(57)【要約】【課題】装着具及び装身具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簡易な機構を提供すること。【解決手段】触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料が、構造材料と、構造材料に関連付けられる第１のアクチュエーターと、構造材料に関連付けられる第２のアクチュエーターとを備える。第１のアクチュエーター及び第２のアクチュエーターは、触覚フィードバックをユーザーに提供するように、互いに対向するように方向付けられる。【選択図】図１Ａ
2018074899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料であって、
ａ．構造材料と、
ｂ．前記構造材料に関連付けられる第１のアクチュエーターと、
ｃ．前記構造材料に関連付けられる第２のアクチュエーターと、
を備え、前記第１のアクチュエーター及び前記第２のアクチュエーターは、前記触覚フィードバックを前記ユーザーに提供するように、互いに対向するように方向付けられる、スマート材料。
【請求項２】
前記第１のアクチュエーター及び前記第２のアクチュエーターは、前記構造材料の単一ピース、前記構造材料の取り付けられたピース、及び前記構造材料の別個のピースのうちの１つの上にある、請求項１に記載のスマート材料。
【請求項３】
前記第１のアクチュエーター及び／又は前記第２のアクチュエーターは、前記構造材料に組み込まれる、請求項１に記載のスマート材料。
【請求項４】
前記第１のアクチュエーター及び／又は前記第２のアクチュエーターは、前記構造材料に固定するように取り付けられる、請求項１に記載のスマート材料。
【請求項５】
前記第１のアクチュエーター及び／又は前記第２のアクチュエーターは、封入材料の中に密封される、請求項１に記載のスマート材料。
【請求項６】
前記封入材料は、耐水性材料又はポリマーを含む、請求項５に記載のスマート材料。
【請求項７】
触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料であって、
ａ．構造材料と、
ｂ．前記構造材料に関連付けられるコイルと、
ｃ．前記構造材料に関連付けられる磁石と、
を備え、前記コイル及び前記磁石は、前記触覚フィードバックを前記ユーザーに提供するように、互いに対向するように方向付けられる、スマート材料。
【請求項８】
前記コイル及び前記磁石は、前記構造材料の単一ピース、前記構造材料の取り付けられたピース、及び前記構造材料の別個のピースのうちの１つの上にある、請求項７に記載のスマート材料。
【請求項９】
前記コイル及び／又は前記磁石は、前記構造材料に組み込まれる、請求項７に記載のスマート材料。
【請求項１０】
前記コイル及び／又は前記磁石は、前記構造材料に固定するように取り付けられる、請求項７に記載のスマート材料。
【請求項１１】
前記コイルは、封入材料の中に密封される、請求項７に記載のスマート材料。
【請求項１２】
前記封入材料は、耐水性材料又はポリマーを含む、請求項１１に記載のスマート材料。
【請求項１３】
前記コイルは、銅を含む、請求項７に記載のスマート材料。
【請求項１４】
前記コイルは、導電性ファイバーを含む、請求項７に記載のスマート材料。
【請求項１５】
前記磁石は、ナノ磁気材料を含む、請求項７に記載のスマート材料。
【請求項１６】
前記コイルに接続される電源を更に備える、請求項７に記載のスマート材料。
【請求項１７】
触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料であって、
ａ．構造材料と、
ｂ．前記構造材料に関連付けられる銅コイルと、
ｃ．前記銅コイルに接続される電源と、
ｄ．前記構造材料に関連付けられる磁石と、
を備え、前記銅コイル及び前記磁石は、前記触覚フィードバックを前記ユーザーに提供するように、互いに対向するように方向付けられる、スマート材料。
【請求項１８】
前記銅コイル及び前記磁石は、前記構造材料の単一ピース、前記構造材料の取り付けられたピース、及び前記構造材料の別個のピースのうちの１つの上にある、請求項１７に記載のスマート材料。
【請求項１９】
前記銅コイルは封入材料の中に密封され、前記封入材料及び前記磁石の双方は、前記構造材料に固定するように取り付けられる、請求項１７に記載のスマート材料。
【請求項２０】
前記封入材料は、耐水性材料又はポリマーを含む、請求項１９に記載のスマート材料。
【請求項２１】
前記磁石は、ナノ磁気材料を含む、請求項１７に記載のスマート材料。
【請求項２２】
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方法であって、前記スマート材料は、
ａ．構造材料と、
ｂ．前記構造材料に関連付けられるコイルと、
ｃ．前記コイルに接続される電源と、
ｄ．前記構造材料に関連付けられる磁石と、
を備え、前記コイル及び前記磁石は、互いに対向するように方向付けられており、
前記方法は、
ｉ．駆動信号を前記電源に送信することと、
ｉｉ．前記コイルと前記磁石との間で動きを生成し、その結果、前記構造材料が駆動して触覚フィードバックを前記ユーザーに提供することと、
を含む、方法。
【請求項２３】
前記生成することは、前記コイルと前記磁石との間の吸引及び反発のサイクルを生成して、その間に前記コイル及び前記磁石の揺動を生成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記揺動は、約１０Ｈｚ未満の周波数で生じる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記揺動は、約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚ、又は１Ｈｚ〜約１ｋＨｚの周波数で生じる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記コイル及び前記磁石は、前記構造材料の単一ピース、前記構造材料の取り付けられたピース、及び前記構造材料の別個のピースのうちの１つの上にある、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、触覚アクチュエーターに関し、好適には、コイルと磁石との間の反発及び吸引からの結果の触覚駆動に関する。そのような触覚アクチュエーターは、装着具（wearables：ウェアラブル）又は装身具の要素等の構造材料において有用である。
【背景技術】
【０００２】
装着具又は装身具における使用のための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）の使用に基づいてきた。しかしながら、これらのタイプのアクチュエーターは、通常嵩張る程に大きく（bulky）、多くの場合大容量の電力を必要とし、このことが、これらのアクチュエーターを衣服又は他の装着具若しくは装身具（すなわち、宝石類等）に組み込むことを困難にしている。形状記憶合金もまた、装着具において使用されてきたが、ここでも同様に、電力消費によって、多くの場合、適応性と組み込みの容易性とが制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
装着具及び装身具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簡易な機構が必要とされている。
【０００４】
本発明の目的のうちの１つは、装着具及び装身具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簡易な機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、触覚フィードバックをユーザーに提供するコイル及び磁石を備えるスマート材料に関する。触覚フィードバックを提供するスマート材料は、装着具及び装身具品等の種々の用途において使用することができる。
【０００６】
例示的な実施形態において、本明細書には、触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料が提供される。好適には、触覚フィードバックをユーザーに提供するそのようなスマート材料は、構造材料と、構造材料に関連付けられるコイルと、構造材料に関連付けられる磁石とを備える。好適には、コイル及び磁石は、触覚フィードバックをユーザーに提供するように、互いに対向するように方向付けられる。
【０００７】
触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料が提供され、このスマート材料は、構造材料と、構造材料に関連付けられる銅コイルと、銅コイルに接続される電源と、構造材料に関連付けられる磁石とを備える。実施形態において、銅コイル及び磁石は、触覚フィードバックをユーザーに提供するように、互いに対向するように方向付けられる。
【０００８】
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方法も提供される。スマート材料は、構造材料と、構造材料に関連付けられるコイルと、コイルに接続される電源と、構造材料に関連付けられる磁石とを備える。好適には、コイル及び磁石は、互いに対向するように方向付けられている。本方法は、駆動信号を電源に送信することと、コイルと磁石との間で触覚フィードバックを生成し、その結果、構造材料が駆動して触覚フィードバックをユーザーに提供することとを含む。
【０００９】
更なる実施形態において、本明細書には、触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料が提供される。このスマート材料は、構造材料と、構造材料に関連付けられる第１のアクチュエーターと、構造材料に関連付けられる第２のアクチュエーターとを備え、第１のアクチュエーター及び第２のアクチュエーターは、触覚フィードバックをユーザーに提供するように、互いに対向するように方向付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックを提供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、触覚フィードバックを提供する更なるスマート材料を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックを提供するまた更なるスマート材料を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックを提供する付加的なスマート材料を示す図である。
【図２Ｃ】基材上に組み込まれた磁気コイルを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による構造材料を介して、触覚フィードバックをユーザーに提供する方法を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による構造材料を介して、触覚フィードバックをユーザーに提供する方法を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による構造材料を介して、触覚フィードバックをユーザーに提供する方法を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックを提供する装着具を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックを提供する装着具を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックを提供する更なるスマート材料を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、触覚フィードバックのための制御システムの例示的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本技術の前述の特徴及び態様並びに他の特徴及び態様は、添付図面に示される実施形態の以下の記載からより良く理解することができる。本明細書に組み込まれて本明細書の一部をなす添付図面は、本技術の原理を説明する役割を更に果たす。図面内の構成要素は、必ずしも縮尺どおりではない。
【００１２】
一部は図面を参照しながら、種々の実施形態を詳細に記載する。種々の実施形態の参照によって、本明細書に添付の特許請求の範囲の範囲がそれに限定されることはない。さらに、本明細書に記載されているいかなる例も、限定を意図しておらず、添付の特許請求の範囲に対する多くの可能な実施形態のうちの一部を説明するだけのものである。
【００１３】
適切な場合は常に、単数の物を指すように用いられる用語は、複数の物を含み、その逆もまた然りである。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、別様に述べられない限り、又は「１つ以上（one or more）」という語の使用が明らかに不適切な場合ではない限り、「１つ以上」を意味する。「又は」の使用は、別様に述べられない限り、「及び／又は」を意味する。「含む」、「備える」及び「有する」の使用は、交換可能であり、限定を意図していない。「等の（such as）」という語もまた、限定を意図していない。例えば、「を含む（including）」は、「を含むが、これに限定されない（including, but not limited to）」を意味するものとする。
【００１４】
実施形態において、本明細書には、触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料が提供され、スマート材料は、構造材料を含む。
【００１５】
本明細書において使用される場合、「スマート材料（複数の場合もある）」は、外部刺激の影響下で、材料の反応及び特性が変化するように制御することが可能である材料を指す。
【００１６】
本明細書において用いられる場合、「触覚フィードバック」又は「触覚フィードバック信号」という用語は、本明細書に記載の構造材料から触覚（sense of touch）によってユーザーに伝えられる振動、手触り、及び／又は熱等の情報を指す。
【００１７】
本明細書において用いられる、「構造材料」という用語は、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、シルク、ウール、ナイロン、レーヨン、合成繊維、フランネル、リネン、ポリエステル等の布及び織物、織布又はそのような布の交織布、皮革、スエード、箔等の柔軟な金属、ケブラー等が挙げられる。装着具の例として、衣類、履物、義肢等の補綴物、帽子及びヘルメット等の被り物、身に付ける運動器材、防弾ベスト、ヘルメット、及び他の身体装備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、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、ハンドバッグ、小銭入れ、旅行かばん、スーツケース、バックパック（そのような物品の持ち手を含む）等が挙げられる。
【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂは、触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料（１００及び１４０）の例示的な実施形態を示している。好適には、触覚フィードバックを提供するスマート材料は、構造材料１０２と、構造材料１０２に関連付けられるコイル１０４と、構造材料１０２に関連付けられる磁石１０６とを備える。
【００１９】
実施形態において、本明細書に記載される触覚フィードバックを提供するスマート材料（例えば、１００及び１４０）においては、コイル１０４及び磁石１０６は、触覚フィードバックをユーザーに提供するように互いに対向するように（１０８）方向付けられる。本明細書において使用される場合、「対向するように」とは、コイル１０４の磁界Ｆ１及び磁石１０６の磁界Ｆ２が、互いに実質的に正反対に対向するように方向付けられている様子を指す（図１Ｂを参照）。本明細書において使用される場合、コイル１０４の磁界及び磁石１０６の磁界は、電磁コイル（例えば、コイル１０４）からの、及び磁石（例えば、磁石１０６）からの磁力線の方向を指す。磁界Ｆ１及び磁界Ｆ２は、互いに実質的に正反対に対向しており、これは、磁界Ｆ１及び磁界Ｆ２が、それぞれの磁力線の方向の間の角度が約１０度未満になるように互いに対向していることを意味する（図１Ｂにおける角度θを参照）。好適には、Ｆ１とＦ２との間の角度は、約９度未満、約８度未満、約７度未満、約６度未満、約５度未満、約４度未満、約３度未満、約２度未満、又は約１度未満である。
【００２０】
コイル１０４は、好適には、電磁コイル、例えば、例として銅コイルを含むワイヤ等の導電ファイバーのコイルである。コイル１０４は、好適には空芯コイル（air coil）であり、この空芯コイルは、中空の中心部（air center）を含む非磁性の中心部の周囲にある導電材料の巻線を指す。電磁コイルは、当該技術分野において、コイル、渦巻又は螺旋の形状に作製される電気コンダクタを指すことが知られており、この電気コンダクタは、コイルを通過する電流の結果として磁界を生成する。
【００２１】
コイル１０４は、任意の好適な導電性材料を含むことができ、実施形態において、導電性材料のワイヤを含む。導電性材料の例として、金属（アルミニウム、銅、金及びクロム等）、透明導電酸化物（「ＴＣＯ」、例えば、スズドープ酸化インジウム（「ＩＴＯ」）及びアルミニウムドープ酸化亜鉛（「ＡＺＯ」））、透明カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、透明導電ポリマー（ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）（「ＰＥＤＯＴ」）、ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホネート）（「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」）、及びポリ（４、４−ジオクチルシクロペンタジチオフェン）等）が挙げられる。さらに、コイル１０４は、導電性のナノ粒子又はナノワイヤを用いて形成することができ、任意の好適なナノ形状又はナノ幾何形状を有することができる。コイルの他の実施形態は、ナノスケール以外のスケールを有することができる。
【００２２】
例示的な実施形態において、コイル１０４は、構造的に平面（すなわち、実質的に平坦）とすることもできるし、概して数百ミクロンからミリメートル、数センチメートルまでのオーダーの厚さを有することもできる。実施形態において、コイル１０４は、各巻線がコイル１０４の中心部分から、先行する巻線よりも漸次的に大きい距離を有する、平面渦巻パターンで導電性ワイヤによって形成することができる。
【００２３】
コイル１０４は、任意の好適な方法によって形成することができる。例えば、マスキング技術を使用することができ、この場合、導電性材料が堆積する領域を曝露させるが残りの領域は覆われるように、マスクが基材上に施される。マスキングは、接着テープ若しくは現像されたフォトレジスト、又は任意の他の好適な方法を用いて達成することができる。次に、導電性材料の層を、化学／物理蒸着又は任意の他の好適な技術によって、マスキングされた基板に堆積させる。堆積した金属の厚さは、特定の用途において使用される電流の大きさに基づいて、ナノメートルからマイクロメートルのスケール、又はそれ以上の範囲に及ぶ可能性がある。別の例において、導電性フィルムを基材上に堆積させることができる。これに後続して、フィルムの一部分を、例えば、マイクロ電子産業においてよく知られているフォトリソグラフィー技術を用いる選択性エッチングによって除去して、所望のコイルを残すことができる。更なる例において、コイル１０４は、３次元印刷（「３Ｄ印刷」）技術を用いて基材上に印刷することができる。付加的な実施形態において、コイル１０４は、単に、導電性材料（例えば、ワイヤ）を巻き上げるか、又は所望の形状、構成及びサイズに変化させることによって準備することができる。
【００２４】
付加的な実施形態において、コイル状に巻かれたワイヤのみを含むコイル１０４の代わりに、例えば、コイルは、代替的に、コイルの内側にコイル磁石１３０を備えることができる（図１Ｂの、隠れたものとして示されるコイル磁石１３０を参照）。コイル磁石１３０は、コイル１０４を通過する電流における変化に応じて、自身の極性を変化させ、その結果磁石１０６の極性に反発する磁界をもたらす。
【００２５】
実施形態において、磁石１０６は、好適には、１組の極性を有する永久磁石である。しかしながら他の実施形態において、電源に接続される第２のコイルは、本明細書に記載される磁界を生成するように使用することができ、磁石１０６として機能することができる。磁石１０６のための例示的な材料として、鉄、ニッケル、コバルト、希土類金属の合金、及び天然磁石等の自然に生じる鉱物が挙げられる。
【００２６】
更なる実施形態において、磁石１０６は、磁気粒子を含むことができ、これには、マイクロ磁気材料又はナノ磁気材料が含まれる。例えば、磁石１０６は、磁気粒子を埋め込んだポリマー材料のマトリックスを含むことができる。ポリマー材料は、例えば、シリコーン、天然ゴム及び合成ゴム等の軟質ポリマー材料、又は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）ポリエチレンナフタレン（ＰＥＮ）、シリコン系ポリマー、ポリウレタン、熱可塑性プラスチック、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、及び天然フィラー又は合成フィラーを充填されるポリマー複合材等の剛性材料を含む、本明細書に記載されるものから選択することができる。磁気粒子は、炭素鉄ナノ粒子又は希土類（例えば、ネオジウム）ナノ粒子等の、磁気材料のナノ粒子とすることができる。
【００２７】
例示的な実施形態において、磁石１０６は、適切な溶媒にポリマーマトリックスを溶解させることによって準備することができる。次に、磁気ナノ粒子等の磁気粒子を、この溶液に加えることができる。必要な場合、磁気粒子は、凝固を防止するために安定化させることができる。例えば、或る特定の分子を磁気粒子表面に付着又は結合させて、磁気粒子間の吸引力を克服することができる。次に、溶媒を乾燥させて、磁気粒子を、それらの位置に維持させることができる。
【００２８】
ポリプロピレン及びポリエチレン等の不溶性ポリマー材料の場合、溶融混合技術を使用して磁石１０６を準備することができる。溶融混合において、ポリマーは、まず混合チャンバーに加えられ、このポリマーの溶融温度まで加熱される。このポリマー溶融物は、液体のように挙動する。次に、高温において磁気粒子がこの溶融物に加えられる。分散した磁気粒子を有するポリマー溶融物は、後にホットプレス機を用いて任意の所望の形状に成形することができる。
【００２９】
本明細書に記載されるように、コイル１０４は、好適には電源１１０に接続される。コイル１０４に電力を供給する際、コイル１０４を介して、又はコイル１０４の内側のコイル磁石１３０を介して、磁界が生成される。この磁界Ｆ１は、磁石１０６に対向するように（１０８）方向付けられており、それによって、磁界Ｆ１及び磁界Ｆ２は、互いに実質的に正反対に対向し、その結果、構造材料１０２を移動させる、コイル１０４と磁石１０６との反発及び／又は吸引をもたらす。構造材料１０２のこの動きにより、触覚フィードバックがユーザーに提供され、このユーザーは、構成とコイル１０４に送信される信号によって開始される所望の電力とに依拠して、構造材料が初期距離を移動して戻る、又は振動／揺動するのを感じ取る。
【００３０】
例えば図１Ａに示される実施形態において、コイル１０４及び磁石１０６は、構造材料１０２の単一ピース上にあることができる。そのような一実施形態における構造材料１０２は、コイル１０４及び磁石１０６の双方を備える単一の連続ピースであり、この構造材料１０２は、例えば布、織物等の単一ピースを含む。
【００３１】
図１Ｂに示すように、更なる実施形態において、コイル１０４及び磁石１０６は、構造材料の別個のピース、例えば、互いに取り付けられず、完全に分離している構造材料ピース１０２Ａ及び構造材料ピース１０２Ｂ上にあることができる。更なる実施形態において、コイル１０４及び磁石１０６は、構造材料の取り付けられたピース、例えば、アタッチメント１２０を介して取り付けられた１０２Ａ及び１０２Ｂ上にあることができる。アタッチメント１２０は、シーム、ステッチ、糊、接着剤、追加の材料ピース（例えば、布、テープ等）、又は構造材料ピース１０２Ａ及び１０２Ｂが互いに取り付けられるか又は別様に接合されることを可能にする他の構造とすることができる。
【００３２】
コイル１０４及び磁石１０６を構造材料１０２に取り付けるための種々の機構を使用することができる。例えば、コイル１０４及び磁石１０６を構造材料１０２に組み込むことができる。コイル１０４及び／又は磁石１０６は、織物の製織又は縫製中等の、構造材料１０２の形成中に、構造材料１０２の一部とすることができる。例えば図２Ａに示すように、コイル１０４は、構造材料ピース１０２Ａに組み込むことができ、一方で磁石１０６は、構造材料ピース１０２Ｂに組み込むことができ、それによってスマート材料２４０を形成する。
【００３３】
付加的な実施形態において、コイル１０４及び／又は磁石１０６は、構造材料１０２に固定するように取り付けることができる。そのような実施形態において、コイル１０４及び／又は磁石１０６は、糊付け、テープ付け、縫合、接着、ホチキス留め、タック留め、又は別様に構造材料１０２に取り付けすることができる。また、コイル１０４及び磁石１０６は、構造材料１０２に後に取り付ける（例えば、接着又は縫製する）ことができるパッチ、リボン若しくはテープの形態で、種々の基材、例えば、ゴム、シリコーン、シリコーンエラストマー、Ｔｅｆｌｏｎ、プラスチックポリ（エチレンテレフタレート）等のポリマーの中に、又はそれらの上に、組み込むこともできる。
【００３４】
付加的な実施形態において、コイル１０４及び／又は磁石１０６は、封入材料、例えば、図２Ｂのスマート材料２６０において示される、封入材料２０４及び／又は封入材料２０６内に密封することができる。好適には、封入材料（２０４及び／又は２０６）は、耐水性材料又はポリマーを含み、それによって、装着具の洗浄中、又は水が存在し得る場所での装着具物品の装着中等に、コイル１０４及び／又は磁石１０６が水と接触することが可能になる。封入材料２０４及び／又は２０６として使用するための例示的な材料として、ゴム、シリコーン、シリコーンエラストマー、Ｔｅｆｌｏｎ、プラスチックポリ（エチレンテレフタレート）等の種々のポリマーが挙げられる。
【００３５】
図２Ｂに示すスマート材料２６０、又は図１Ｂのスマート材料１４０等の実施形態において、コイル１０４及び磁石１０６を構造材料に取り外し可能に取り付けて、容易に取り外して２つ以上の構造材料上で使用する、例えば、或る装着具物品から別の装着具物品に移すことができる。
【００３６】
本明細書に記載されるように、好適には、構造材料１０２は、コイル１０４に接続される電源１１０（すなわち、電気接続又は無線電力接続）を更に備える。実施形態において、電源１１０は、コイル１０４に永久的に接続することもできるし、他の実施形態においてコイル１０２から分離して後に接続することもできる。電源１１０は、コイル１０２との一体コンポーネントとすることもできるし、別個に提供することもできるし、コイル１０４に電力を供給するために後から提供することもできる。電源１１０によって供給される電力量は、好適には、約０．１ワット（Ｗ）〜約１０Ｗ、又はより好適には約０．５Ｗ〜約５Ｗ、又は約１Ｗ〜約５Ｗ、又は約０．５Ｗ、約１Ｗ、約２Ｗ、約３Ｗ、約４Ｗ、又は約５Ｗのオーダーである。
【００３７】
また更なる実施形態において、本明細書には、触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料が提供される。スマート材料は、構造材料１０２と、コイル１０４（好適には構造材料１０２に関連付けられる銅コイル）と、コイル１０４に接続される電源１１０と、構造材料に関連付けられる磁石１０６とを備え、コイル１０４及び磁石１０６は、触覚フィードバックをユーザーに提供するように、互いに対向するように（１０８）方向付けられる。本明細書に記載されるように、好適には、コイル１０４及び磁石１０６は、コイル１０４の磁界及び磁石１０６の磁界が実質的に正反対に対向するように方向付けられる。
【００３８】
例示的な磁気材料が本明細書に記載されており、この例示的な磁気材料は、構造材料１０２に対する、コイル１０４及び磁石１０６の好適な向きにある。
【００３９】
更なる実施形態において、コイル１０２及び／又は磁石１０６は、構造材料の中に組み込むための、又は構造材料に取り付けるための、剛性又は可撓性基材又はベース２８０（図２Ｃ参照）の一部として提供することができる。例えば、基材は、シリコーン、天然ゴム及び合成ゴム等の軟質ポリマー材料、又は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリエチレンナフタレン（ＰＥＮ）等の剛性材料から作製することができる。基材は、特定の用途に好適な任意の厚さを有することができる。例えば、基材は、５０マイクロメートル〜２．０ミリメートル、１００マイクロメートル〜１．０ミリメートル、又は３００マイクロメートル〜０．７０ミリメートルの範囲に及ぶ厚さを有することができる。本発明の実施形態による基材は、「剛性」と特徴付けられる場合がある材料から作製されるが、十分に薄い場合には、可撓性とすることができることに留意されたい。用途に応じて、透明材料又は不透明材料を基材に使用することができる。基材は、特定の用途及び／又は環境に好適な他の特性を有するように作製することができる。コイルが熱を生成するか、又は高温環境に置かれることが予期される場合、例えば、Ｚｙｔｅｌ（商標）長鎖ポリアミド（ＬＣＰＡ）等の耐高温材料をコイルの基材として使用することができる。
【００４０】
また、本明細書において、触覚フィードバックを、構造材料を介してユーザーに提供する方法が提供される。図３Ａ〜図３Ｃに示すように、触覚フィードバックをユーザー３２０に提供するスマート材料１００は、好適には、構造材料（例えば、構造材料ピース１０２Ａ及び１０２Ｂ）と、構造材料に関連するコイル１０４と、コイルに接続される電源１１０と、構造材料に関連される磁石１０６とを備える。全体を通して記載されるように、コイル１０４及び磁石１０６は、各々の磁界が実質的に正反対に対向するように、互いに対向するように方向付けられる。
【００４１】
好適には、本方法は、駆動信号３１２を電源１１０に送信することと、コイル１０４と磁石１０６との間の動きを生成し、その結果構造材料の駆動及びユーザーに対する触覚フィードバックの生成をもたらすこととを含む。好適には、駆動信号３１２は、コントローラー３１０（例示のために図３Ａにのみ示すが、好適には本明細書において提供される任意の種々の構成において存在する）によって提供される。
【００４２】
実施形態において、例えば図３Ｂにおけるように、構造材料ピース１０２Ａ及び１０２Ｂは、好適にはコイル１０４と磁石１０６との間にいくらかの離間、例えば、位置３０４を有する初期位置において開始する。しかしながら、他の実施形態において、コイル１０２と磁石１０６とは接触し合っていることができる。駆動信号３１２の送信時に、電源１１０は、コイル１０４に電力を供給し、その結果、電磁界が生成される。この電界は、コイル１０４と磁石１０６との間の動きを引き起こし、例えば、コイル１０４及び磁石１０６は反対の磁荷を有し、その結果反発がもたらされ、例えば図３Ｃにおけるように、構造材料ピースが位置３０６にまで互いに離れて移動又は駆動される。例示的な実施形態において、コイル１０４と永久磁石１０６との間の動きの結果、構造材料ピース１０２Ａ及び１０２Ｂが駆動され、それによって、例えばユーザー３２０へのタッチ又はインパクトの形態で、触覚フィードバックがユーザー３２０に提供される。ユーザー３２０は、例示の目的でのみ示され、好適には、指、頭部、腕、脚、胴体等のユーザーの任意の部分とすることができる。
【００４３】
他の実施形態において、ユーザー３２０への触覚フィードバックは、ユーザー３２０か離れて移動する構造材料ピース１０２Ａ又は１０２Ｂからの結果とすることができ、これは、ユーザー３２０によって、接触状態の解除として、又は、例えば、ユーザー３２０の身体から離れる装着具のピースの移動として感知することができる。
【００４４】
実施形態において、コイル１０４及び磁石１０６との間で生成される動きは、ユーザーが触覚フィードバックとして感じ取ることができる揺動又は振動を生成するように、コイル１０４と磁石１０６との間の吸引と反発との間で切り替えることができる。例えば、揺動は、コイル１０４及び磁石１０６が近接した状態、例えば、図３Ａに示す位置３０２で開始することができる。その後、揺動は、例えば、より近接した状態、例えば、位置３０４（図３Ｂ）に進行することができ、その後、例えば位置３０６（図３Ｃ）におけるように、更に離れて移動する。また、揺動は、３０２、３０４又は３０６のいずれの位置（又はこれらの位置の間にある位置）においても開始することができ、任意の好適な方法で進行して好適な触覚フィードバックを生成することができる。
【００４５】
実施形態において、コイル１０４及び磁石１０６によって生成される触覚フィードバックは、各駆動信号３１２について、単一の事例、例えば、その間の反発又は吸引のいずれかの単一の動きとして生じることが可能である。他の実施形態において、触覚フィードバックは、単一の駆動信号３１２について、複数の揺動（各揺動は、吸引及び反発の一サイクルである）（すなわち、２回、５回、１０回、２０回、５０回、１００回の揺動等）によって生成することができる。実施形態において、揺動は約１０Ｈｚ未満の周波数で生じ、これには、約１Ｈｚの周波数が含まれる。他の実施形態において、揺動は、より高い周波数、例えば、約１Ｈｚ〜約１００ｋＨｚ、好適には約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚで生じることが可能であり、振動触覚フィードバックをユーザー３２０に提供する。
【００４６】
コイル１０４及び磁石１０６の揺動は、磁石１０６を斥ける磁界を生成するコイル１０４における電力を生成することからの結果として得ることができる。その後、この電力をオフに切り替えて、磁石１０６を初期位置又は平衡位置に戻すことを可能にし、その後、再度オンに切り替えてこの反発を復元することができる。他の実施形態において、この電力を発振させて（すなわち、交流電流として）、コイル１０４における磁界を切り替えさせ、その結果反発に引き続く吸引がもたらされ、構造材料１０２の揺動又は振動、及びユーザー３２０への触覚フィードバックを引き起こすことができる。
【００４７】
全体を通して記載されるように、触覚フィードバックをユーザーに提供する方法において、コイル１０２及び磁石１０６は、構造材料１０２の単一ピース上に配置することもできるし、構造材料の取り付けられたピース（１０２Ａ及び１０２Ｂ）上に配置することもできるし、構造材料の別個のピース（１０２Ａ及び１０２Ｂ）上に配置することもできる。
【００４８】
本明細書に記載されるように、コイル１０４と対向する磁石１０６（例えば、永久磁石）との組み合わせの代わりに、２つのコイルを使用して互いに対向する電磁石をもたらすこともできる。双方のコイルが通電されるとき、例えば、これらのコイルは互いに引きつける又は斥けることができ、互いに対してより近くなるか、又はより遠くに離れることができる。
【００４９】
コイル１０４と磁石１０６との間で生じる加速度は、好適には、約２ｇ（ただし、ｇは地表面における重力加速度であり、公称で９．８ｍ／ｓ２である）のオーダーであり、印加される電流の強度及び波形、コイル１０４及び磁石１０６の特徴（例えば、磁気粒子の含有率）、及びコイル１０４と磁石１０６との間の空間に依拠する。
【００５０】
コントローラー３１０の例示的な要素は、当該技術分野でよく知られており、好適には、例えば、本明細書に記載される触覚フィードバックの制御システムの例示的なブロックを表す図６に示すように、バス６０２と、プロセッサ６０４と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラー６０６と、メモリ６０８とを含む。バス６０２は、Ｉ／Ｏコントローラー６０６及びメモリ６０８を含む、コントローラー３１０の種々のコンポーネントを、プロセッサ６０４に連結する。バス６０２は、通常、制御バス、アドレスバス、及びデータバスを備える。しかしながら、バス６０２は、コントローラー３１０におけるコンポーネント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。
【００５１】
プロセッサ６０４は、情報を処理するように構成される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６０４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６０４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。
【００５２】
Ｉ／Ｏコントローラー６０６は、コントローラー３１０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６０６は、コントローラー３１０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６０６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、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。
【００５３】
メモリ６０８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（ＥＥＲＰＯＭ）、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６０８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。
【００５４】
メモリ６０８は、プロセッサ６０４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３１０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。
【００５５】
本明細書に記載される実施形態において、無線送受信機（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又は赤外線送受信機を含む）を備えることができるコントローラー３１０は、構造材料１０２に組み込むこともできるし、コイル１０４に組み込むこともできるし、コイル１０４に別個に取り付けることもできる。更なる実施形態において、コントローラー３１０は、構造材料１０２、コイル１０４及び磁石１０６のいずれからも別個である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の種々のコンポーネント及びスマート材料に駆動信号３１２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。
【００５６】
例えば、図６に示すように、コントローラー３１０は、駆動信号３１２をアクチュエーター駆動回路６５０に提供することができ、ひいては、このアクチュエーター駆動回路６５０は、本明細書に記載される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、本明細書に記載されるスマート材料の電源１１０、コイル１０４及び／又は磁石１０６のうちの１つ以上と通信する。例えば、コントローラー３１０が無線接続を介して対にされる移動電話又は他のデバイスがメッセージ又はｅメールを受信する場合、例えば、所望の触覚フィードバックを生じさせることができる。付加的な例として、ゲームコントローラー、ゲーム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、自動決済マシン又はキオスク、種々のキーパッドデバイス、テレビ、種々の機械類等のデバイスに関連付けられるコントローラー３１０が挙げられる。そのような実施形態において、コントローラー３１０は、好適には、駆動信号３１２をアクチュエーター駆動回路６５０に提供して、外部デバイスによって又は外部デバイスから発信され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、本明細書に記載される触覚フィードバックシステムの種々のコンポーネントが格納される装着具の一部とすることもできる。デバイスが提供することができる例示的なフィールドバック又は信号として、例えば、着信メッセージ又は第三者からの通信、警告信号、ゲーミングインタラクション、ドライバー意識向上（driver awareness）信号、コンピュータープロンプト等のインジケーションが挙げられる。
【００５７】
更なる実施形態において、本明細書に記載されるスマート材料及びコンポーネントは、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、これら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際に、触覚フィードバックをユーザー提供して、仮想現実又は拡張現実コンポーネント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ことができる。
【００５８】
本明細書に記載されるように、好適には、構造材料１０２（又は構造材料ピース１０２Ａ及び１０２Ｂ）は、シャツ、ブラウス、帽子、ジャケット、コート及びパンツ／ショーツを含む装着具織物等の装着具物品に組み込まれる。また、構造材料は、財布及びパース、ハンドバッグ（その持ち手を含む）、バックパックを含む種々の皮革製品、並びに宝石類等を含む装身具に組み込むこともできる。更なる実施形態において、構造材料は、ゲームパッド又はコントローラー等の種々のゲーミング周辺機器に組み込むことができる。構造材料は、好適には、カフス、カラー、ポケット及びシャツ、タイ及びシャツ、ボタンが付けられるプラケット、並びに、バッグ及びパースの持ち手、腕時計のバンドの部分、財布の折り重ねられた部分、帽子の一部等の部分を含む、２つの要素が互いに対して動くことが可能である箇所に組み込むことができる。
【００５９】
例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、それぞれ構造材料ピース１０２Ａ及び１０２Ｂに関連付けられるコイル１０４及び磁石は、装着具４００、例えば、カラー（１０２Ａ）及びカラーの直下のシャツの部分（１０２Ｂ）に容易に組み込むことができる。本明細書に記載されるように、電源１１０（図４Ａ及び図４Ｂでは示さず）への駆動信号３１２の送信時、コイル１０４と磁石１０６との間に触覚フィードバックが生成され、その結果構造材料の駆動がもたらされ（すなわち、カラーが動く、振動する、又は「跳ね上がる（flips up）」）、触覚フィードバックがユーザー、すなわちシャツの着用者に提供される。
【００６０】
更なる実施形態において、図５に示すように、本明細書には、触覚フィードバックをユーザーに提供するスマート材料５０４も提供される。例示的な実施形態において、スマート材料５０４は、構造材料１０２と、構造材料１０２に関連付けられる第１のアクチュエーター５０４と、構造材料に関連付けられる第２のアクチュエーター５０６とを備える。実施形態において、図５において５０８によって示されるように、第１のアクチュエーター５０４及び第２のアクチュエーター５０６は、触覚フィードバックをユーザーに提供するように、互いに対向するように方向付けられる。
【００６１】
スマート材料５０４における使用のための例示的な構造材料１０２が本明細書に記載される。また、本明細書に記載されるように、実施形態において、第１のアクチュエーター及び第２のアクチュエーターは、構造材料の単一ピース、構造材料の取り付けられたピース、及び構造材料の別個のピースのうちの１つの上にある。さらに、全体を通して記載されるように、第１のアクチュエーター及び／又は第２のアクチュエーターは構造材料に組み込むこともできるし、第１のアクチュエーター及び／又は第２のアクチュエーターは構造材料に固定するように取り付けることもできる。付加的な実施形態において、第１のアクチュエーター及び／又は第２のアクチュエーターは、封入材料の中に密封することができる。例示的な封入材料が本明細に記載されており、例えば、耐水性材料又はポリマーを含む。
【００６２】
実施形態において、第１のアクチュエーター及び／又は第２のアクチュエーターは、電磁モーターＥＲＭ（偏心回転質量体）、ＬＲＡ（リニア共振アクチュエーター）、ＳＭＡ（形状記憶合金、又は形状記憶材料合金）マクロファイバーコンポジット（ＭＦＣ）、形状記憶ポリマー（ＳＭＰ）、圧電素子等のうちの任意の１つとすることができる。
【００６３】
図５に示すように、好適には、第１のアクチュエーター及び／又は第２のアクチュエーターは、電源１１０に接続することができる。別個の電源を使用することができる一方で、付加的な実施形態では、単一の電源を使用して電力を双方のアクチュエーターに提供することができる。
【００６４】
上記で記載された種々の実施形態は、例示によってのみ提供されており、添付の特許請求の範囲を制限するものと解釈するべきではない。当業者であれば、本明細書において図示及び記載された例示の実施形態及び応用形態に従うことなく、また、添付の特許請求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種々の改変及び変更を容易に認識するであろう。
【００６５】
本出願は、２０１６年１０月１２日に出願された米国特許出願第１５／２９１，１３２号の利益を主張し、その開示内容は、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５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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