(57)【要約】      （修正有）【課題】装着商品及び装身商品において容易に実施することができる触覚フィードバックをユーザーに提供するとともに、ユーザーのインタラクションを検知することも可能にする単純なメカニズムを提供すること。【解決手段】触覚フィードバック及び／又はユーザーインタラクションの検知を行う２機能ファイバー２００は、第１の導体素子２０２と、第１の導体素子の周囲に同心円状に配置されたポリマー層２０４と、ポリマー層の周囲に同心円状に配置された第２の導体素子２０６と、第２の導体素子の周囲に同心円状に配置された絶縁層２０８とを備える。【選択図】図２Ｂ
2018152066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２機能ファイバーであって、
触覚フィードバックを提供する該２機能ファイバーのセクションであって、
第１の導体素子と、
前記第１の導体素子の周囲に同心円状に配置されたポリマー層と、
を備える、セクションと、
ユーザーインタラクションを検知する該２機能ファイバーのセクションであって、
前記ポリマー層の周囲に同心円状に配置された第２の導体素子と、
前記第２の導体素子の周囲に同心円状に配置された第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の周囲に同心円状に配置された第３の導体素子と、
前記第３の導体素子の周囲に同心円状に配置された第２の絶縁層と、
を備える、セクションと、
を備え、
該２機能ファイバーは、実質的にその全長にわたって実質的に一様な断面を有する、２機能ファイバー。
【請求項２】
前記第１の導体素子は、前記２機能ファイバーの中実コアを形成するか、又は、前記２機能ファイバーの中空コアを形成する、請求項１に記載の２機能ファイバー。
【請求項３】
前記ポリマー層は、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）及び混合物、コポリマー、並びにそれらの誘導体からなる群から選択された電気活性ポリマーを含むか、又は、前記ポリマー層は、形状記憶ポリマーを含む、請求項１に記載の２機能ファイバー。
【請求項４】
前記２機能ファイバーは、構造材料に関連付けられている、請求項１に記載の２機能ファイバー。
【請求項５】
前記構造材料は装着具の一部である、請求項４に記載の２機能ファイバー。
【請求項６】
前記ポリマー層は、前記第１の導体素子と前記第２の導体素子との間の電界に応答して変形し、前記触覚フィードバックを提供する、請求項１に記載の２機能ファイバー。
【請求項７】
前記２機能ファイバーは、静電フィードバックを前記ユーザーに提供する、請求項１に記載の２機能ファイバー。
【請求項８】
前記ユーザーインタラクションは、前記ポリマー層の圧縮と、前記２機能ファイバーの静電容量又は抵抗の変化とをもたらす、請求項１に記載の２機能ファイバー。
【請求項９】
２機能ファイバーであって、
触覚フィードバックを提供するか又はユーザーインタラクションを検知する該２機能ファイバーのセクションであって、
第１の導体素子と、
前記第１の導体素子の周囲に同心円状に配置されたポリマー層と、
前記ポリマー層の周囲に同心円状に配置された第２の導体素子と、
前記第２の導体素子の周囲に同心円状に配置された絶縁層と、
を備える、セクション、
を備え、
該２機能ファイバーは、実質的にその全長にわたって実質的に一様な断面を有する、２機能ファイバー。
【請求項１０】
前記第１の導体素子は、前記２機能ファイバーの中実コアを形成するか、又は、前記第１の導体素子は、前記２機能ファイバーの中空コアを形成する、請求項９に記載の２機能ファイバー。
【請求項１１】
前記ポリマー層は、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）及び混合物、コポリマー、並びにそれらの誘導体からなる群から選択された電気活性ポリマーを含むか、又は、前記ポリマー層は、形状記憶ポリマーを含む、請求項９に記載の２機能ファイバー。
【請求項１２】
前記２機能ファイバーは、構造材料に関連付けられている、請求項９に記載の２機能ファイバー。
【請求項１３】
前記構造材料は装着具の一部である、請求項１２に記載の２機能ファイバー。
【請求項１４】
前記ポリマー層は、前記第１の導体素子と前記第２の導体素子との間の電界に応答して変形し、前記触覚フィードバックを提供するように構成されているか、又は、前記第１の導体素子及び前記第２の導体素子は、静電フィードバックを前記ユーザーに提供するように構成されている、請求項９に記載の２機能ファイバー。
【請求項１５】
前記ユーザーインタラクションは、前記ポリマー層の圧縮と、前記２機能ファイバーの静電容量の変化とをもたらす、請求項９に記載の２機能ファイバー。
【請求項１６】
触覚フィードバックを提供し、ユーザーインタラクションを検知するスマート材料であって、
構造材料と、該構造材料に関連付けられた２機能ファイバー、又は、
構造材料と、該構造材料に関連付けられたアクチュエーターとして構成された第１の２機能ファイバーと、該構造材料に関連付けられたセンサーとして構成された第２の２機能ファイバー、
を備える、スマート材料。
【請求項１７】
前記構造材料はテキスタイルを含む、請求項１６に記載のスマート材料。
【請求項１８】
前記テキスタイルは装着具の一部である、請求項１７に記載のスマート材料。
【請求項１９】
前記アクチュエーターとして構成された前記第１の２機能ファイバーと、前記センサーとして構成された前記第２の２機能ファイバーとは、実質的に平行又は互いに垂直に位置決めされている、請求項１６に記載のスマート材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、触覚フィードバックと、ユーザーインタラクションの検知との双方に用いることができる２機能ファイバーに関する。そのような２機能ファイバーは、構造材料において有用であり、これらの構造材料には、装着具又は装身具の要素としての構造材料が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
装着具又は装身具で使用される触覚フィードバックは、従来、偏心回転質量（ＥＲＭ）モーター及びリニア共振アクチュエーター（ＬＲＡ）の使用に基づいていた。しかしながら、これらのタイプのアクチュエーターは、通常かさばり、大量の電力を必要とすることが多く、そのため、衣類若しくは他の装着具、又は装身具（すなわち、宝飾品等）に組み込むことが困難である。装着具では、形状記憶合金も使用されてきたが、この場合もまた、消費電力量により、それらの適用可能性及び組込みの容易さが制限されることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
装着商品及び装身商品において容易に実施することができる触覚フィードバックをユーザーに提供するとともに、ユーザーのインタラクションを検知することも可能にする単純なメカニズムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーのインタラクションを検知する２機能ファイバー及びスマート材料に関する。スマート材料及び２機能ファイバーは、装着商品及び装身商品等の様々な用途に用いることができる。
【０００５】
例示的な実施の形態では、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーインタラクションを検知する２機能ファイバーが本明細書において開示される。実施の形態では、この２機能ファイバーは、第１の導体素子と、第１の導体素子の周囲に同心円状に配置されたポリマー層と、ポリマー層の周囲に同心円状に配置された第２の導体素子と、第２の導体素子の周囲に同心円状に配置された第１の絶縁層と、第１の絶縁層の周囲に同心円状に配置された第３の導体素子と、第３の導体素子の周囲に同心円状に配置された第２の絶縁層とを備える。適切には、この２機能ファイバーは、実質的にその全長にわたって実質的に円形の断面を有する。
【０００６】
また、第１の導体素子と、第１の導体素子の周囲に同心円状に配置されたポリマー層と、ポリマー層の周囲に同心円状に配置された第２の導体素子と、第１の導体素子及び／又は第２の導体素子に電気的に結合された電源と、第２の導体素子の周囲に同心円状に配置された絶縁層とを備える、触覚フィードバックをユーザーに提供すること又はユーザーインタラクションを検知することを行う２機能ファイバーも本明細書において開示される。適切には、この２機能ファイバーは、実質的にその全長にわたって実質的に円形の断面を有する。
【０００７】
また、構造材料と、この構造材料に関連付けられた２機能ファイバーとを備える、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーインタラクションを検知するスマート材料も開示される。追加の実施の形態では、構造材料と、この構造材料に関連付けられたアクチュエーターとして構成された２機能ファイバーと、この構造材料に関連付けられたセンサーとして構成された２機能ファイバーとを備える、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーインタラクションを検知するスマート材料が開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーインタラクションを検知するスマート材料を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による、図１Ａの線Ｂ−Ｂを通して見た、スマート材料の断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による２機能ファイバーを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、線Ｂ−Ｂを通して見た、図２Ａの２機能ファイバーの代替形態の断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による、線Ｂ−Ｂを通して見た、図２Ａの２機能ファイバーの代替形態の断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による追加の２機能ファイバーを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、線Ｂ−Ｂを通して見た、図３Ａの２機能ファイバーの代替形態の断面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による、線Ｂ−Ｂを通して見た、図３Ａの２機能ファイバーの代替形態の断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーインタラクションを検知する２機能ファイバーを含むスマート材料を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａにおいて用いられる２機能ファイバーの断面図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーインタラクションを検知する２機能ファイバーを含む更なるスマート材料を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示すスマート材料の２機能ファイバーの断面図である。
【図５Ｃ】図５Ａに示すスマート材料の２機能ファイバーの断面図である。
【図５Ｄ】図５Ａに示すスマート材料の２機能ファイバーの断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態によるスマート材料における２機能ファイバーの代替の配置を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態によるスマート材料における２機能ファイバーの代替の配置を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態によるスマート材料における２機能ファイバーの代替の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本技術の上述した特徴及び態様並びに他の特徴及び態様は、実施形態の以下の説明から、かつ添付図面に示すように、よりよく理解することができる。本明細書に組み込まれかつ本明細書の一部を形成する添付図面は、さらに、本技術の原理を例示する役割を果たす。図面の構成要素は必ずしも正確な尺度で描かれていない。
【００１０】
様々な実施形態について、幾つかは図面を参照して、詳細に説明する。様々な実施形態に対する言及は、本明細書に添付の特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。さらに、本明細書に示す任意の実施形態は、限定的であるようには意図されておらず、単に、添付の特許請求に対する多くのあり得る実施形態のうちの幾つかを示すものである。
【００１１】
適切である場合はいつでも、単数の物を指すように用いられている用語は、複数の物も含み、その逆もある。本明細書における数量を特定しない物を修飾する語の使用（The use of "a"）は、別段の記載がない限り、又は「１つ以上（one or more）」の使用が明らかに不適切でない限り、「１つ以上」を意味する。「又は」の使用は、別段の記載がない限り、「及び／又は」を意味する。「備える」、「含む」及び「有する」の使用は、置き換えが可能であり、限定的であるようには意図されていない。「等」という用語もまた、限定的であるようには意図されていない。例えば、「含む」という用語は、「限定されないが、〜を含む」を意味するものとする。
【００１２】
実施形態において、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーインタラクションを検知するスマート材料が本明細書において提供される。実施形態において、スマート材料は、構造材料と、この構造材料上に配置された第１の導電層と、この第１の導電層上に配置されたポリマー層と、このポリマー層上に配置された第２の導電層と、この第２の導電層上に配置された絶縁体層とを備える。
【００１３】
「スマート材料（複数の場合もある）」は、本明細書において用いられるとき、この材料の応答及び特性が外部刺激の影響を受けて変化するように制御されることが可能な材料を指す。
【００１４】
「触覚フィードバック」又は「触覚フィードバック信号」は、本明細書において用いられるとき、本明細書に記載するようなスマート材料から触覚を介してユーザーに伝達される、振動、手触り及び／又は熱等の情報を指す。
【００１５】
「検知」又は「感知（sensation）」は、本明細書において用いられるとき、本明細書において説明するスマート材料、２機能ファイバー、又は他のデバイス若しくは材料が、ユーザーとインタラクトし、ユーザーからフィードバックを受信する能力を指す。実施形態において、ユーザーフィードバックは、タッチ、押圧、スワイプ、ラビング等の形態とすることができる。ユーザーフィードバックを介して、スマート材料、２機能ファイバー、又は他のデバイス若しくは材料は、提供されている触覚フィードバックを変更又は修正することもできるし、インタラクションに基づいて更なるデバイスにシグナリングすることもできる。
【００１６】
「構造材料」は、本明細書において用いられるとき、装着具、個人用装身具、手荷物等を構成するのに用いられる材料を意味する。構造材料の例としては、綿、絹、羊毛、ナイロン、レーヨン、合成繊維、フランネル、リネン、ポリエステル等のファブリック及びテキスタイル、こうしたファブリックの織物又は混紡等、皮革、スエード、箔等の柔軟な金属繊維、Ｋｅｖｌａｒ等が挙げられる。装着具の例としては、衣類、履物、義肢等の補綴物、帽子及びヘルメット等の被りもの、身に着ける運動器材、防弾ベスト、ヘルメット及び他の防護服等の保護具が挙げられる。個人用装身具としては、眼鏡、ネクタイ及びスカーフ、ベルト及びサスペンダー、ブレスレット、ネックレス及び腕時計（腕時計のバンド及びストラップを含む）等の宝飾品類、財布、札入れ、手荷物用タグ等が挙げられる。手荷物としては、手提げかばん（handbag）、ハンドバッグ（purse）、旅行かばん、スーツケース、リュックサックが挙げられ、こうした物品用の持ち手等を含む。
【００１７】
「電気活性材料」は、本明細書において用いられるとき、電界（直流又は交流のいずれか）によって刺激されると形状又はサイズの変化を示す材料を指す。本明細書に記載する例示的な電気活性材料としては、電気活性ポリマー及び圧電材料が挙げられる。
【００１８】
実施形態において、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、触覚フィードバックをユーザーに提供するとともにユーザーインタラクションを検知するスマート材料１００が本明細書において提供される。実施形態において、スマート材料１００は、構造材料１０２と、構造材料１０２上に配置された第１の導電層１０６と、第１の導電層１０６上に配置されたポリマー層１０４と、ポリマー層１０４上に配置された第２の導電層１１２と、第２の導電層１１２上に配置された絶縁体層１１０とを備える。
【００１９】
「配置された／される」は、本明細書において用いられるとき、単一の構造体として機能することができる材料を形成するように、或る層又は材料を別の材料上に関連付けること又は取り付けることを指す。１つ以上の材料をともに配置する方法の例には、接着剤、はんだ、テープの使用、薄膜堆積及びスパッタリング等の堆積法、層状化、塗装、被覆、糊付け、ホチキスの針等の機械的取り付け等が含まれる。
【００２０】
本明細書において説明するように、実施形態において、構造材料１０２はテキスタイルであり、適切には、装着具の一部とすることができる。実施形態において、構造材料１０２には、テキスタイルの一部として、例えば、シャツ、ブラウス、手袋、スーツ等の装着具の一部として既に統合されているスマート材料１００を提供することができる。他の実施形態において、スマート材料１００は、別個に提供することができ、その場合、例えば、テキスタイルに統合することもできるし、織ることもできるし、縫うこともできる接着パッチ又は接着要素として構造材料１０２に接着することができるか又は別の方法で取り付けることができる。
【００２１】
第１の導電層１０６及び／又は第２の導電層１１２として用いられる例示的な材料には、例えば、銀、金、又は他の導電性金属若しくは導電性ポリマー（例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）の薄膜等）が含まれる。適切には、第１の導電層１０６及び／又は第２の導電層１１２は、約５０ｎｍ〜数ミリメートル程度、例えば、約５０ｎｍ〜５ｍｍ、約５０ｎｍ〜１ｍｍ、約５０ｎｍ〜５００μｍ、約１００ｎｍ〜約５００μｍ、約１μｍ〜５００μｍ、又は約５μｍ〜約５００μｍ、又は約１０μｍ〜５００μｍ、又は約１μｍ〜約１００μｍの厚さを有する。ただし、所望の使用法及び構造材料に対する導電層（複数の場合もある）の向きに応じて、これよりも厚い電気活性材料又はこれよりも薄い電気活性材料も利用することができる。
【００２２】
例示的な実施形態では、ポリマー層１０４は電気活性ポリマーを含み、それには、限定されないがポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）、並びにそれらの混合物、コポリマー及び誘導体等のポリマーが挙げられる。電気活性ポリマーの例示的な種類には、誘電性ポリマー及びイオンポリマーが挙げられる。誘電性ポリマーは、２つの電極の間に発生する、ポリマーを圧搾する静電力に応じて、形状を変えるようにすることができる。誘電性ポリマーは、非常に高歪みとすることができ、基本的に、電圧が印加されると、ポリマーが電界によりその厚さを圧縮させかつ面積を拡張することができるようにすることにより、静電容量を変化させるコンデンサーである。イオンポリマーは、ポリマー内部のイオンの変位により形状又はサイズを変化させることができる。さらに、イオンポリマーによっては、イオン流を維持するために水性環境の存在が必要である。
【００２３】
電気活性ポリマーを作製する方法は、本技術分野において既知であり、好適には、好適な溶媒に所望のポリマーを溶解し、その後、ポリマーを所望の形状（すなわち、平坦なリボン、パッチ等）にキャスティングすることを含むことができる。代替的に、本明細書に記載するように、所望のフィラメント又はファイバー寸法で作製されるように、ポリマーを延伸するか、又は紡糸技法を行うことができる。更なる方法としては、溶融混合が挙げられ、そこでは、ポリマーは軟化／溶融点を超えて加熱され、その後、フィルム処理（キャスティング又はブローイング）技法を用いてポリマーフィルムが処理される。電気活性ポリマーは、比較的平坦な構造体として作製される場合、様々なポリマー部分又は層を層状に重ねて最終的な所望の構造体を生成することによって作製することもできる。
【００２４】
更なる実施形態では、ポリマー層１０４は、圧電複合材料及びセラミックを含む圧電材料とすることができる。例示的な圧電材料としては、限定されないが、チタン酸バリウム、ヒドロキシアパタイト、燐灰石、硫酸リチウム一水和物、ニオブ酸ナトリウムカリウム、石英、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酒石酸及びポリフッ化ビニリデン繊維が挙げられる。本明細書に記載する実施形態において、本技術分野において既知である他の圧電材料も使用することができる。
【００２５】
追加の実施形態において、ポリマー層１０４は、形状記憶ポリマーを含むことができる。形状記憶ポリマー（ＳＭＰ）は、第１の形状から第２の形状に形状を変化させる能力をポリマーに提供するポリマーのプログラミングを可能にする。形状記憶効果は、固有特性ではない。これは、ポリマーがそれ自体によってこの効果を示すものでないことを意味する。形状記憶は、ポリマー形態と特定の処理との組み合わせに起因し、ポリマー機能化として理解することができる。従来の処理、例えば、押出成形又は射出成形によって、ポリマーは、その初期の永続的形状Ｂに形成される。その後、プログラミングと呼ばれるプロセスにおいて、ポリマーサンプルは変形され、一時的形状Ａに固定される。外部刺激（例えば、熱又は電界）が印加されると、ポリマーは、その初期の永続的形状Ｂを回復する。プログラミング及び回復のこのサイクルは、数回繰り返すことができ、その後のサイクルでは、異なった一時的形状となる。形状記憶ポリマーは、適した刺激応答性スイッチを装備した弾性ポリマーネットワークとすることができる。ポリマーネットワークは、分子スイッチ及びネット点からなる。ネット点は、ポリマーネットワークの永続的形状を決定し、化学的（共有結合）の場合もあるし、物理的（分子間相互作用）性質の場合もある。物理的架橋は、例えばブロックコポリマーに見られるように、形態が少なくとも２つの分離された領域（segregated domains）からなるポリマーにおいて得られる。ＳＭＰの追加の情報及び例は、「Shape Memory Polymers」（MaterialsToday, Vol. 10, pages 20-28 (April 2007)）において見つけることができる。この文献の開示内容は、引用することによって、その全体が本明細書の一部をなす。
【００２６】
或る構成、すなわち第１の構成から、別の構成、すなわち第２の構成へのＳＭＰの変換は、ＳＭＰの温度をそのガラス転移温度（Ｔｇ）に対して制御することによって適切に制御される。ＳＭＰを加熱することによってＳＭＰをそのＴｇよりも高温にすることによって、ＳＭＰアクチュエーターは、その第２の（記憶された又は元の）構成に遷移し、その結果、多安定材料が活性化又は作動し、第１の安定構成から第２の安定構成、及び適切には第３の安定構成（及び所望される場合には第４の安定構成、第５の安定構成等）に運動又は変形する。例示的な形状記憶ポリマーには、必要とされる形状記憶特性を有するようにプログラミングされた様々なポリ（ウレタン）、ポリ（イソプレン）及びポリ（エーテルエステル）等の様々なブロックコポリマーが含まれる。
【００２７】
ポリマー層１０４は、適切には、約５μｍ〜数ミリメートル程度、例えば、約１μｍ〜５ｍｍ、約１μｍ〜１ｍｍ、約１μｍ〜５００μｍ、又は約５μｍ〜約５００μｍ、又は約１０μｍ〜５００μｍ、又は約１μｍ〜約１００μｍの厚さを有する。ただし、これよりも厚いポリマー層又はこれよりも薄いポリマー層も利用することができる。
【００２８】
本明細書において説明するように、電源１０８は、適切には、スマート材料１００に電気的に結合される、すなわち、接続される。電源１０８によって提供される電力の量は、通常、約０．１ワット（Ｗ）〜約１０Ｗ、若しくはより好適には約０．５Ｗ〜約５Ｗ、又は約１Ｗ〜約５Ｗ、又は約０．５Ｗ、約１Ｗ、約２Ｗ、約３Ｗ、約４Ｗ、若しくは約５Ｗの程度である。例示的な電源１０８は、様々なバッテリーパックとともに太陽エネルギー源を含む。電源１０８はまた、再充電可能システム、例えば、再充電することができるシステムであって、システムに電流を提供する、本明細書に記載するような圧電材料を用いることによって再充電することができるシステムを含むことができる。
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、外部活性化信号１５０に応答して、電源１０８は、電力を第１の導電層１０６及び／又は第２の導電層１１２に提供して（又は、一方の層は必要に応じて接地として配線することができる）、ポリマー層１０４の形状又は構成の変化を引き起こすことでき、その結果、ユーザーへの触覚フィードバックが得られる。この触覚フィードバックは、パルス、振動、圧力等の形態とすることができる。追加の実施形態において、スマート材料１００は、ユーザーインタラクションも検知する。例えば、ユーザーインタラクションは、ポリマー層１０４の圧縮と、スマート材料１００の静電容量又は抵抗の変化とをもたらすことができる。静電容量又は抵抗のこの変化は、測定装置１２０によって、第１の導電層と第２の導電層との間の電界の変化を監視することによって測定することができる。測定装置１２０は、スマート材料１００に有線接続又は無線接続することができ、例えば、圧力センサーとして、スマート材料１００とのユーザーのインタラクションを求めることを可能にする。
【００３０】
更なる実施形態において、触覚フィードバックをユーザーに提供し、及び／又はユーザーインタラクションを検知する２機能ファイバーが本明細書において提供される。「２機能ファイバー」は、本明細書において用いられるとき、その断面の少なくとも２倍の長さを有し、実質的にその全長にわたって実質的に一様な断面を有するフィラメント構造又はファイバー構造を指す。「２機能」は、ファイバーが、触覚フィードバックを提供するアクチュエーターと、タッチ動作、押圧動作、掃引動作又はスワイプ動作等のユーザーインタラクションを検知するセンサーとの双方として機能する能力を指す。２機能ファイバーは、同じファイバーがアクチュエーター及びセンサーの双方として機能することを可能にする要素を備えるセクションを備えることもできるし、幾つかの特定の状況下ではアクチュエーターとして動作し、その上、更なる一組の状況下ではセンサーとして動作するように構成することもできる。したがって、本明細書において説明するように、幾つかの特定の状況では、２機能ファイバーは、適切に配線接続されている場合にはセンサーとして機能することができるのに対して、同じタイプの２機能ファイバーは、異なって配線接続されている場合にはアクチュエーターとしても機能することができる。一般に、アクチュエーター又はセンサーとして機能する能力は、本明細書において説明するように、ファイバーの配線又は構成において生じる。「ファイバー」及び「フィラメント」という用語は、そのような構造体を指すために本明細書では区別なく用いられる。
【００３１】
図２Ａは、ユーザーへの触覚フィードバックの提供又はユーザーインタラクションの検知を行う本発明の実施形態による２機能ファイバー２００を示している。すなわち、２機能ファイバー２００は、ファイバーが電力にどのように接続されているのか及びファイバーがどのように構成されているのかに応じて、アクチュエーターとして動作することもできるし、センサーとして動作することもできる。実施形態において、２機能ファイバー２００は、触覚フィードバックの提供又はユーザーインタラクションの検知を行うファイバーのセクションを備える。「セクション」は、本明細書において用いられるとき、２機能ファイバーの一部分を指し、適切には、２機能ファイバーを構成する材料の層のセット又はサブセットを指す。実施形態において、２機能ファイバー２００は、第１の導体素子２０２と、第１の導体素子２０２の周囲に同心円状に配置されたポリマー層２０４と、ポリマー層２０４の周囲に同心円状に配置された第２の導体素子２０６と、第２の導体素子２０６の周囲に同心円状に配置された絶縁層２０８とを備える、触覚フィードバックの提供又はユーザーインタラクションの検知を行うセクションを備える。全体を通して説明するように、２機能ファイバーは、実質的にその全長にわたって実質的に円形の断面を有する。
【００３２】
図２Ｂは、中空コアファイバーが利用又は使用されている２機能ファイバー２００の線Ｂ−Ｂを通る断面を示している。図２Ｃは、中実コアファイバーが利用又は使用されている２機能ファイバー２００の線Ｂ−Ｂを通る断面図を示している。実施形態において、図２Ｂに示すように、第１の導体素子２０２は、２機能ファイバーの実質的に円形の断面を形成する２機能ファイバー２００の中空コアを形成する。図２Ｃでは、第１の導体素子２０２’は、２機能ファイバーの実質的に円形の断面を形成する２機能ファイバー２００の中実コアである。
【００３３】
図２Ｂに示すように、第１の導体素子２０２は、本質的には、ポリマー層２０４の被覆又は内側ライニングを形成し、それによって、２機能ファイバー２００の中空コア構造体を提供する。図２Ｃでは、ポリマー層２０４は、２機能ファイバー２００の中実コア構造体を取り囲む被覆を形成する第１の導体素子２０２’の中実コアの周囲に同心円状に配置されている。
【００３４】
本明細書に記載のように、２機能ファイバー２００は、中実コア構造を含むものであれ、中空コア構造を含むものであれ、実質的に２機能ファイバーの長さ全体にわたって実質的に一様な断面を有し、幾つかの特定の実施形態では、実質的に２機能ファイバーの長さ全体にわたって実質的に円形の断面を有する。本明細書に記載のように、装着具を含む構造材料における使用又は一体化を可能にする特性のうちの１つを２機能ファイバー２００に提供するのは、この実質的に一様な断面（実施形態では、実質的に円形の断面）である。「実質的に一様な断面」とは、２機能ファイバーを通じて取得されたセクションが、一様な、すなわち、２機能ファイバーの「実質的に長さ全体」にわたって約５％〜１０％以内の断面を有することを意味する。「実質的に円形の断面」とは、２機能ファイバーを通じて取得されたセクションが、一様な、すなわち、２機能ファイバーの「実質的に長さ全体」にわたって約５％〜１０％以内の直径を有することを意味する。「実質的に長さ全体」とは、２機能ファイバーの長さ全体の少なくとも８０％〜９０％を意味する。実施形態において、２機能ファイバーは、２機能ファイバーの長さ全体の少なくとも約９０％〜９５％にわたって、好適には９５％以上（例えば、９６％、９７％、９８％、９９％又は１００％）にわたって、約１％〜５％以内（好適には、約４％以内、約３％以内、約２％以内、約１％以内、又は約０．５％以内）で一様な断面、好適には直径を有する。更なる実施形態では、本明細書に記載のように、同様に実質的に一様である他の断面（すなわち、正方形、矩形、三角形、卵形等）も用いることができる。
【００３５】
２機能ファイバー２００に用いられる例示的な導体素子には、銀、金、様々な導電性金属又はポリマーが含まれるが、これらに限定されるものではない。この様々な導電性金属又はポリマーには、Ａｌ、Ｃｒ、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）等）が含まれる。図２Ｃのように、第１の導体素子が中実コアを形成する実施形態では、第１の導体素子２０２’は、金又は銀のワイヤ等を含む、導体素子のソリッドワイヤ又はフィラメントとすることができる。次に、ポリマー層２０４を配置するか、コーティングするか、又は他の形で中実コアに関連付け、同軸に配置された構造を形成することができる。本明細書において用いられるとき、「同軸に配置された」とは、構造上に施されるか又はコーティングされた材料の層（複数の場合もある）を指し、断面で見たときにこれらの層は同じ円形中心を有するようになっている。
【００３６】
図２Ｂにおけるように、第１の導体素子２０２が中空コアを形成する実施形態において、ポリマー層２０４の内面を金属又は他の材料のフィルム又はコーティングでコーティング又はカバーして、第１の導体素子２０２を形成することができる。同様に、第２の導体素子２０６を、ポリマー層２０４上にコーティング又は配置し、それによって、図２Ｂに示す構造を形成することもできる。例えば、紡糸方法を用いて、中空ポリマーファイバー又はフィラメントを準備することができ、ここでは同心の円筒が用いられ、ポリマーは、円筒間の間隙を満たして、ポリマー層２０４等の中空のファイバーを形成する。次に、第１の導体素子２０２を、ポリマー層２０４の内面に施して、中空のファイバー構造を形成することができる。同様に、第２の導体素子２０６を中空ファイバーの外面、すなわちポリマー層２０４に施して、図２Ｂに示す構造を形成することができる。第１の導体素子及び第２の導体素子を施す方法は、スパッタリング、浸漬被覆、溶射、電気めっき、塗装等を含むことができる。実施形態において、表面パターニングを用いて、ポリマー層２０４の表面を選択的にエッチングし、表面積を増大させるか、又は所望の構造を生成することができ、これを導電材料の薄いフィルムでコーティングするか又は覆って、本明細書に記載の第１の及び／又は第２の導体素子を生成することができる。
【００３７】
本明細書において説明する２機能ファイバーは、ファイバーの長手に沿って互いに離間し、中間には導体素子を含まないセクションを有する導体素子も備えることができ、それによって、長手に沿った電極セクション／非電極セクションの交互配置を作製することができる。
【００３８】
ポリマー層２０４は、好適には、約５μｍ〜数ミリメートル、例えば、約１μｍ〜５ｍｍ、約１μｍ〜１ｍｍ、約１μｍ〜５００μｍ、又は約５μｍ〜約５００μｍ、又は約１０μｍ〜５００μｍ、又は約１μｍ〜約１００μｍ程度の厚みを有するが、より厚いか又はより薄いポリマー層も利用することができる。
【００３９】
中実コア構造の形態の第１の導体素子２０２’は、５μｍ〜数ミリメートル、例えば、約１μｍ〜１０ｍｍ、約１μｍ〜５ｍｍ、約１μｍ〜１ｍｍ、約１μｍ〜５００μｍ、又は約５μｍ〜約５００μｍ、又は約１０μｍ〜５００μｍ、又は約１μｍ〜約１００μｍ程度の直径を有することができる。図２Ｂにおけるように、第１の導体素子がコーティング又は層の形態をとるとき、導体素子の厚みは、通常、数ミクロン程度であり、好適には、約０．５μｍ〜約５００μｍ、より好適には約０．５μｍ〜約１００μｍ、又は約０．５μｍ〜約５０μｍである。
【００４０】
全体として、本明細書に記載の２機能ファイバーの直径は、好適には、数十ミクロン〜数百ミクロン程度であるか、又は最大で数ミリメートル、例えば、約１μｍ〜１０ｍｍ、約１μｍ〜５ｍｍ、約１μｍ〜１ｍｍ、約１μｍ〜５００μｍ、又は約５μｍ〜約５００μｍ、又は約１０μｍ〜５００μｍ、又は約１μｍ〜約１００μｍ程度である。２機能ファイバーの長さは、ファイバーアクチュエーターの最終的な用途及び使用に依拠して、数ミクロン〜数ミリメートル〜数センチメートル〜数メートル程度とすることができる。
【００４１】
ポリマー層２０４は、好適には、電気活性ポリマーを含む。電気活性ポリマーとしては、限定されないがポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）、並びにそれらの混合物、コポリマー及び誘導体等のポリマーが挙げられる。電気活性ポリマーの例示的な種類には、誘電性ポリマー及びイオンポリマーが挙げられる。誘電性ポリマー（又は誘電性エラストマー）は、２つの電極の間に発生する、ポリマーを圧搾する電界に応じて、形状を変えるようにすることができる。誘電性ポリマーは、非常に高歪みとすることができ、基本的に、電圧が印加されると、ポリマーが電界によりその厚さを圧縮させかつ面積を拡張することができるようにすることにより、静電容量を変化させるコンデンサーである。イオンポリマーは、ポリマー内部のイオンの変位により形状又はサイズを変化させることができる。さらに、イオンポリマーによっては、イオン流を維持するために水性環境の存在が必要である。
【００４２】
ポリマー層２０４として有用な組成の更なる例としては、圧電ポリマー及び形状記憶ポリマーが挙げられる。例示的な圧電材料は、限定ではないが、チタン酸バリウム、ヒドロキシアパタイト、アパタイト、硫酸リチウム一水和物、ニオブ酸ナトリウムカリウム、水晶、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酒石酸、及びポリフッ化ビニリデンファイバーを含む。当該技術分野において既知の他の圧電材料も、本明細書に記載の実施形態において用いることができる。
【００４３】
追加の実施形態において、ポリマー層２０４は、本明細書において説明するように、形状記憶ポリマーを含むことができる。
【００４４】
図３Ａは、本発明の一実施形態による更なる２機能ファイバー３００を示している。図３Ｂは、線Ｂ−Ｂを通して見た２機能ファイバー３００の断面図を示している。この断面図は、第１の導体素子２０２と、第１の導体素子２０２の周囲に同心円状に配置されたポリマー層２０４とを備える、触覚フィードバックを提供するファイバーのセクション３５０を示している。２機能ファイバー３００は、ユーザーインタラクションを検知するファイバーのセクション３６０も備える。セクション３６０は、ポリマー層２０４の周囲に同心円状に配置された第２の導体素子２０６と、第２の導体素子２０６の周囲に同心円状に配置された第１の絶縁層２０８と、第１の絶縁層２０８の周囲に同心円状に配置された第３の導体素子３１０と、第３の導体素子３１０の周囲に同心円状に配置された第２の絶縁層３１２とを備える。本明細書において説明するように、２機能ファイバーは、実質的にその全長にわたって実質的に円形の断面を有する。
【００４５】
触覚フィードバックを提供する２機能ファイバーのセクション３５０は、本明細書において説明するように、追加の層又は要素も備えることができると理解すべきであり、また、ユーザーインタラクションを検知する２機能ファイバーのセクション３６０は、本明細書において説明するように、追加の層又は要素も備えることができると理解すべきである。これらの（正：These）追加の層又は要素、例えば、追加の絶縁層又はポリマー層は、本明細書において説明するように、触覚フィードバックを提供し及び／又はユーザーインタラクションを検知するセクション３５０又はセクション２６０の能力と干渉しない。
【００４６】
本明細書において説明するように、第１の導体素子は、中空コア（図３Ｂにおける２０２）の形態とすることもできるし、中実コア（図３Ｃにおける２０２’）の形態とすることもできる。中実コア又は中空コアを準備する方法、及び２機能ファイバー３００を構築するように様々な層を配置する方法は、本明細書において説明される。
【００４７】
２機能ファイバー３００に用いられる例示的な導体素子は、銀、金、様々な導電性金属又はポリマーが含まれるが、これらに限定されるものではない。この様々な導電性金属又はポリマーには、Ａｌ、Ｃｒ、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）等）が含まれる。そのような材料には、金ワイヤ又は銀ワイヤ等を含む導体素子のソリッドワイヤ又はフィラメント、及び金又は銀等の様々な金属の被覆が含まれる。
【００４８】
本明細書において説明するように、ポリマー層２０４は、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）及び混合物、コポリマー、並びにそれらの誘導体の層を含むが、これらに限定されない電気活性ポリマーを含むことができる。ポリマー層２０４に用いられる追加の材料は、形状記憶ポリマーを含む。
【００４９】
図４Ａに示すように、２機能ファイバー３００は、構造材料１０２と関連付けられ又は統合されて、スマート材料４００を形成することができる。本明細書において説明するように、構造材料１０２は、全体を通して説明するような様々な装着具の一部を含むテキスタイルとすることができる。
【００５０】
図４Ｂは、２機能ファイバー３００の線Ｂ−Ｂを通して見た断面図を示している。図示するように、実施形態において、電源１０８は、第１の導体素子、すなわち、コア２０２’が電気回路に接続されるように、２機能ファイバー３００の第１のセクション３５０に電気的に結合、すなわち、接続することができる。この電気回路は、電源１０８に加えて、活性化信号を２機能ファイバー３００に提供することができる増幅器４２０も備えることができる。増幅器４２０は、アクチュエーターに電力供給するために必要な電力を提供する制御信号を増幅する（制御信号からの電力を増幅することを含む）のに用いることもできる。第１の導体素子２０２’と第３の導体素子３１０との間に同心円状にある第２の導体素子２０６は、適切には、接地に接続される。２機能ファイバー３００の第２のセクション３６０は、適切には、静電容量及び／又は抵抗を求める測定デバイス４１０に接続された第３の導体素子３１０を備えることができ、追加の増幅器４２０に接続することもできる。この追加の増幅器は、２機能ファイバーから信号を受信し、この信号を測定デバイスに送信するときに、必要に応じて様々な信号変換／増幅を援助する。電源１０８及び測定デバイス４１０は、同じ接地を共有することができる。そのような構成では、ポリマー層２０４は、第１の導体素子２０２’と第２の導体素子２０６との間の電界に応答して変形し、触覚フィードバックを提供する２機能ファイバーのセクション３５０として動作することができる。これは、例えば、外部デバイスからの活性化信号１５０に応答したポリマー層の変形又は運動の形態とすることもできるし、静電フィードバックの形態とすることもできる。触覚フィードバックには、機械的フィードバック（すなわち、変形又は運動）と静電フィードバックとの組み合わせも提供することができる。同時に、ポリマー層２０４及び／又は絶縁体層２０８の圧縮をもたらすユーザーインタラクションは、２機能ファイバーのセクション３６０によって、第１の導体素子２０２’と第３の導体素子３１０との間の電界の変化として検知することができ、測定デバイス４１０によって、２機能ファイバーの抵抗又は静電容量の変化の形態で測定することができる。この変化は、圧力の変化としても測定することができる。このように、２機能ファイバー３００は、同じファイバーの異なるセクションを介して、触覚フィードバックの提供と、ユーザーインタラクションの（例えば、圧力センサーとしての）検知との双方を行う。
【００５１】
静電容量又は抵抗を求める測定デバイス４１０として用いられる例示的なデバイスは、当該技術においてよく知られており、様々なオーム計、圧力センサー及び静電容量計（及びそのようなセンサーの組み合わせ）を含む。そのようなデバイスは、適切には、小さな電源（すなわち、数ボルト程度の電源）を含む。他の実施形態において、追加の電源を用いて、所望どおり機能するように必要な電力を測定デバイス４１０に提供することができる。
【００５２】
本明細書において説明する２機能ファイバーでは、ポリマー層２０４は、適切には、例えば電気活性ポリマーを含むソフトポリマー、又は形状記憶ポリマーである。ポリマー層の展性又は可撓性によって、ポリマー層は、第１の導体素子と第２の導体素子との間に印加された電界（及び、必要な場合には加熱）に応じて形状を変形又は変化させることが可能になる。例えば、ポリマー層２０４は、収縮して、ファイバーアクチュエーターに形状を縮小又は変形させることもできるし、拡大して、ファイバーアクチュエーターに形状を拡張、収縮又は別の形態で変形させることもできる。一般に、電界に応答した２機能ファイバーの運動又は変形の量は、２機能ファイバーの全直径及び／又は全長の数パーセント程度（０．５％〜５％）である。
【００５３】
本明細書において説明する２機能ファイバーからの静電フィードバックは、ユーザーに対する短い振動若しくはパルス、又は長期の振動の形態とすることができる。静電フィードバック又は相互作用の周波数は、約１Ｈｚ〜約１０００Ｈｚ、より好適には約１Ｈｚ〜約５００Ｈｚ、約１Ｈｚ〜約２００Ｈｚ、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚ、約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚ、又は約１０Ｈｚ、約２０Ｈｚ、約３０Ｈｚ、約４０Ｈｚ、約５０Ｈｚ、約６０Ｈｚ、約７０Ｈｚ、約８０Ｈｚ、約９０Ｈｚ若しくは約１００Ｈｚ程度とすることができる。ユーザーが、スマート材料又は２機能ファイバーに単に近づくか又はスマート材料又は２機能ファイバーの近くにいる場合に、スマート材料又はファイバーに近接していることを通知して、静電相互作用によって触覚フィードバックを提供することもでき、それにより、静電相互作用、及びそこから触覚フィードバックをもたらすことができる。
【００５４】
追加の実施形態において、例えば、図５Ａに示すように、２機能ファイバー２００は、スマート材料５００を形成するように、構造材料１０２内に統合するか又は構造材料１０２に関連付けることができる。実施形態において、構造材料１０２は、テキスタイルとすることができ、シャツ、ブラウス、帽子、ジャケット、コート及びズボン／半ズボンを含む装着具テキスタイル等の装着品に組み込むことができ、その結果、ウェアラブルスマート材料が得られる。構造材料は、札入れ及び小銭入れ、ハンドバッグ（そのようなものの取っ手を含む）、バックパック、並びに宝飾品等を含む様々な皮革商品を含む装身具内に統合することもできる。
【００５５】
２機能ファイバーに関する「統合された／される」は、本明細書において用いられるとき、２機能ファイバーが、構造材料１０２から容易に除去も分離もされないように織られるか、縫われるか、スティッチされるか、又は別の方法で構造材料１０２の一部にされることを指す。すなわち、本明細書において説明する２機能ファイバーは、構造材料１０２の準備中に、又は、既に形成されている構造材料内に例えば装着具として統合するために、ファイバー又は糸としての機能を果たすことができる。
【００５６】
図５Ａに示すように、実施形態において、線Ｂ−Ｂを通して見た図５Ｂにおける断面図にも示すように、２機能ファイバー５５０は、アクチュエーターとして機能するように構成することができる。そのような実施形態において、２機能ファイバー５５０が接続パラメーターに応じてアクチュエーター又はセンサーのいずれかとして機能する能力が利用される。実施形態において、２機能ファイバー５５０は、触覚フィードバックの提供又はユーザー（正：user）インタラクションの検知を行うファイバーのセクション５５２を備えることができ、このセクションは、図５Ｂに示すように中実コアとして第１の導体素子２０２’を備え、２機能ファイバー５５０は、アクチュエーターとして機能するように、接地に接続された第１の導体素子２０２’と、電力供給装置１０８（並びに、適切には、増幅器４２０及び活性化回路）に接続された第２の導体素子２０６とに配線接続することができる。実施形態において、ポリマー層２０４は、このため、第１の導体素子２０２’と第２の導体素子２０６との間の電界に応答して変形し、触覚フィードバックをユーザーに提供するように構成することができる。更なる実施形態において、第１の導体素子２０２’及び第２の導体素子２０６は、静電フィードバックをユーザーに提供するように構成することができる。そのような実施形態において、静電フィードバックを開始するために、絶縁層２０８がユーザーと接触することもできるし、ユーザーが２機能ファイバー５５０と密着することもできる。
【００５７】
更なる実施形態において、追加の２機能ファイバー５６０は、スマート材料５００におけるように構造材料１０２に関連付けることもできるが、図５Ｃに示すように、センサーとして構成することができる。構造上、２機能ファイバー５６０は、触覚フィードバックの提供又はユーザーインタラクションの検知を行う２機能ファイバーのセクション５５２を備える２機能ファイバー５５０と同じものとすることができ、アクチュエーターとしてではなく、測定デバイス４１０によって測定された出力を提供するセンサーとして動作するように測定デバイス４１０（及び、所望される場合には増幅器４２０）と接地とに単に配線接続されているだけである。ポリマー層２０４の変形／圧縮の際の静電容量又は抵抗の変化の測定を可能にする小さな電圧（数ボルト）を提供するように、小さな電源を提供することもできるし、測定デバイス４１０内に備えることもできる。例えば、測定デバイス４１０は、ポリマー層２０４の圧縮をもたらし、それによって、２機能ファイバーの静電容量又は抵抗の変化を引き起こすユーザーインタラクション、又は圧力の変化として測定することができるユーザーインタラクションを検知することもできる。ポリマー層２０４の圧縮に起因した静電容量、圧力又は抵抗のこの変化は、測定デバイス４１０によって電界の変化として測定することができる。
【００５８】
図５Ａに示すように、スマート材料５００は、適切には、同じ構造材料１０２に統合されるか又は関連付けられたアクチュエーター５５０及びセンサー５６０の双方として動作する２機能ファイバーを備える。スマート材料の構造材料１０２は、本明細書において説明するように、装着具を含むテキスタイルの一部とすることができる。
【００５９】
２機能ファイバー５９５と組み合わせた、作動モード又は触覚フィードバックモードと、検知モード又はユーザーインタラクションモードとの間の切り替え５９０は、例えば、図５Ｄに示すように行うことができる。図示するように、スイッチを制御し、２機能ファイバー５９５がアクチュエーターとして動作する（信号が、例えば、電源１０８、増幅器４２０、及び適切には別個の作動回路によって提供される）第１の位置５５０から、２機能ファイバー５９５が、当該２機能ファイバーの特性の変化を測定する測定デバイス４１０（及び適切には増幅器４２０）に信号を提供する第２の位置５８０に能動的に操作して、センサー機能をファイバーに提供することができる。上記２機能ファイバーの特性の変化には、静電容量、抵抗又は圧力の変化が含まれる。切り替え５８０は、所望される回数だけ実行することができ、適切には、プロセッサを含む外部のメカニズム又はコンピューターによって制御されるが、所望される場合には、ユーザーが手動で制御することもできる。
【００６０】
図６Ａ及び図６Ｂは、スマート材料における２機能ファイバーの追加の構成を示している。例えば、図６Ａでは、スマート材料６００は、アクチュエーターとして動作することができる統合されるか又は関連付けられた２機能ファイバー（５５０）と、センサーとして動作することができる統合されるか又は関連付けられた２機能ファイバー（５６０）とを有する構造材料１０２を備えることができ、これらの２機能ファイバーは、互いに対して実質的に垂直（すなわち、互いに対して垂直、すなわち９０度の±５度〜±１０度以内）に配向又は位置決めされている。図６Ｂは、スマート材料６０２が、構造材料１０２と、アクチュエーターとして動作することができる統合されるか又は関連付けられた２機能ファイバー（５５０）と、センサーとして動作することができる統合されるか又は関連付けられた２機能ファイバー（５６０）とを備え、これらの２機能ファイバーが互いに対して実質的に平行（すなわち、平行の±５度〜±１０度以内）に配向又は位置決めされている構成を示している。本明細書において説明するような様々なスマート材料を構築する追加の配向及び構成も可能である。図６Ｃは、２機能ファイバー３００を垂直構成又は平行構成のいずれかで構造材料１０２に統合することができるか又は関連付けることができるスマート材料６００の構成を示している。視認を容易にするために、電源１０８、測定デバイス４１０、及び他の構成要素は、図６Ａ及び図６Ｂから除去されている。
【００６１】
本明細書において説明するように、様々なスマート材料は、２機能ファイバーの構成要素に電気的に結合、すなわち、接続された電源１０８を更に備えることができる。実施形態において、電源１０８は、２機能ファイバーに永続的に接続することもできるし、他の実施形態において、２機能ファイバーから分離しており、後に接続することもできる。２機能ファイバーは、導電層と電源１０８との間の接続を確立する電極（複数の場合もある）を備えることができる。電源１０８は、本明細書において説明する様々なスマート材料の統合された構成要素として提供することもできるし、電力を供給するために別個に提供、すなわち、後に提供することもできる。電源１０８は、有線接続又は無線接続を介して、本明細書において説明する様々な構成要素に電気的に結合することができる。
【００６２】
追加の実施形態において、本明細書において説明する２機能ファイバー及び／又はスマート材料を介して触覚フィードバックをユーザーに提供するとともに、これらの２機能ファイバー及び／又はスマート材料とのユーザーインタラクションを検知する方法が本明細書において提供される。
【００６３】
実施形態において、活性化信号１５０が、電源１０８に活性化をもたらすことができ、この活性化は、ポリマー層２０４の運動、例えば、形状変化又はサイズ変化、ひいては、構造材料１０２の運動及び作動を生み出して、触覚フィードバックをユーザーに提供することができる。例えば、構造材料が装着具の一部である実施形態において、作動によって、構造材料が運動し、衣服品（例えば、シャツ、ネクタイ、ブラウス、ズボン）の運動の形態で、又は腕時計、ブレスレット等を含む装身具の一部として、触覚フィードバックがユーザーに提供される。加えて、ユーザーインタラクションは、測定装置１２０によって検知することができ、検知信号４５０は、スマート材料又は２機能ファイバーとのインタラクションを記録する外部デバイスに送信することができる。
【００６４】
例示的な活性化信号は、携帯電話、タブレット、コンピューター、自動車インターフェース、スマートデバイス、ゲームコンソール等からとすることができ、例えば、テキストメッセージ又は電子メール、電話、アポイントメント等の受取を示すことができる。同様に、検知信号４５０は、携帯電話、タブレット、コンピューター、自動車インターフェース、スマートデバイス、ゲームコンソール等に送信することができ、例えば、ユーザーが２機能ファイバー又はスマート材料とインタラクトしていることを示すこともできるし、触覚フィードバックの受信を確認したことを示すこともできるし、他のインタラクションを示すこともできる。
【００６５】
更なる実施形態において、デバイスと、本明細書に記載されたスマート材料又は２機能ファイバーとの間にインターフェースを設けるために、好適には、コントローラーも含まれる。コントローラーの構成要素は、本技術分野において既知であり、好適には、例えば、バス、プロセッサ、入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラー及びメモリを含む。バスは、Ｉ／Ｏコントローラー及びメモリを含む、コントローラーの様々な構成要素をプロセッサに結合する。バスは、典型的には、制御バス、アドレスバス及びデータバスを含む。しかしながら、バスは、コントローラーの構成要素の間でデータを転送するのに好適な任意のバス又はバスの組み合わせとすることができる。
【００６６】
プロセッサは、情報を処理するように構成された任意の回路を備えることができ、任意の好適なアナログ回路又はデジタル回路を備えることができる。プロセッサは、命令を実行するプログラマブル回路を備えることもできる。プログラマブル回路の例として、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラー、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は命令を実行するのに好適な任意の他のプロセッサ若しくはハードウェアが挙げられる。種々の実施形態において、プロセッサは、単一のユニットを備えることもできるし、単一のコントローラー内に又は別個のデバイス内に物理的に配置される、２つ以上のユニットの組み合わせを備えることもできる。
【００６７】
Ｉ／Ｏコントローラーは、コントローラーと周辺デバイス又は外部デバイスとの動作を監視する回路部を備える。Ｉ／Ｏコントローラーは、コントローラーと周辺デバイス又は外部デバイスとの間のデータフローの管理も行う。Ｉ／Ｏコントローラーがインターフェースすることができる周辺デバイス又は外部デバイスの例として、スイッチと、センサーと、外部記憶デバイスと、モニターと、キーボード、マウス又はプッシュボタン等の入力デバイスと、外部コンピューティングデバイスと、移動デバイスと、送信機／受信機とが挙げられる。
【００６８】
メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等の揮発性メモリ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気メモリ、光学メモリ又は任意の他の好適なメモリ技術を含むことができる。メモリは、揮発性メモリと不揮発性メモリとの組み合わせを含むこともできる。
【００６９】
メモリは、プロセッサによって実行するための複数のプログラムモジュールを記憶するように構成される。このモジュールは、例えば、イベント検出モジュール、効果決定モジュール、及び効果制御モジュールを含むことができる。各プログラムモジュールは、データと、ルーチンと、オブジェクトと、呼び出しと、１つ以上の特定のタスクを実行する他の命令との集合体である。或る特定のプログラムモジュールが本明細書において開示されているが、種々の実施形態において、各モジュールについて記載される種々の命令及びタスクは、単一のプログラムモジュール、異なるモジュールの組み合わせ、本明細書において開示されるモジュール以外のモジュール、又はコントローラーと通信する遠隔デバイスによって実行されるモジュールによって実行することができる。
【００７０】
本明細書に記載される実施形態では、無線送受信機（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又は赤外線送受信機を含む）を含むことができるコントローラーは、構造材料１０２に組み込むことができ、又は構造材料とは別個とすることができる。更なる実施形態では、コントローラーは、構造材料とは別個のデバイス上にあることができるが、本明細書に記載されるシステム及びスマート材料の様々な構成要素に活性化信号１５０を提供するように、好適には有線を介して、又はより好適には無線信号を介して接続される。
【００７１】
例えば、コントローラーは、本明細書に記載のスマート材料又はシステムのユーザーに触覚フィードバックを提供するように、本明細書に記載するスマート材料のアクチュエーター駆動回路に活性化信号１５０を提供することができ、アクチュエーター駆動回路は電源１０８と通信する。例えば、例としてコントローラーが無線接続を介してペアリングされている携帯電話又は他のデバイスがメッセージ又は電子メールを受け取るとき、所望の触覚フィードバックが発生することができる。追加の例としては、ゲームコントローラー、システム又はゲームコンソール、コンピューター、タブレット、自動車又はトラックインターフェース又はコンピューター、自動支払機又はキオスク、様々なキーパッドデバイス、テレビ受像機、様々な機械等のデバイスと関連付けられているコントローラーが挙げられる。こうした実施形態では、コントローラーは、好適にはアクチュエーター駆動回路に活性化信号１５０を提供して、外部デバイスによって又は外部デバイスから発生する信号に応じて、ユーザーに触覚フィードバックを提供する。デバイスは、本明細書に記載する触覚フィードバックシステムの様々な構成要素が含まれる装着具の一部とすることもできる。デバイスによって提供することができる例示的なフィードバック又は信号としては、例えば、第三者からの入来するメッセージ又は通信、警告信号、ゲームインタラクション、ドライバー注意喚起（driver awareness）信号、コンピュータープロンプト等の指示が挙げられる。
【００７２】
検知信号４５０は、ユーザーインタラクションを示すためにそのようなデバイスにも送信することができ、例えば、追加の触覚フィードバックを含む更なるフィードバック又は情報を外部デバイスに要求することができる。実施形態において、検知信号４５０は、ユーザーインタラクションを受信して処理するコンピューター、スマートフォン、タブレット、ゲームコンソール又はゲームインターフェース、自動車インターフェース等のデバイスに送信することができる。このユーザーインタラクションに基づいて、デバイスは、例えば、メッセージの送信、電話呼び出しの開始、ゲームにおけるキャラクターの移動等の追加の動作を取ってもよく、及び／又は追加の触覚フィードバックをユーザーに提供してもよい。
【００７３】
更なる実施形態において、本明細書において説明したスマート材料及び構成要素は、仮想現実システム又は拡張現実システムと統合することもできるし、それらのシステムの一部とすることもできる。そのような実施形態において、スマート材料は、ユーザーが仮想現実システム又は拡張現実システムとインタラクトすると、仮想現実又は拡張現実の構成要素及びデバイスによって開始された応答又はフィードバックを提供する触覚フィードバックをユーザーに提供することができる。本明細書において説明したスマート材料及び２機能ファイバーとのユーザーインタラクションも、仮想現実システム又は拡張現実システムと統合することもできるし、それらのシステムの一部とすることもできる。
【００７４】
上述した様々な実施形態は、単に例示として提供されており、本明細書に添付された特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。当業者は、本明細書に例示し記載した実施形態例及び応用に従うことなく、かつ添付の特許請求の範囲の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく行うことができる、様々な変更及び変形を容易に認識するであろう。
【００７５】
本出願は、２０１７年３月９日に提出された米国特許出願第１５／４５４３９９号の利益を主張し、この出願の開示内容は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【外国語明細書】
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