المُهَزّ في الأجهزة المحمولة: المبادئ والأنواع والتركيب

ما هو محرك الاهتزاز في الهاتف الذكي؟

محرك الاهتزاز (المُهَزّ) هو جهاز كهروميكانيكي مصغر يُحوّل الطاقة الكهربائية إلى اهتزازات ميكانيكية لإحداث اهتزاز في جسم الهاتف الذكي. الغرض الرئيسي من محرك الاهتزاز هو الإشعار اللمسي للمكالمات الواردة والرسائل والتنبيهات دون استخدام إشارة صوتية. في الأجهزة الحديثة، يُستخدم محرك الاهتزاز أيضاً للتغذية الراجعة اللمسية عند التفاعل مع الشاشة التي تعمل باللمس.

الغرض والتطبيق

ظهر أول محرك اهتزاز في الهاتف المحمول عام 1992 في طراز Motorola Startac للإشعار الصامت بالمكالمات. اليوم، يُستخدم الاهتزاز ليس فقط للإشعارات بل أيضاً لتأكيد إجراءات المستخدم: الضغط على المفاتيح، التمرير، اللمس. في الهواتف الذكية الحديثة، يُعد محرك الاهتزاز جزءاً من نظام التغذية الراجعة اللمسية إلى جانب Taptic Engine والمُشغّلات الكهرضغطية. تؤثر جودة الاهتزاز بشكل مباشر على إدراك الجهاز: فالاهتزاز الدقيق والسريع يرتبط بالجودة الممتازة.

أنواع محركات الاهتزاز للأجهزة المحمولة

في صناعة الهواتف المحمولة، يُستخدم نوعان رئيسيان من محركات الاهتزاز: ERM (الكتلة الدوارة غير المتوازنة) بوزن دوار غير متوازن و LRA (المُشغّل الرنان الخطي) بحركة مغناطيس خطية. يعتمد اختيار النوع على متطلبات جودة التغذية الراجعة اللمسية والتكلفة والمساحة المتاحة داخل جسم الهاتف الذكي. تُستخدم ERM غالباً في الأجهزة الاقتصادية بينما تُستخدم LRA في الأجهزة المتميزة.

ERM — محركات الكتلة الدوارة غير المتوازنة

ERM (Eccentric Rotating Mass) هو محرك اهتزاز كلاسيكي يتكون من محرك تيار مستمر مع كتلة غير متوازنة على العمود. عند تطبيق الجهد، يبدأ الدوار بالدوران وتنتقل قوة الطرد المركزي للكتلة غير المتوازنة إلى جسم الجهاز مُحدثة اهتزازاً. تُنظّم سعة الاهتزاز بواسطة الجهد (2–5 فولت) والتردد بواسطة سرعة الدوران. محركات ERM رخيصة في التصنيع، لكنها تتمتع بقصور ذاتي: زمن التسارع إلى سرعة التشغيل يتراوح بين 20–50 مللي ثانية، وبعد التوقف يتراوح بين 10–20 مللي ثانية من التأثير اللاحق القصوري.

LRA — المُشغّلات الرنانة الخطية

LRA (Linear Resonant Actuator) هو محرك اهتزاز يتحرك فيه المغناطيس على طول محور واحد في المجال المغناطيسي للملف. المغناطيس معلق على عناصر مرنة تضمن العودة إلى الوضع الأصلي. يعمل LRA بتردد رنين (عادة 150–200 هرتز)، محققاً أقصى سعة بأقل استهلاك للطاقة. زمن استجابة LRA يتراوح بين 5–15 مللي ثانية، مما يجعله أكثر استجابة بشكل ملحوظ مقارنة بـ ERM. LRA أكثر اكتنازاً من ERM مع قوة اهتزاز مماثلة، مما يجعله مثالياً للأجهزة المتميزة.

ERM و LRA: مقارنة الخصائص

عند اختيار محرك اهتزاز لهاتف ذكي، يراعي المصنعون عدة معايير رئيسية: زمن الاستجابة، دقة التحكم في السعة، استهلاك الطاقة والحجم. تتفوق محركات ERM من حيث التكلفة وسهولة التحكم — فهي تحتاج فقط إلى جهد تيار مستمر للتشغيل. تتطلب مُشغّلات LRA مشغّلاً أكثر تعقيداً مع توليد إشارة تيار متردد بتردد الرنين، لكنها تُوفّر أحاسيس لمسية أكثر دقة بثلاث إلى أربع مرات.

وفقاً لأبحاث Precision Microdrives، تستهلك مُشغّلات LRA طاقة أقل بنسبة 40–50% من محركات ERM عند إنشاء اهتزاز مماثل من حيث الإدراك. يرجع ذلك إلى وضع التشغيل الرنان: تتحقق السعة القصوى بأدنى طاقة إدخال. في الوقت نفسه، يمكن لمحركات ERM العمل في نطاق ترددات أوسع، مُنشئة اهتزازاً بكثافة متفاوتة بمجرد تغيير الجهد.

كيف يعمل محرك الاهتزاز في الهاتف

يتم التحكم في محرك الاهتزاز في الهاتف الذكي عبر مشغّل يتلقى الأوامر من المعالج الأساسي أو وحدة تحكم مخصصة للتغذية الراجعة اللمسية. يُحوّل المشغّل الأوامر الرقمية إلى إشارات كهربائية: لـ ERM — جهد تيار مستمر بمستوى معين، لـ LRA — إشارة تيار متردد بتردد الرنين مع سعة قابلة للتعديل. جهد تغذية محركات الاهتزاز عادة ما يتراوح بين 2–5 فولت بتيار 50–200 مللي أمبير.

تحتوي شرائح Snapdragon الحديثة (Qualcomm) و Dimensity (MediaTek) على وحدات تحكم اهتزاز مدمجة تدعم أنماط اللمس المخصصة. يُرسل المعالج إلى المشغّل سلسلة من الأوامر تحدد السعة والمدة وشكل الموجة لكل نبضة. استناداً إلى مكتبة التأثيرات المعدة مسبقاً، يمكن للنظام توليد اهتزاز لـ 10–30 نوعاً مختلفاً من الإشعارات بخصائص إحساس لمسي فردية.

على iOS، يتم التحكم في محرك الاهتزاز عبر Core Haptics مع دعم الأنماط المعقدة. على Android قبل الإصدار 8.0 (API 26)، كان التحكم محدوداً: يمكن للمطور فقط تشغيل وإيقاف الاهتزاز بمدة ثابتة. ابتداءً من Android 8.0، ظهرت الفئة VibrationEffect مع دعم الأشكال الموجية المركبة والتأثيرات الموجية والسعة القابلة للتعديل.

استخدام الاهتزاز في التطبيقات المحمولة

يُستخدم الاهتزاز في التطبيقات المحمولة لعدة سيناريوهات: إشعارات الأحداث (المكالمات والرسائل)، التأكيد اللمسي للإجراءات (الضغط على الأزرار، تبديل المفاتيح)، التغذية الراجعة اللمسية في الألعاب وميزات الوصول للمستخدمين ذوي الإعاقة السمعية. يتطلب كل سيناريو معايير اهتزاز مختلفة: نبضة قصيرة للتأكيد، اهتزاز مطول للإشعارات.

يُحسّن الاهتزاز المضبوط بشكل صحيح تجربة المستخدم بشكل ملحوظ. الاستجابة اللمسية القصيرة عند الضغط على زر تُخلق شعوراً بالتفاعل المادي وتُقلل العبء المعرفي. في الألعاب، يُستخدم الاهتزاز لخلق الانغماس: محاكاة الطلقات والتصادمات وتشغيل المحرك. وفقاً لـ Google Material Design، يُوصى باستخدام اهتزاز بمدة 10–40 مللي ثانية للتأكيد اللمسي و200–1000 مللي ثانية للإشعارات لتجنب إزعاج المستخدم.

بالنسبة لإمكانية الوصول، يلعب الاهتزاز دوراً رئيسياً: فهو يسمح للمستخدمين ذوي الإعاقة البصرية بتلقي تغذية راجعة لمسية حول الأحداث على الشاشة. يُرسل TalkBack على Android و VoiceOver على iOS إشارات اهتزاز عند تمييز عناصر الواجهة وتأكيد الإجراءات وتلقي الإشعارات. تساعد أنماط الاهتزاز التكيفية في تمييز أنواع الأحداث دون تحكم بصري.

التحكم البرمجي في الاهتزاز على Android

للعمل مع محرك الاهتزاز على Android، تُستخدم خدمة النظام Vibrator، المتاحة عبر طريقة getSystemService(). ابتداءً من Android 10 (API 29)، تمت إضافة VibratorManager — واجهة برمجة تطبيقات موحدة لإدارة الاهتزاز على الأجهزة ذات محركات الاهتزاز المتعددة. للتوافق مع الإصدارات الأقدم، يستخدم المطورون Vibrator مباشرة مع التحقق من توفر طريقة createOneShot().

import android.os.VibrationEffect
import android.os.Vibrator
import android.os.VibratorManager
import android.content.Context

class VibrationHelper(private val context: Context) {
    private val vibrator: Vibrator get() {
        return if (Build.VERSION.SDK_INT >= 31) {
            val manager = context.getSystemService(Context.VIBRATOR_MANAGER_SERVICE)
                as VibratorManager
            manager.getDefaultVibrator()
        } else {
            context.getSystemService(Context.VIBRATOR_SERVICE) as Vibrator
        }
    }

    fun playShortClick() {
        val effect = VibrationEffect.createOneShot(30L, VibrationEffect.DEFAULT_AMPLITUDE)
        vibrator.vibrate(effect)
    }

    fun playWaveform() {
        val timings = longArrayOf(0L, 50L, 100L, 50L)
        val amplitudes = intArrayOf(128, 255, 64, 255)
        val effect = VibrationEffect.createWaveform(timings, amplitudes, -1)
        vibrator.vibrate(effect)
    }
}

تدعم الفئة VibrationEffect نوعين من التأثيرات: createOneShot — نبضة واحدة بمدة وسعة محددتين، و createWaveform — نمط موجة مركب مع مصفوفة توقيتات وسعات. عند استخدام createWaveform، تحدد مصفوفة التوقيتات تسلسل التفعيلات والتوقفات، بينما تحدد مصفوفة السعات مستوى الاهتزاز (0–255) لكل قطعة. تشير المعلمة repeat إلى الفهرس الذي يبدأ عنده تكرار النمط (1- للتشغيل لمرة واحدة).