(57)【要約】      （修正有）【課題】流体を使用してフレキシブル基板の剛性を増加して触覚効果を送達する触覚アクチュエータを提供する。【解決手段】触覚効果対応システムが、電位応答流体を使用して触覚効果を生成する。触覚対応装置（触覚アクチュエータ１０２）が流体および基板２０２を含む。流体は電場に応答する。基板は、少なくとも部分的にフレキシブルで、チャネル２０４を画定する。流体は、チャネルの少なくとも一部の中に配置される。流体に近接する基板の部分（駆動部２２２）は、流体から離れた基板の部分（非駆動部２２４）よりも堅く、これによって触覚効果を作る。【選択図】図８
2018055682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属を含む流体と、
電解質と、
少なくとも部分的にフレキシブルでチャネルを画定する基板であって、前記流体および前記電解質が前記チャネルの少なくとも一部の中に配置され、前記流体に近接する前記基板の部分が前記流体から離れた前記基板の部分よりも堅い、基板と
を備え、
場に応答して、前記流体が前記チャネルを通って移動し、前記チャネル内の前記電解質を置き換え、前記移動する流体に応答して前記基板の前記剛性が変化して触覚効果を送達する、触覚対応装置。
【請求項２】
前記場が電場を含む、請求項1に記載の触覚対応装置。
【請求項３】
前記場が磁場を含む、請求項1に記載の触覚対応装置。
【請求項４】
前記液体金属がガリウム合金である、請求項1に記載の触覚対応装置。
【請求項５】
前記液体金属がガリウムとインジウムの共融物を含む、請求項4に記載の触覚対応装置。
【請求項６】
前記電解質が本質的に水酸化ナトリウム(NaOH)および塩化ナトリウム(NaCl)からなるグループから選択される、請求項1に記載の触覚対応装置。
【請求項７】
前記流体が強磁性流体を含む、請求項1に記載の触覚対応装置。
【請求項８】
第1および第2の電極であって、前記第1の電極と前記第2の電極が前記チャネルの対向する端部に配置される、第1および第2の電極をさらに備え、
前記第1および第2の電極に極性を有する電位が印加されると、前記液体金属が1つの方向に前記チャネルを通って流れ、
前記第1および第2の電極に反対の極性を有する電位が印加されると、前記液体金属が反対方向に前記チャネルを通って流れる、請求項1に記載の触覚対応装置。
【請求項９】
前記第1の電極と前記第2の電極が前記チャネルの前記対向する端部に接続される、請求項8に記載の触覚対応装置。
【請求項１０】
前記1つの方向の前記液体金属の前記流れが前記電解質とインターフェースする前記液体金属の表面上に酸化物を堆積し、前記反対方向の前記液体金属の前記流れが前記液体金属の前記表面から前記酸化物を除去する、請求項8に記載の触覚対応装置。
【請求項１１】
前記第1および第2の電極に電気的に接続されるコントローラをさらに備え、前記コントローラが、駆動信号に応答して前記第1の電極と前記第2の電極の間に電位を印加するように構成され、前記電位が前記流体の移動およびユーザに通信するための情報に対応する、請求項8に記載の触覚対応装置。
【請求項１２】
前記電位が約-0.7Vから約+7.7Vの範囲の振幅を有する、請求項11に記載の触覚対応装置。
【請求項１３】
前記電位がユーザに通信するための前記情報に対応する少なくとも1つの電気特性を有し、前記少なくとも1つの電気特性が、本質的に、周波数、振幅、位相、反転、持続期間、波形、動作開始時間、立上がり時間、フェード時間、イベントに対する遅延時間、およびイベントに対するリードタイムからなるグループから選択される、請求項12に記載の触覚対応装置。
【請求項１４】
装着型物品をさらに備え、前記基板が前記装着型物品に動作可能に接続される、請求項1に記載の触覚対応装置。
【請求項１５】
前記基板が前記チャネルと流体連通するリザーバをさらに画定する、請求項1に記載の触覚対応装置。
【請求項１６】
前記基板が第1のチャネルと前記第1のチャネルとは別個の第2のチャネルとを備え、前記基板内の少なくとも1点で第2のチャネルの経路と交差する経路を前記第1のチャネルが有する、請求項15に記載の触覚対応装置。
【請求項１７】
前記基板がメイン部と接触部とを含み、前記接触部が前記メイン部よりも低い剛性を有する、請求項15に記載の触覚対応装置。
【請求項１８】
流体と、
少なくとも部分的にフレキシブルでチャネルを画定する基板であって、前記流体が前記チャネルの少なくとも一部の中に配置され、前記流体が前記チャネル内を移動すると、前記流体に近接する前記基板の部分が前記流体から離れた前記基板の部分よりも堅く、触覚効果を生成する、基板と、
流体を前記チャネルを通して選択的に移動させるように配置構成されるポンプと、
前記ポンプに電気的に接続されるコントローラであって、前記コントローラが前記ポンプに信号を送達するように構成され、前記信号が触覚情報を具現化する、コントローラと
を備える、触覚対応装置。
【請求項１９】
前記基板が前記チャネルと流体連通するリザーバをさらに画定する、請求項18に記載の触覚対応装置。
【請求項２０】
前記ポンプが前記チャネルの対向する端部に配置される第1および第2の電極を備え、前記第1および第2の電極が前記コントローラと電気通信する、請求項18に記載の触覚アクチュエータ。
【請求項２１】
前記流体が液体金属である、請求項20に記載の触覚アクチュエータ。
【請求項２２】
前記ポンプが前記チャネルの対向する端部に配置される第1および第2の電磁石を備え、前記第1および第2の電磁石が前記コントローラと電気通信する、請求項18に記載の触覚アクチュエータ。
【請求項２３】
前記流体が、本質的に鉄粒子および磁性粒子からなるグループから選択される粒子を含む、請求項22に記載の触覚アクチュエータ。
【請求項２４】
前記ポンプが電気機械式ポンプである、請求項18に記載の触覚アクチュエータ。
【請求項２５】
触覚効果を自動的に生成する方法であって、
場を生成するステップであって、ユーザに触覚効果を通して通信する情報を前記場が具現化する、ステップと、
前記場に応答してフレキシブル基板中に画定されるチャネルを通して流体を移動させ、前記チャネル内の電解質を置き換えるステップであって、前記流体が液体金属を含む、ステップと、
前記流体が前記チャネルを通して移動するのに応答して、前記基板の少なくとも一部の剛性を増加するステップであって、前記増加した剛性が前記触覚効果を生成し前記情報を通信する、ステップと
を含む、方法。
【請求項２６】
前記場が電場を含む、請求項25に記載の方法。
【請求項２７】
前記場が磁場を含む、請求項25に記載の方法。
【請求項２８】
電気信号を生成するステップであって、ユーザに触覚効果を通して通信する前記情報を前記電気信号が具現化する、ステップと、
前記電気信号を第1および第2の電極に印加して前記場を生成する、ステップと、
前記場を、前記フレキシブル基板中に画定される前記チャネルおよび前記流体に印加するステップと
をさらに含む、請求項25に記載の方法。
【請求項２９】
前記場に応答して前記チャネルを通して前記流体を移動させるステップが、
前記場が第1の極性を有するとき、前記チャネルを通して1つの方向に流体を移動させるステップと、
前記場が反対の極性を有するとき、前記チャネルを通して反対の方向に流体を移動させるステップと
を含む、請求項25に記載の方法。
【請求項３０】
前記チャネルを通して1つの方向に前記流体を移動させるステップが、前記液体金属の表面に酸化物を堆積するステップを含み、
前記チャネルを通して前記反対の方向に前記流体を移動させるステップが、前記液体金属の前記表面から前記酸化物を除去するステップを含む、請求項29に記載の方法。
【請求項３１】
前記チャネルを通して1つの方向に流体を移動させるステップが、前記基板の前記剛性を増加させるステップを含み、
前記チャネルを通して前記反対の方向に流体を移動させるステップが、前記基板の剛性を減少させるステップを含む、請求項29に記載の方法。
【請求項３２】
人間が装着可能な触覚対応装置であって、
装着型物品と、
場に応答し、液体金属および電解質を含む、流体と、
前記装着型物品に動作可能に接続される基板であって、前記基板が少なくとも部分的にフレキシブルでチャネルを画定し、前記流体が前記チャネルの少なくとも一部の中に配置され、前記流体に近接する前記基板の部分が前記流体から離れた前記基板の部分よりも堅い、基板と、
第1および第2の電極であって、前記第1の電極と前記第2の電極が前記チャネルの対向する端部に近接して配置される、第1および第2の電極と、
前記第1および第2の電極に電気的に接続されるコントローラであって、前記コントローラが電気信号を生成するように構成され、前記電気信号が触覚効果を通して通信する情報を具現化し、前記電気信号が前記第1および第2の電極に印加されると場を生成する、コントローラと
を備え、
前記場が一方の極性を有するとき、酸化物が前記液体金属上に堆積され、前記液体金属が、1つの方向に前記チャネル中を流れて、前記基板の剛性を増加し、前記触覚効果を送達して、前記情報を通信し、
前記場が反対の極性を有するとき、前記酸化物が前記液体金属から除去され、前記液体金属が反対の方向に前記チャネル中を流れて、前記基板の剛性が減少する、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
触覚効果は、個人と、電子デバイス、装着型物品、または他のタイプのものなどの触覚対応デバイスとの相互作用を向上させるために使用される。触覚効果は、触覚アクチュエータを通して送達され、典型的には、ユーザが触知できる感覚を体験できる。触覚効果は、物理特性をシミュレーションするため、あるいは、触覚対応デバイスとのユーザの相互作用を確認する、メッセージ、合図、通知、または確認応答もしくはフィードバックなどの情報を送達するために使用することができる。しかし、そのような触覚アクチュエータは、電話、コントローラ、テーブルなどの電池式物品では貴重な電力を消費する。加えて、現況技術の触覚アクチュエータは、衣料品、リストバンド、および他のタイプの装着型物品などといった、従来の電子デバイス以外の応用例における個別の実装形態に適している形状因子またはフレキシビリティを常に有するわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
一般に、本開示は、流体を使用してフレキシブル基板の剛性を増加し触覚効果を送達する触覚アクチュエータを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様は、流体と基板とを含む触覚対応装置である。基板は、少なくとも部分的にフレキシブルで、チャネルを画定する。流体は、チャネルの少なくとも一部の中に配置される。流体に近接する基板の部分は、流体から離れた基板の部分よりも堅い。所定の場に応答して流体がチャネルを通って移動し、移動する流体に応答して基板の剛性が変化して触覚効果を送達する。
【０００４】
別の態様は、触覚効果を自動的に生成する方法である。方法は、場を生成するステップであって、ユーザに触覚効果を通して通信する情報を場が具現化する、ステップと、場に応答し、フレキシブル基板中に画定されるチャネルを通して流体を移動させるステップと、流体がチャネルを通って移動するのに応答して、基板の少なくとも一部の剛性を増加するステップであって、増加した剛性によって触覚効果を生成し情報を通信する、ステップとを含む。
【０００５】
別の態様は、人間が装着可能な触覚対応装置である。装置は、装着型物品と、場に応答する流体とを備える。流体は、液体金属および電解質を含む。基板が装着型物品に動作可能に接続され、基板は、少なくとも部分的にフレキシブルで、チャネルを画定する。流体は、チャネルの少なくとも一部の中に配置され、流体に近接する基板の部分は、流体から離れた基板の部分よりも堅い。第1の電極と第2の電極が、チャネルの対向する端部に近接する。コントローラは、第1および第2の電極に電気的に接続され、電気信号を生成するように構成される。電気信号が、触覚効果を通して通信するための情報を具現化する。電気信号は、第1および第2の電極に印加されると、場を生成する。場が一方の極性を有するとき、酸化物が液体金属上に堆積され、液体金属が、1つの方向にチャネルを通って流れて、基板の剛性を増加し、触覚効果を送達して、情報を通信する。場が反対の極性を有するとき、酸化物が液体金属から除去され、液体金属が、反対の方向にチャネルを通って流れて、基板の剛性が減少する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の例示的な実施形態による、触覚対応システムのブロック図である。
【図２】図1に図示されたような触覚対応デバイスの可能な実施形態を図示する、より詳細なブロック図である。
【図３】図1および図2に図示された触覚対応デバイスが動作可能なネットワーク環境を図示するブロック図である。
【図４Ａ】触覚アクチュエータの例示的な実施形態の概略図である。
【図４Ｂ】図4Aの触覚アクチュエータの断面図である。
【図５】触覚アクチュエータの代替例の概略断面図である。
【図６Ａ】ある電位のときの、アクチュエータ中の流体の動作を図示する図である。
【図６Ｂ】ある電位のときの、アクチュエータ中の流体の動作を図示する図である。
【図６Ｃ】ある電位のときの、アクチュエータ中の流体の動作を図示する図である。
【図６Ｄ】ある電位のときの、アクチュエータ中の流体の動作を図示する図である。
【図７】基板の剛性を説明するため概略的に図示される、基板の側面図である。
【図８】触覚アクチュエータの別の例示的な実施形態を概略的に図示する図である。
【図９Ａ】触覚アクチュエータの他の例示的な実施形態を概略的に図示する図である。
【図９Ｂ】触覚アクチュエータの他の例示的な実施形態を概略的に図示する図である。
【図１０】触覚アクチュエータの別の例示的な実施形態の概略図である。
【図１１Ａ】触覚アクチュエータのさらに別の例示的な実施形態の概略図である。
【図１１Ｂ】触覚アクチュエータのさらに別の例示的な実施形態の概略図である。
【図１２】触覚対応デバイスの例示の用途を概略的に図示する図である。
【図１３】触覚対応デバイスの別の例示の用途を概略的に図示する図である。
【図１４】触覚対応デバイスのさらに別の例示の用途を概略的に図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
様々な実施形態が図面を参照して詳細に記載されることになるが、いくつかの図を通して、同様の参照番号は、同様の部分および組立体を表す。様々な実施形態への参照は、本明細書に添付される特許請求の範囲を限定しない。加えて、本明細書に記載される任意の例は、限定することを意図しておらず、添付される請求項についての多くの可能な実施形態のうちのいくつかを単に記載する。
【０００８】
単数形で使用される用語は、適切なときは常に複数形も含み、その逆も同様である。本明細書における「1つの(a)」という用語の使用は、別段の記載がない限り、または「1つまたは複数の(one or more)」という用語の使用が明らかに不適切でない限り、「1つまたは複数の(one or more)」を意味する。「または、もしくは(or)」という用語の使用は、別段の記載がない限り、「および/または(and/or)」を意味する。「備える(comprise)」、「備える(comprises)」、「備えている(comprising)」、「含む(include)」、「含む(includes)」、「含んでいる(including)」、「など(such as)」、「有する(has)」、「有している(having)」などの用語は、交換可能であり、限定することを意図していない。たとえば、「含んでいる(including)」という用語は、「含んでいるが限定されない(including, but not limited to)」ことを意味するものとする。
【０００９】
一般的に、本開示は、触覚効果を生成するために流体を採用する、触覚対応装置に関する。例示的な実施形態では、装置は、流体が流れることができるチャネルを画定する基板を備える。ポンプメカニズムが、チャネルを通して流体を動かす。流体がチャネルを通って動くと、流体に近接するチャネルの部分で圧力が増加し、流体に近接する基板の部分がより堅くなる。そのような剛性の変化によって、ユーザに触知できる感覚を送達し、したがって触覚効果を送達することができる。より詳細に議論されるように、ポンプメカニズムは、流体を流すことができる、任意のタイプのメカニズム、電気化学プロセス、毛細管メカニズム、または他の現象もしくは作用であってよい。そのようなポンプメカニズムおよびプロセスの例としては、電極、電気化学的反応、および機械的メカニズムが挙げられる。
【００１０】
触覚効果は、人に送達される任意のタイプの触知できる感覚であってよい。いくつかの実施形態では、触覚効果は、触覚対応物品とのユーザの相互作用の合図、通知、フィードバックもしくは確認、またはより複雑なメッセージもしくは他の情報などの情報を具現化する。代替実施形態では、触覚効果は、摩擦、流れ、およびデテントなどの物理特性または効果をシミュレーションすることにより、ユーザのデバイスとの相互作用を向上させるために使用することができる。
【００１１】
図1は、触覚対応物品100の多くの可能な実施形態のうちの1つのブロック図を図示する。本明細書に開示される具体的な実施形態では、触覚対応物品100は、触覚アクチュエータ102、コントローラ104、および入力デバイス106を含む、装着型物品である。触覚対応物品100は、人に触覚効果を送達するために使用することができる任意のタイプの物品であってよい。たとえば、触覚対応物品100は、シャツ、パンツ、靴および他の履き物、コート、ジャケットおよび他の上着、帽子、ベルトおよびサスペンダー、ネクタイ、スカーフ、アスレチック機器、ヘルメット、防弾チョッキ、および防弾衣などの安全保護装備、心拍数モニタ、歩数計、携行式輸液ポンプ、グルコースメータ、インシュリンポンプなどの医療用デバイスおよびフィットネス追跡器、宝飾品、時計および時計バンド、眼鏡およびゴーグル、仮想現実用ヘッドセット、義肢などの人工装具、ハンドバッグおよび財布などのアクセサリ、ならびに体に、または衣服の中に携帯することができるなら何でもなどの、装着型物品であってよい。装着型物品が本明細書に開示されるが、触覚対応物品100は、携帯電話、コンピュータ、タブレット、電子ゲーム、ゲーム用コントローラ、マウスまたはペンなどのポインタ、電子デバイス用のケースおよびカバー、ならびに他のものおよび電子デバイスなどの他のものであってもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態において、また図1に図示されるように、アクチュエータ102、コントローラ104、入力デバイス106、および触覚対応物品100は、ユーザが身につけるまたは携帯することができる単一のデバイスに組み込まれる。他の実施形態では、アクチュエータ102、コントローラ104、および入力デバイス106のうちの少なくとも1つが、他のものと別個に配置構成されて、ワイヤレスで、または有線で互いに接続される。
【００１３】
コントローラ104は、入力デバイス106からの信号またはデータの受信に基づいて、アクチュエータ102の動作を制御する任意のタイプの回路である。データは、本明細書に開示される、プロセッサ、プログラムモジュール、および他のハードウェアが処理する任意のタイプのパラメータ、命令、フラグ、または他の情報であってよい。
【００１４】
入力デバイス106は、ユーザに触覚フィードバックで通知することができる、触覚対応物品100のユーザに関連する、またはユーザが実施する1つまたは複数のイベントを監視または検出するように動作する。入力デバイス106は、信号をコントローラ104へと入力する任意のデバイスである。入力デバイス106の例は、スイッチまたは他のタイプのユーザインターフェースなどの制御デバイスである。入力デバイス106の別の例は、信号をコントローラ104へと入力する変換器である。入力デバイス106として使用することができる変換器の例としては、アンテナおよびセンサが挙げられる。様々な実施形態は、単一の入力デバイスを含むことができ、または2つ以上の入力デバイスを含むことができる。加えて、様々な実施形態は、異なるタイプの入力デバイスを含むことができる。たとえば、少なくともいくつかの可能な実施形態は、スイッチ、およびアンテナまたはセンサなどの変換器を含む。入力デバイス106が刺激されて、信号をコントローラ104へと入力すると、コントローラ104は、アクチュエータ102を動作させて、物品100を身につけているまたは物品100と相互作用している人に、触覚効果を提供する。
【００１５】
図2は、図1に図示されたような(本明細書で装着型物品とも呼ばれる)触覚対応物品100の可能な実施形態のより詳細なブロック図を図示する。
【００１６】
この実施形態では、図1に議論されるように、物品100が、触覚アクチュエータ102、コントローラ104、および入力デバイス106を含む。入力デバイス106の例としては、1つまたは複数のユーザインターフェースデバイス110、センサ112、およびアンテナ113が挙げられる。様々な実施形態は、これらの入力デバイス106のうちのただ1つ、またはユーザインターフェース110、センサ112、またはアンテナ113の組合せを含むことができる。様々な実施形態は、同じタイプの複数の入力デバイスを含むこともできる。たとえば、実施形態は、2つのセンサ112を含むことができる。入力デバイス106は、コントローラ104と電気通信している。アクチュエータ駆動回路またはデバイス114は、コントローラ104およびアクチュエータ102と電気通信している。
【００１７】
アクチュエータ102の様々な実施形態は、本明細書でより詳細に開示される。本明細書で開示されるアクチュエータ102の利点は、アクチュエータ102が、多くの他のタイプの触覚アクチュエータよりも、フレキシビリティを改善して、駆動するのにより少ない電力しか必要としないことである。
【００１８】
ユーザインターフェースデバイス110は、ユーザが情報を見ること、または触覚対応物品100にコマンドもしくは他の情報を入力することができる任意のデバイスまたはメカニズムを含む。ユーザインターフェースデバイス110の例としては、タッチスクリーン、カメラ、ボタンおよびスイッチなどの機械的入力、ならびに他のタイプの入力構成要素が挙げられる。
【００１９】
センサ112は、刺激の受信に応答して信号を出力する、任意の器具または他のデバイスであってよい。センサ112は、コントローラ104に配線接続することができ、またはコントローラ104にワイヤレスで接続することができる。センサ112は、様々な異なる状態、イベント、環境状態、物品の状態の動作、他の人もしくは物体の存在、またはセンサを刺激することができる任意の他の状態もしくは物事を検出または検知するために使用することができる。
【００２０】
センサ112の例としては、マイクロフォンなどの音響または音センサ、振動センサ、呼気分析器、一酸化炭素および二酸化炭素センサ、ならびにガイガーカウンタなどの化学粒子センサ、電圧検出器またはホール効果センサなどの電気磁気センサ、流量センサ、GPS受信器、高度計、ジャイロスコープ、または加速度計などの航法センサもしくは航法器具、圧電材料、測距計、オドメータ、速度計、衝撃検出器などの、位置、近接度、および移動関連センサ、電荷結合素子(CCD)、CMOSセンサ、赤外線センサ、および光検出器などの撮像および他の光センサ、気圧計、ピエゾメータ、および触知センサなどの圧力センサ、圧電センサおよびひずみゲージなどの力センサ、温度計、熱量計、サーミスタ、熱電対、および高温計などの温度および熱センサ、動き検出器、三角測量センサ、レーダ、フォトセル、ソナー、およびホール効果センサなどの近接度および存在センサ、バイオチップ、血圧センサ、パルス/酸素センサ、血中グルコースセンサ、および心臓モニタなどの生物測定センサが挙げられる。加えて、センサ112は、いくつかの実施形態においてセンサとアクチュエータの両方として機能する、圧電ポリマなどのスマート材料で形成することができる。
【００２１】
アクチュエータ駆動回路114は、コントローラ104から(本明細書では駆動信号とも呼ばれる)触覚信号を受信する回路である。触覚信号は、触覚効果に関連する触覚データを具現化し、触覚データは、触覚駆動信号を生成するためにアクチュエータ制御回路114が使用するパラメータを規定する。例示的な実施形態では、そのようなパラメータは、電気特性に関係する、または関連する。触覚データが規定することができる電気特性の例としては、イベントに関係した周波数、振幅、位相、反転、持続期間、波形、動作開始時間、立上がり時間、フェード時間、および遅延時間またはリードタイムが挙げられる。触覚駆動信号は、アクチュエータ102中の流体の移動を規定し、したがって1つまたは複数の触覚効果を実現するために、アクチュエータ102に印加される。
【００２２】
一実施形態では、触覚駆動信号は、本明細書でより詳細に議論されるように、2つ以上の電極間に電位を印加する信号である。他の実施形態では、駆動信号は、電気機械式ポンプもしくは他の可能なポンピングメカニズムに印加される、または電気機械式ポンプもしくは他の可能なポンピングメカニズムを駆動する。
【００２３】
コントローラ104は、バス116、プロセッサ118、入出力(I/O)コントローラ120、およびメモリ122を備える。バス116は、プロセッサ118、メモリ122、およびI/Oコントローラ120を含むコントローラ104中の構成要素間でデータを転送するための経路を提供するための導体または伝送線路を含む。バス116は、典型的には、制御バス、アドレスバス、およびデータバスを備える。しかし、バス116は、コントローラ104中の構成要素間でデータを転送するのに好適な、任意のバスまたはバスの組合せであってよい。
【００２４】
I/Oコントローラ120は、コントローラ104、ならびにユーザインターフェースデバイス110、センサ112、およびアクチュエータ駆動回路114などの周囲または外部デバイスの動作を監視する回路である。I/Oコントローラ120は、コントローラ104と周囲のデバイスとの間のデータフローの管理もして、周囲のデバイスを監視および制御することに関連する細部からプロセッサ118を解放する。I/Oコントローラ120がインターフェースすることができる他の周囲または外部のデバイスの例としては、外部記憶デバイス、モニタ、キーボードおよびポインティングデバイスなどの入力デバイス、外部コンピューティングデバイス、アンテナ、人間が身につける他の物品、および任意の他のリモートデバイスが挙げられる。
【００２５】
プロセッサ118は、情報を処理するように構成される任意の回路であってよく、任意の好適なアナログまたはデジタル回路を含むことができる。プロセッサ118は、命令を実行するプログラム可能回路を含むこともできる。プログラム可能回路の例としては、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラム可能ゲートアレイ(PLA)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、または命令を実行するのに好適な任意の他のプロセッサもしくはハードウェアが挙げられる。様々な実施形態では、プロセッサ118は、単一のユニットまたは2つ以上のユニットの組合せであってよい。プロセッサ118が2つ以上のユニットを含む場合、ユニットは、単一のコントローラの中、または別個のデバイスの中に物理的に配置することができる。
【００２６】
メモリ122としては、ランダムアクセスメモリ(RAM)などの揮発性メモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的消去可能プログラム可能読取り専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ、磁気メモリ、光学的メモリ、または任意の他の好適なメモリ技術が挙げられる。メモリ122は、揮発性メモリと不揮発性メモリの組合せを含むこともできる。
【００２７】
メモリ122は、イベント検出モジュール124、触覚決定モジュール126、触覚制御モジュール134、および通信モジュール130を含む、プロセッサ118が実行するためのいくつかのプログラムモジュールを記憶することができる。各モジュールは、1つまたは複数の特定のタスクを実施する、データ、ルーチン、オブジェクト、コール、および他の命令の集合である。本明細書ではある種のモジュールが開示されるが、本明細書に記載される様々な命令およびタスクは、単一のモジュール、モジュールの異なる組合せ、本明細書に開示されるもの以外のモジュール、またはコントローラ104とワイヤレスもしくは有線のいずれかで通信するリモートデバイスが実行するモジュールによって実施することができる。
【００２８】
イベント検出モジュール124は、センサ112、アンテナ、またはリモートデバイスからデータを受信するようにプログラムされる。データを受信すると、受信データが、触覚効果に関連するイベント、状態、または動作状態に関係するかどうかを、イベント検出モジュール124が決定する。
【００２９】
触覚効果に関連するイベントを識別すると、触覚決定モジュール126が、センサ112、アンテナ、またはリモートデバイスから受信したデータを分析して触覚効果を決定し、アクチュエータ102を通して送達する。触覚決定モジュール126が触覚効果を決定するために使用することができる例示の技術としては、触覚効果を選択するための決定を行うようにプログラムされたルールが挙げられる。別の例としては、触覚効果をセンサまたはアンテナから受信したデータと関係させる、ルックアップテーブルまたはデータベースが挙げられる。
【００３０】
触覚制御モジュール134は、触覚決定モジュール126が識別した触覚効果に対応する触覚データを取得する。本明細書に言及されるように、触覚データは、決定された触覚効果に対応し、触覚アクチュエータ102に印加される触覚駆動信号を生成するために使用されるパラメータまたは電気特性を規定する。触覚制御モジュール134は、メモリから触覚データを取得することができ、または触覚データを計算することができる。触覚制御モジュールは、触覚データをI/Oコントローラ120に通信し、次いでI/Oコントローラ120が、触覚データを具現化する触覚信号を生成する。I/Oコントローラは、触覚信号をアクチュエータ駆動回路114に通信し、アクチュエータ駆動回路114が触覚信号を増幅して触覚駆動信号を生成し、触覚駆動信号をアクチュエータ102に印加する。I/Oコントローラ120およびアクチュエータ駆動信号が、触覚データ、触覚信号、およびアクチュエータ駆動信号にさらなる処理を実施する場合がある。
【００３１】
通信モジュール130は、コントローラ104とリモートデバイスとの間の通信を容易にする。リモートデバイスの例としては、コンピューティングデバイス、センサ、他の装着型物品、ルータおよびホットスポットなどのネットワーク機器、車両、エクササイズ機器、ならびにスマート器具が挙げられる。コンピューティングデバイスの例としては、サーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、ホームオートメーションコンピュータおよびコントローラ、ならびにプログラム可能な任意の他のデバイスが挙げられる。通信は、ワイヤレスまたは配線接続した信号またはデータ経路を介した通信を含む、データ通信に好適な任意の形式をとることができる。様々な実施形態では、通信モジュールは、装着型物品もしくは他のリモートデバイスの中央コントローラとして、他の装着型物品もしくは他のリモートデバイスと通信するピアとして、またはコントローラがいくつかの環境では中央コントローラとして、他の環境ではピアとして動作することができるように、ハイブリッド型中央コントローラピアとして、コントローラ104を構成することができる。
【００３２】
プログラムモジュールの代替実施形態が可能である。たとえば、いくつかの代替実施形態は、イベント検出モジュール124、触覚決定モジュール126、通信モジュール130、および触覚制御モジュール134よりも多い、または少ないプログラムモジュールを有することができる。たとえば、単一の触覚効果のみを送達するようにコントローラ104を構成することができる。そのような実施形態は、触覚決定モジュール126およびイベント検出モジュール124を有さない場合があり、またはいくつかの他のモジュールが、触覚制御モジュール134に、単一の組の触覚データのみをI/Oコントローラ120に送信させることになる。他の代替実施形態では、イベント検出モジュール124がなく、コントローラ104がセンサ112から何らかの入力を受信すると、触覚制御モジュール134が触覚データをI/Oコントローラ120に送信する。
【００３３】
いくつかの可能な実施形態では、プログラムモジュールのうちの1つまたは複数は、リモートコンピューティングデバイスまたは他の装着型物品などのリモートデバイス中にある。たとえば、イベント検出モジュール124をリモートコンピューティングデバイス中に配置することができ、リモートコンピューティングデバイスは、触覚効果に対応するイベントのライブラリおよび触覚効果を送達するときを規定するルールも記憶する。そのような実施形態では、アクチュエータ102を通して触覚効果を送達するべきであるとイベント検出モジュール124が決定すると、コントローラ104は、データをリモートデバイスに通信する。データは、コントローラ104がセンサ112から入力を受信したことを示すフラグのように簡単であってよく、または、センサ112により示される状態のタイプを識別することもしくは入力信号を受信したセンサ112のタイプを識別することなど、より複雑であってよい。リモートデバイス上の触覚決定モジュール126は、データおよび命令を処理し、メモリ122から一致する触覚データを取り出し、次いで、アクチュエータ102を通して触覚効果を処理および生成するため、コントローラ104に触覚データを伝送することになる。さらに他の可能な実施形態では、イベント検出モジュール124がリモートデバイス中にやはり配置され、この場合、コントローラ104がセンサ112から入力を受信するとコントローラ104がデータをリモートデバイスに通信する。
【００３４】
一実施形態では、触覚対応物品100は、ネットワークインターフェースコントローラ(NIC)108をさらに含む。アンテナ113がNIC108と電気通信し、コントローラ104とリモートデバイスとの間でワイヤレス通信を可能にする。通信モジュール130は、アンテナ113を通して受信した信号中に具現化されるデータを処理するステップと、アンテナ113を通してリモートデバイスに伝送されるデータを準備するステップとを含む、アンテナ113を通した通信を制御するようにプログラムされる。通信は、ブルートゥース（登録商標）、セルラー規格(たとえば、CDMA、GPRS、GSM（登録商標）、2.5G、3G、3.5G、4G)、WiGig、IEEE 802.11a/b/g/n/ac、IEEE 802.16(たとえば、WiMax)などの規格を含む、任意のワイヤレス伝送技術にしたがってよい。
【００３５】
NIC108は、データを伝送するための任意の好適なポートおよびコネクタを使用し、RS 232、USB、FireWire、Ethernet、MIDI、eSATA、またはthunderboltなどの任意の好適な規格にしたがって、有線接続を通してコントローラ104とリモートデバイスとの間に有線通信を可能にすることもできる。
【００３６】
図3は、図1および図2に図示された触覚対応物品100が動作可能なネットワーク環境141を図示するブロック図である。図示されるように、触覚対応物品100は、ネットワーク140内で動作して、リモートデバイスと通信することができる。リモートデバイスの例としては、コンピューティングデバイス142、センサ112、ならびに、他の装着型物品、医療用デバイス、フィットネスモニタおよび機器、車両、スマート器具、および他のデバイスなどの他のリモートデバイス143が挙げられる。他の実施形態では、ネットワーク140は、リモートデバイスの異なる組合せ、または本明細書に開示されるもの以外のリモートデバイスとのデータ通信を可能にする。
【００３７】
ネットワーク140は、建造物、自動車もしくは他の車両、または屋外の規定される区域中など、触覚対応物品100を身につける環境141で動作する。加えて、様々な実施形態では、ネットワーク140は、公衆ネットワーク、プライベートネットワーク、ローカルエリアネットワーク、インターネットなどのワイドエリアネットワーク、またはそれらのいくつかの組合せである。
【００３８】
様々な実施形態では、コンピューティングデバイス142は、触覚対応物品100上のコントローラ104と通信する。そのような実施形態では、コンピューティングデバイス142は、プログラムモジュールを実行してデータを処理し、コントローラ104にデータを通信する。たとえば、コンピューティングデバイス142は、センサ112から入力を受信する。センサ112は、触覚対応物品100の中にあってよく、または触覚対応物品100と離れていてよい。コンピューティングデバイス142は、次いで、触覚駆動信号を処理および生成するために、触覚対応物品100の中のコントローラ104にセンサデータを通信する。別の例では、コンピューティングデバイス142は、1つの装着型物品からデータを受信し、そのデータを別の装着型物品中のコントローラに中継し、異なる装着型物品間で触覚効果の送達を協調する。別の例では、コンピューティングデバイス142は、スマート器具またはエクササイズ機器などの他のリモートデバイス143からデータを受信し、そのデータを、装着型物品中のコントローラに中継する。さらに別の可能な実施形態では、触覚対応物品100中のコントローラ104は、センサの示度などのデータをコンピューティングデバイス142に通信し、コンピューティングデバイス142は、次いで、触覚効果を送達するかどうか、またはどの触覚効果を送達するかを決定する。コンピューティングデバイス142は、次いで、コントローラ104に適切なデータを戻す。加えて、様々な実施形態では、触覚効果を規定し、触覚駆動信号のためのパラメータを規定する触覚データを、コンピューティングデバイス142が決定することができる。
【００３９】
ここで図4Aおよび図4Bを参照すると、アクチュエータ102は、チャネル204を画定する基板202と、チャネル204と流体連通するリザーバ210とを含む。流体205は、リザーバ210内に保持され、選択的にリザーバ210からチャネル204を通って流れ、次いでリザーバ210へと戻る。
【００４０】
第1の電極201と第2の電極203とは、基板202の対向して配設される部分に近接して配置される。第1の電極201と第2の電極203とに電位が印加されると、第1の電極201と第2の電極203とが電場を生成する。第1の電極201および第2の電極203は、それらが所定の電位で通電されると、チャネル204およびリザーバ210が全体的に電場内に置かれることになるように、配置構成およびサイズ決定される。しかし、代替実施形態では、チャネルの部分が電場の外側に配置される場合がある。加えて、第1の電極201と第2の電極203とが、基板の対向して配設される部分に近接しているものとして図示されるが、電極201および電極203は、チャネル204が電極間に生成される電場にさらされるような任意の位置を有することができる。
【００４１】
基板は、対向して配設される端部200aと200b、および対向して配設される縁部207aと207bを有する。この構成では、基板202は、その幅wよりもかなり長い、長さlを有する。しかし、他の実施形態は、基板202について異なる形状を有する。たとえば、基板202は、矩形、円形、または不規則な形状であってよい。基板202の厚さまたは深さdは、様々な構成において変えることができる。たとえば、厚さdは、チャネル204のサイズ(たとえば、直径)に依存することができる。例示の実施形態では、基板202の厚さまたは深さdは、チャネル204が0.7mmの直径を有するときに、約2mmである。基板202は、少なくとも部分的に、フレキシブルで誘電性の材料から作られている。基板を形成するのに使用することができる材料の例としては、Wacker Chemie AG(ミュンヘン、ドイツ)から入手可能なElastosilなどのエラストマが挙げられる。
【００４２】
図4Aおよび図4Bに図示される例示的な実施形態では、チャネル204は、端部200aから端部200bおよび縁部207aから縁部207bで行ったり来たりする流体経路を実現する、ほぼジグザグの経路を形成する、複数の平行な列を有する。この構成では、チャネル204が流体205で実質的に満たされると、実質的に基板202全体で剛性が増加する。基板202の実質的に全てにわたって剛性を増加させることによって、ユーザに伝送される触覚感覚が増加することになり、基板202が剛性を変えたとユーザが感じる可能性を大きくすることになる。チャネル204についてジグザグの経路が図示されているが、他の実施形態は、直線、渦巻き状経路、矩形もしくは円形経路、または任意の他の経路などの他の構成を有することができる。加えて、チャネル204は、図示されるように基板202の実質的に全長および全幅にわたって、または基板202の長さおよび幅の単なる一部にわたって延在することができる。チャネル204の合計の長さおよび/またはチャネル204が配置構成される列の数は、基板202の長さおよび幅ならびに触覚効果の所望の強さに依存して選択される。たとえば、チャネル204により覆われる基板202の面積がより大きく、チャネル204がより長くなると、触覚効果がより強くなる。
【００４３】
例示的な実施形態では、チャネル204は、約0.1mmから約5mmの直径を有しており、直径は、流体のタイプまたは製造公差などの要因に依存して変わる場合がある。チャネルの断面直径を決定するために使用できる要因としては、基板202の剛性をユーザが気づくことができる量だけ変えるために、チャネル204の中に十分な分量の流体205を提供することが挙げられる。チャネル204の断面面積に影響を及ぼす可能性がある別の要因は、流体205の全表面張力、流体205とチャネル204の壁との間の界面張力、および流体205およびチャネル204の毛細管作用の制御を可能にするチャネル204の断面面積の間に関係を提供することである。しかし他の実施形態は、チャネル204内で流体205を動かすため毛細管作用に依拠しない場合がある。
【００４４】
リザーバ210は、チャネル204の全容積以上の容積を有するようにサイズ決定される。この実施形態では、リザーバ210は、チャネル204を満たすのに十分な流体205を保持することができる。代替実施形態では、リザーバ210は、チャネル204の全容積よりも少ない容積を有する。
【００４５】
加えて、流体205の全てをチャネル204から引き出しリザーバ210の中に保持できるように、リザーバ210は、リザーバ210の容積以下の流体205の容積を保持することができる。代替実施形態は、リザーバ210が完全に満たされたときに、ある程度の流体205が依然としてチャネル204の中にあるように、リザーバ210の容積よりも大きい流体205の容積を保持することができる。さらに別の実施形態は、リザーバ210とチャネル204の全体が流体205で満たされるが、圧力がかかり、基板202の剛性を増加させるのに十分な流体205ではない。リザーバ210およびチャネル204が流体205で満たされるので、リザーバ210からチャネル204に追加の流体205を進ませることによって、チャネル204が最初に満たされる必要がある場合よりも急速に流体205の圧力を増加し、このことが、触覚効果をより急速に送達することを可能にする。
【００４６】
リザーバ210およびチャネル204内の流体205は、電場または磁場などの外部の力がかかると流れる任意のタイプの流体であってよい。少なくともいくつかの実施形態では、流体205は、圧縮不可能である。少なくともいくつかの実施形態では、流体205は相転移することができる液体金属であり、その酸化は電場にさらすことにより制御できる。共融ガリウムインジウム(EGaIn)は、そのような液体金属の例である。ガリウムとインジウムの例示の混合物は、3.4×106S/mの伝導率を有する、75%ガリウムと25%インジウムである。EGaInの利点は、水銀などの他の液体金属と比較して、EGaInが無毒であるということである。他の相転移液体金属の例としては、水銀、フランシウム、セシウム、ガリウム、ルビジウム、およびこれらの材料の合金が挙げられる。
【００４７】
他の実施形態では、流体205は、その相を固体に変えた後(すなわち、液体-固体転移)、その剛性を変える液体である。たとえば、流体205は、所定の温度以下で形状を固体へと変えることができる液体金属、または所定の温度で結晶化することができる液体を含有する。他の例では、外部せん断応力が降伏強度より高い場合に流体205が液体になるような降伏強度を有する液体を、流体205が含む。さらに他の例では、液体金属など、流体205の機械的特性または微細構造に何らかの可逆性変化を誘起するように、イオン液体が選択される。
【００４８】
図5を参照すると、アクチュエータ102の別の実施形態は、図4Aおよび図4Bに記載されたようなアクチュエータ102と同様に構成され、電解質206のために第2のリザーバ211をさらに含む。本実施形態では、それぞれ、電極201が第1のリザーバ210と、電極203が第2のリザーバ211と、直接またはたとえば配線209を通して接触する。簡潔にするために、他の要素および構成の記載は省略される。
【００４９】
ここで図6A〜図6Dを参照すると、流体がある種の金属または他の材料を含むとき、チャネル204も、電解質206で充填することができる。この実施形態では、アクチュエータ102がその弛緩状態であるとき、リザーバ210が液体金属205で充填され、チャネル204が電解質206で充填される。図5の実施形態では、第1のリザーバ210が液体金属205で充填され、第2のリザーバ211が電解質206で充填される。電解質を使用することの利点は、電解質が選択的に流体を酸化させることができ、このことによって、流体205とチャネル204の壁との間の表面張力を減少し、流体をチャネル204を通して移動させるのを簡単にする。使用することができる電解質の例としては、ナトリウム(Na+)、カリウム(K+)、カルシウム(Ca2+)、マグネシウム(Mg2+)、塩素(Cl-)、リン酸水素(HPO42-)、および炭酸水素(HCO3-)などを含有する、水酸化ナトリウム(NaOH)、塩化ナトリウム(NaCl)、または他の導電性溶液が挙げられる。他の実施形態は、チャネル204の中に電解質を含まない場合がある。例示的な実施形態では、流体205と一緒にチャネルの中に充填される電解質を図示するが、他の実施形態は、電解質または流体205以外の任意の他の流体を含まない。
【００５０】
動作において、チャネル204は、第1のリザーバ210の側がEGaInなどの流体205で、第2のリザーバ211の側が電解質206で充填することができる。第1のリザーバ210は第1の電極201に接続され、第2のリザーバ211は第2の電極203に接続される。第1および第2の電極を通した電力供給によって、第1のリザーバと第2のリザーバとの間に電位が生じる。いくつかの実施形態では、電位は、DC電位である。流体205に正のDC電位を印加することによって、流体をチャネルへと注入し、チャネル中の電解質を置き換える。電圧極性を反転することによって、流体205を第1のリザーバ210へと引き込ませる。EGaInなどの流体205の移動速度は、印加されるバイアスで変えることができる。例として、チャネルが0.7mmの内径を有する場合、EGaInは、-0.7Vを使用して3.6mm/sでチャネルから引き込むことができる。同じチャネルは、EGaInを0.6mm/sの速度で注入するため、+7.7Vのバイアスを必要とする場合がある。表面の酸化を駆動し、チャネル中の電解質を通した電位低下に打ち克つため、より大きい電圧が必要である。
【００５１】
電位が第1のリザーバ210と第2のリザーバ211との間に印加されると、酸化物が液体金属の表面上に形成するように、電場が流体205を酸化させる。次いで、電解質206が酸化物とチャネル204の壁との間に滑り層を形成し、EGaInとチャネル204の壁との間の界面張力を減少する。
【００５２】
加えて、酸化が、流体205の表面張力およびエネルギーを低下させ、その結果、流体205は、電解質206を超えて流れることができる。流体205の表面張力およびエネルギーが減少すると、流体205のラプラス圧力が、電解質206と比べて減少する。酸化は、イオン溶液(たとえば、電解質206)との界面において、流体205(たとえば、液体金属)の表面エネルギーを変える。外部電圧を印加する前に、イオン溶液(たとえば、電解質206)からもたらされる毛細管効果に起因して、リザーバ210中の流体205がチャネル204へと動くことはできない。外部電圧が印加されると、流体205の表面張力が界面において変わり、したがって、イオン溶液(たとえば、電解質206)からの毛細管効果に打ち克って、チャネル204へと動くことができる。図6A〜図6Bに図示されるシーケンス中に図示されるように、流体205がチャネル204へと移動することによって、流体205が基板202を堅くさせる。流体205がチャネル204を通って動くと、電解質206は、図6Bに図示されるように、液体金属が動かされた周辺区域へと移動する。十分な流体205がチャネル204へと流れ、その結果、流体205は圧力がかかり、流体205が基板202の剛性を増加させる。電位の極性が負に切り換えられると、流体205の表面から酸化物が除去され、その表面張力が増加し、このことが、流体205の表面積対容積比を減少させる。表面張力が増加すると、流体205のラプラス圧力が電解質206と比べて減少する。図6C〜図6Dに図示されるシーケンス中に図示されるように、次いで、流体205は、リザーバ210へと逆方向に戻って動き、このことによって、剛性を減少させ、基板202のフレキシビリティを増加させる。
【００５３】
アクチュエータ102は、第1の電極201と第2の電極203の間に印加される電圧の振幅を調節することによって調整することができる。電圧の振幅が増加すると、電場の強度が増加し、流体205は、より速く流れて基板202に対してより大きい圧力を及ぼすことになる。このより大きい圧力によって、基板202の剛性をより大きくさせ、ユーザの体に対しより強い触覚効果を作り出す。加えて、増加した電場が引き起こす流体205の速い流れが、第1の電極201と第2の電極203の間への電位の印加と、流体205のチャネル204への移動との間の遅延時間を減少させることになる。遅延時間をこうして減少させることによって、基板202の剛性を増加させるための応答時間をより速くして、触覚効果をユーザへより速く送達することを可能にする。加えて、例示的な実施形態では、チャネル204中の流体205の流速および圧力は、ポアズイユの法則によって決定することができる。例として、0.7ボルトが電極に印加されると、ポアズイユの法則によって、2mmの直径を有するチャネルを20cm/秒の速度で流れるときに、EGaInは、チャネルに対して0.1Nの力を及ぼすと計算される。
【００５４】
ここで図7を参照すると、基板202の剛性は、例として媒介変数表示の式で計算することができる。この図示では、基板202は、エラストマストラップとして構成される。力は、移動する力の位置、または作用点を有するせん断力であることに留意されたい。より大きい密度の塊(たとえば、流体205)がより小さい密度の塊(たとえば、電解質206)を通って移動するために、せん断力の作用点が動く。図示されるように、基板202の自由端における垂直最大変位(δMAX)は、以下のように式(1)で記載される。
【００５５】
【数１】
2018055682.tif 000003
【００５６】
上式で、Fは力、lは基板202の長さ、Eはヤング率、Iは区域の二次モーメントである。基板の剛性(k)は、次いで、以下のように式(2)で計算することができる。
【００５７】
【数２】
2018055682.tif 000004
【００５８】
上式で、
【００５９】
【数３】
2018055682.tif 000005
【００６０】
、wは基板の幅であり、tは基板の厚さである。例示の設計では、E=0.05×109、w=20mm、t=3mm、およびl=100mmであり、kは6.75N/mと計算される。
【００６１】
図8は、アクチュエータ102の代替実施形態を図示する。この実施形態では、アクチュエータ102は、駆動部222および非駆動部224を有する。駆動部222は、本明細書でより詳細に開示されるようにチャネル204が画定される基板202の一部を含む。非駆動部224はチャネル204を画定しない。本実施形態では、アクチュエータ102の駆動部222は、触覚効果を生成するために選択的に堅くすることができ、一方、非駆動部224は、柔軟なままである。
【００６２】
図9Aおよび図9Bは、アクチュエータ102の他の代替実施形態を図示する。これらの実施形態では、アクチュエータ102は、実質的にチャネル204と同様である、第1のチャネル232および第2のチャネル234を含む。積層タイプの配置において、第1のチャネル232(たとえば、上側チャネル)は、基板202の片面240aに近接して配置され、第2のチャネル234(たとえば、下側チャネル)は、第1のチャネル232から離間され、基板202の反対面240bに近接して配置される。図示される実施形態では、第1のチャネル232と第2のチャネル234は、互いにちょうど反対であり、互いに対して平行に走る。しかし、代替実施形態では、第1のチャネル232と第2のチャネル234は、互いにちょうど反対ではなく、互いに対して直交、互いに対して角度をもって、または互いに対して何らかの他の方向に走る。他の実施形態では、第1のチャネル232と第2のチャネル234は、互いに対して何らかの好適な位置を有する場合がある。他の実施形態は、2つよりも多いチャネルを有する場合がある。独立したチャネル232とチャネル234は、一緒に制御し、調和してより強い触知できる感覚を生成すること、または独立に制御して、非常に様々な触知できる感覚を生成することができる。加えて、第1のチャネルと第2のチャネルが、流体205についての共通のリザーバと流体連通することができ、または各チャネル232と234が、別個のリザーバと流体連通する。
【００６３】
図9Aに図示されるように、第1のチャネル232と第2のチャネル234は、互いに平行に走り、したがって経路が交差しない平面に配置される。図8Bに図示されるような代替実施形態では、第1のチャネル232と第2のチャネル234の経路は、基板202内の少なくとも1点で互いに交差する。
【００６４】
図10は、触覚アクチュエータ102の別の例示的な実施形態の概略図である。本実施形態では、アクチュエータ102の基板202は、メイン部251と、ユーザが物品100を身につけたときに、ユーザの肌に当てて、またはユーザの肌と反対に配置されることが意図される、基板202の片面に沿って配置される1つまたは複数の接触部2521〜252nとを含む。接触部2521〜252nは、基板202のメイン部251よりも堅くなく、よりフレキシブルであるように構成される。例示的な実施形態では、接触部2521〜252nは、基板のメイン部251を形成するために使用される材料と異なる1つまたは複数の材料から作られる。図示されるように、接触部2521〜252nは、所望の配置でメイン部251の表面に取り付けられる複数の部片を含むことができ、またはメイン部251の表面に沿って所望の配置で一体に形成される複数の隆起を含むことができる。接触部2521〜252nは、基板のメイン部251よりもユーザの肌に対して、より柔らかくより心地よい感触を提供するが、触覚効果についての触知できる感覚をユーザに依然として提供する。あるいは、接触部2521〜252nが、メイン部251よりも堅く、フレキシブルでない場合がある。
【００６５】
図10に図示される実施形態に対する代替形態では、チャネル204のうちの1つまたは複数の部分が、基板202のメイン部251から、接触部2521〜252nのうちの1つまたは複数を通って、または近くを走ることができる。接触部2521〜252nを通過する、または近くのチャネル204の部分は、メイン部251を通るチャネル204の部分と異なる直径を有する場合がある。たとえば、接触部2521〜252nを通過する、または近くのチャネル204の部分は、メイン部251を通るチャネル204の部分よりも小さい直径を有する場合がある。
【００６６】
図11Aは、触覚アクチュエータ102のさらに別の例示的な実施形態の概略図である。本実施形態では、リザーバ210およびチャネル204中の流体205は、鉄の特性を有し、そのため磁場に引きつけられる分子を含有する液体である。あるいは、流体205は、磁場が存在すると磁化される強磁性流体、または液体の全体にわたって分散されて沈殿しない微視的なもしくはナノ粒子を有する他のコロイド懸濁液である場合がある。流体205は、磁性流体または浮遊した鉄粒子を有する他の溶液であってもよい。
【００６７】
本実施形態では、コイル262とコイル264が、チャネル204の対向する端部に配置される。動作において、コイルは反対方向に巻かれ、その結果、通電されたコイルから放射される磁束場が同じ方向を指して、互いに打ち消さず、アクチュエータ駆動回路114に結線され、そのため、それらは同じ極性を有する。あるいは、コイル262とコイル264が反対方向に巻かれて、アクチュエータ駆動回路114に結線され、そのため、それらは反対極性を有する。動作において、コイル262およびコイル264が通電され、このことによって、流体205に磁力を印加する磁場が生成されて、流体205をリザーバ210からチャネル204へと移動させ、このことによって基板202を堅くする。コイル262とコイル264の極性を反対にすることができ、このことによって、磁場の向きまたは極性が反対になる。反対にされた極性の磁場によって、流体205がチャネル204からリザーバ210へと戻って流され、このことによって、剛性が減少し、基板202のフレキシビリティが増加する。代替実施形態は、単一の電気コイルのみを使用する場合がある。
【００６８】
図11Bは、アクチュエータ102のさらに別の代替実施形態を図示する。この実施形態では、電気機械式ポンプなどのポンプ266が、リザーバおよびチャネル204と流体連通する。ポンプ266は、微小電子機械(MEMS)またはナノ電子機械スケール(NEMS)上にあってよい。動作において、アクチュエータ駆動回路114が、駆動信号をポンプに印加し、流体205をリザーバ210からチャネル204に、次いでチャネル204からリザーバ210へと戻して移動させる。
【００６９】
本明細書に開示されるアクチュエータ102は、様々な用途で、また様々な異なる触覚対応物品100で使用することができる。図12〜図14は、本明細書に記載されるような触覚対応物品100の多くの例示の用途のうちのいくつかを図示する。
【００７０】
本明細書に開示される触覚アクチュエータ102の様々な実施形態は、様々な方法で製造することができる。一製造方法では、3Dプリンタで金型が作られる。金型は、流体のためのチャネルを設けるように構成される。製造期間に、基板用の1つまたは複数の材料が調製され、金型へと流し込まれる。材料が硬化した後で、チャネルが流体205で満たされる。電解質が最初にチャネルに注入される。次いで、液体金属がチャネルに注入される。代替方法では、アクチュエータは、3Dプリントによって直接製造される。この方法では、基板を形成するために、3Dプリンタが使用される。基板が形成されるとき、3Dプリンタは、チャネルの場所の周りに基板材料をプリントすることによってチャネルを形成することになる。加えて、3Dプリンタは、流体がチャネルにより画定されるので、チャネル中に流体を堆積することになる。この実施形態では、3Dプリンタは、プリントヘッドが基板用に指定される区域上に位置するか、チャネル用に指定される区域上に位置するかに応じて、基板材料をプリントすることと、チャネルの中に流体をプリントすることとの間を交番することになる。
【００７１】
ここで図12を参照すると、触覚対応物品100は、時計用ストラップ302を有する腕時計300である。アクチュエータ102は、時計用ストラップ302の中に埋め込まれる。コントローラ104は、腕時計300の中または時計用ストラップ302の中に配置することができる。動作において、コントローラ104が触覚イベントに対応する入力を受信すると、コントローラ104がアクチュエータ102を駆動する。液体が基板202のチャネル204へと流れ、基板202を堅くさせ、それによって時計用ストラップ302を堅くさせる。ユーザは、時計用ストラップ302がユーザの手首の周りで堅くなるのを感じることができ、それによって、触覚効果で具現化される情報を知らされる。例示の動作は、テキストメッセージを受信するスマートウォッチが触覚アクチュエータ102を駆動して、新しいメッセージを受信したことをユーザに知らせることである。別の例は、アラーム機能を有する腕時計300であってよい。アラームがトリガされそれによってユーザに通知すると、腕時計300が触覚アクチュエータ102を駆動することになる。他の例では、測定した心拍数が閾値レベルを超えて上昇する(たとえば、心臓モニタ機能)、またはユーザによってある数の歩みが行われる(たとえば、歩数計機能)などのある種のイベントが生じると、触覚アクチュエータ102を駆動する活動またはフィットネス追跡器を含む場合がある。
【００７２】
図13は、触覚対応物品100が、シャツまたはジャケットなどの衣類310である別の例を図示する。この例では、触覚アクチュエータ102およびコントローラ104は、衣類310の内面に沿って置かれ、そのため他の人には見えないが、触覚アクチュエータ102およびコントローラ104は、衣類310上のどこにでも配置することができる。様々な実施形態では、触覚アクチュエータ102およびコントローラ104をパッチ(図示せず)上に搭載することができ、パッチは次いで衣類310上に搭載される、または触覚アクチュエータ102およびコントローラ104を衣類310自体の布地に直接接続することができる。加えて、アクチュエータ102は、衣類310の襟、袖口、および身頃を含む衣類上の様々な場所に置くことができる。図14は、おそらくユーザの首の周りでドレスシャツ325の襟323の下に置かれるタイ321の1つまたは複数の部分に沿って、ネクタイ321上に触覚アクチュエータ102が搭載される別の例を図示する。本実施形態では、駆動して触覚アクチュエータ102がより堅くなると、ユーザの首の周りでネクタイ321がきつくなり、こうして触覚効果を送達する。
【００７３】
本明細書に記載されるように本開示の方法論および/または構成は、様々な用途で使用される。たとえば、本開示の触覚対応デバイス100は、振動系に適用可能である。本明細書に記載される方法を使用して、振動系の剛性を変えることができる。振動系の剛性が変わると、振動系は、異なる共振周波数を有し、それによって異なる触覚出力を提供することができる。
【００７４】
上に記載された様々な例および教示は、説明のみのために提供されており、本開示の範囲を限定すると考えるべきではない。当業者なら、本明細書に図示され記載された例および適用例にしたがうことなく、また本開示の真の精神および範囲から逸脱することなくなされ得る様々な修正および変更を行うことができると容易に認識するであろう。
【符号の説明】
【００７５】
100  触覚対応物品、触覚対応デバイス
102  触覚アクチュエータ
104  コントローラ
106  入力デバイス
108  通信/ネットワークインターフェースコントローラ、NIC
110  ユーザインターフェースデバイス
112  センサ
113  アンテナ
114  アクチュエータ駆動回路
116  バス
118  プロセッサ
120  入出力コントローラ、I/Oコントローラ
122  メモリ
124  イベント検出モジュール
126  触覚決定モジュール
130  通信モジュール
134  触覚制御モジュール
140  ネットワーク
141  環境
142  コンピューティングデバイス
143  リモートデバイス
200a  端部
200b  端部
201  第1の電極
202  基板
203  第2の電極
204  チャネル
205  流体、液体金属
206  電解質
207a  縁部
207b  縁部
209  配線
210  第1のリザーバ
211  第2のリザーバ
222  駆動部
224  非駆動部
232  第1のチャネル
234  第2のチャネル
240a  片面
240b  反対面
251  メイン部
2521  接触部
252n  接触部
262  コイル
264  コイル
266  ポンプ
300  腕時計
302  時計用ストラップ
310  衣類
321  ネクタイ、タイ
323  襟
325  ドレスシャツ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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