕脉搏处，再通过蓝牙连接到手机上，便可以随时随地、实时且清晰地检测脉搏跳动情况，等效于医院检测的心电图。通过大数据分析，可以获取更多的生理细节。

这种测量方法实际也是利用压力应变的原理，利用心跳和脉搏造成皮肤的形变来进行检测，传感器的形变与皮肤的形变同步进行。这种测量方法的优势在于其检测的实际是物理的形变，可以有效避免汗液、肤色的干扰。目前这个产品仍然处于研发阶段，纽迪瑞已在计划尽快完善该产品并投入市场。

最后陈之昀博士总结表示纽迪瑞公司是一个拥有自主知识产权、可提供高度垂直整合且易于集成的压感触控解决方案供应商。目前在压感触控这个领域，尤其在手机和消费电子这个领域的压感触控解决方案，纽迪瑞公司的技术可谓是一个领头企业。

陈之昀博士也相信压感触控技术解决方案是非常广泛的，从家电、商用机器、工控、医疗，一直到手机，智能机器人、物联网等，这些都是有着非常广阔的压感触控应用前景。他坚信纽迪瑞的解决方案可以为物联网时代导入一种更加丰富、更为有效的人机交互功能，让每一位用户都能受益其中。