(57)【要約】  力感知方法、システム、およびコンピュータプログラムプロダクトを使用して、骨、関節、筋肉、腱、および靭帯を含むユーザの足部の複数の点における圧力を感知し得る。そのようなシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトは、スポーツのトレーニング中およびモニタリングアプリケーション、コンピュータゲーム、および診断システムでユーザの足部の底に沿って圧力を感知する。特に、システムは、一般的に複数の対象点を有する変換器と、複数の対象点において感知されたデータを収集しかつ伝達するためのインソールノードと、そのデータをネットワークに結合するための第１の手段と、同じデータをコレクタノードに、次いでコンピュータに結合するための第２の手段とを含む。
2011505015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の領域において複数の点のそれぞれの圧力を測定するための変換器と、測定された前記圧力に対応するデータを伝送する伝送手段とを備え、
該変換器は、
圧縮層、および
前記圧縮層が間に配置されている第１および第２の可撓性導電層
を含む感知システム。
【請求項２】
前記伝送手段が送受信機を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記送受信機が無線送受信機を含む請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１および第２の可撓性導電層の各々が電極グリッドを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記電極グリッドの選択した点の電源を入れたり切ったりして、前記対象の領域の前記選択した点からの圧力を可変的に測定するためのセレクタ
をさらに含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記セレクタが、前記電極グリッドの前記選択された点の電源をリアルタイムで動的に入れたり切ったりする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の対象点が、前足部領域、中足部領域および後足部領域からなる群から選択された足部の複数の部分を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記群がさらに、複数の趾骨の１つ以上、複数の中足骨の１つ以上、複数の趾骨関節の１つ以上、前記足部の母指球、前記足部の土踏まず、足底筋膜、距骨、踵骨および距骨下関節を形成する複数の足根骨の１つ以上を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記測定圧力に対応する前記データを前記伝送手段によって伝送する前に圧縮するデータ圧縮器をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記変換器が靴のソールに実装されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記圧縮性材料が、圧縮可能な導電性フォームを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記圧縮可能な導電性フォームが、静電放電（ＥＳＤ）に好適な材料を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記伝送データを無線で受信し、かつ前記受信データをユーザが可読なフォーマットに出力するように適合されたコンピュータをさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
さらに、
前記対象の領域内の前記複数の点の加速度を測定するように適合された加速度計と；
前記測定された加速度に対応するデータを伝送する手段とを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記加速度計が、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度を測定するように適合されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コンピュータがさらに、前記ｘ軸、前記ｙ軸および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度に対応する前記伝送されたデータを統合する統合手段を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記統合手段が、前記ｘ軸、前記ｙ軸、および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の速度に対応するデータを出力するように適合されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記統合手段が、前記ｘ軸、前記ｙ軸、および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の変位に対応するデータを出力するように適合されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記コンピュータがさらに：
前記統合データを収集する手段と；前記収集された収集データと、
前記測定された圧力に対応する前記伝送データとを相関させる相関手段と
を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
さらに、相関手段に結合されかつ前記相関データを受信するように適合されたコンピュータゲームを含み、それに応じて前記コンピュータゲームをインタラクティブに適合させる、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記コンピュータがさらに、前記収集データおよび相関データを解釈するための診断手段を含み、それにより、前記複数の点の位置の変更を推奨する、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コンピュータがさらに、前記推奨された変更を行うための矯正器具を設計する手段を含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記コンピュータがさらに、前記収集データおよび相関データを解釈するための追跡（トラッキング）手段を含み、それにより、トレーニングプログラムの変更を推奨する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２４】
前記コンピュータがさらに、前記収集データおよび相関データを解釈するための追跡手段を含み、それにより、治療プログラムの変更を推奨する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ユーザ可読形式が拡張マークアップ言語（ＸＭＬ）を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２６】
第１の移動物体に、前記第１の物体と接触する第２の移動物体によって加えられた力を感知するための方法であって、
前記第１の物体と第２の物体との間の対象の領域において複数の点の各々における前記力を測定し；
リアルタイムで動的に、前記対象の領域内の選択された点を活性化して、前記選択された点において力を可変的に測定し；
ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度を測定し；
前記測定された力および前記測定された加速度に対応するデータをコンピュータに伝送し、該コンピュータは、前記伝送データを受信し、かつ前記受信データをユーザ可読形式で出力するように適合されており；
前記ｘ軸、前記ｙ軸、および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度に対応する前記伝送データを統合し；
前記統合データを収集し；および
前記収集されたデータと、前記測定された力および前記測定された加速度に対応する前記伝送データとを相関させる
ことを含む当該方法。
【請求項２７】
さらに、前記ｘ軸、前記ｙ軸、および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の速度に対応するデータを出力することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
さらに、前記ｘ軸、前記ｙ軸、および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の変位に対応するデータを出力することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、前記伝送ステップの前に、前記測定された力に対応する前記データを圧縮することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
さらに、
前記相関データを受信するように結合されたコンピュータゲームを結合し；および
前記相関データに従って前記コンピュータゲームをインタラクティブに適合する
ことを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
さらに、
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈し；および
前記解釈に従って前記複数の点の位置を変更する
ことを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
さらに、
前記複数の点の予め定められた動きのトレーニングプログラムを確立し；
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈し；
前記収集データおよび相関データの前記解釈を時間に応じて追跡し；および
前記追跡した解釈に従って前記複数の点の前記予め定められた動きを変更する
ことを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
さらに、
前記複数の点の予め定められた動きの治療プログラムを確立し；
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈し；
前記収集データおよび相関データの前記解釈を時間に応じて追跡し；および
前記追跡した解釈に従って前記複数の点の前記予め定められた動きを変更する
ことを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
コンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ可読媒体であって、
前記第１の物体と第２の物体との間の対象の領域において複数の点の各々において力を測定するための１つ以上の命令；
リアルタイムで動的に、前記対象の領域内の選択された点を活性化して、前記選択された点における力を可変に測定する１つ以上の命令；
ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度を測定するための１つ以上の命令；
前記測定された力および前記測定された加速度に対応するデータをコンピュータに伝送するための１つ以上の命令であって、そのコンピュータは、前記伝送されたデータを受信し、かつ受信データをユーザ可読形式で出力するように適合されている、当該１つ以上の命令；
前記ｘ軸、前記ｙ軸、および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度に対応する前記伝送データを統合するための１つ以上の命令；
前記統合データを収集するための１つ以上の命令；および
前記収集データと、前記測定された力および前記測定された加速度に対応する前記伝送データとを相関させるための１つ以上の命令
を含むコンピュータ可読媒体。
【請求項３５】
さらに、前記ｘ軸、前記ｙ軸、および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の速度に対応するデータを出力するための１つ以上の命令を含む、請求項３４に記載の媒体。
【請求項３６】
さらに、前記ｘ軸、前記ｙ軸、および前記ｚ軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の変位に対応するデータを出力するための１つ以上の命令を含む、請求項３４に記載の媒体。
【請求項３７】
さらに、前記伝送ステップの前に前記測定された力に対応する前記データを圧縮するための１つ以上の命令を含む、請求項３４に記載の媒体。
【請求項３８】
さらに、
前記相関データを受信するために結合されたコンピュータゲームを結合するための１つ以上の命令；および
前記相関データに従って前記コンピュータゲームをインタラクティブに適合するための１つ以上の命令
を含む、請求項３４に記載の媒体。
【請求項３９】
さらに、
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈するための１つ以上の命令；および
前記解釈に従って前記複数の点の位置を変更するための１つ以上の命令
を含む、請求項３４に記載の媒体。
【請求項４０】
さらに、
前記複数の点の予め定められた動きのトレーニングプログラムを確立するための１つ以上の命令；
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈するための１つ以上の命令；
前記収集データおよび相関データの前記解釈を時間に応じて追跡するための１つ以上の命令；および
前記追跡した解釈に従って前記複数の点の前記予め定められた動きを変更するための１つ以上の命令
を含む、請求項３４に記載の媒体。
【請求項４１】
さらに、
前記複数の点の予め定められた動きの治療プログラムを確立するための１つ以上の命令；
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈するための１つ以上の命令；
前記収集データおよび相関データの前記解釈を時間に応じて追跡するための１つ以上の命令；および
前記追跡した解釈に従って前記複数の点の前記予め定められた動きを変更するための１つ以上の命令
を含む、請求項３４に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
著作権警告
この特許文献の説明の一部は、著作権保護下にある事柄も含まれ得る。著作権所有者は、米国特許商標局のファイルまたは記録文書でみられる限り特許文献または特許情報開示の何人かによる複製に異存がないが、そうでなければ、どんなものでも全ての著作権を留保する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、以下の関連出願の利益を主張する：２００８年６月５日出願の米国特許出願第１２／１５５，５５８号。この出願は、同様に、２００７年６月５日出願の米国仮特許出願第６０／９２４，９３１号、および２００７年１１月２７日出願の米国仮特許出願第６０／９９６，６０８号の利益を主張し、これらはそれぞれその全体を本願明細書に援用する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、その説明の実施形態において、一般的に圧力感知のためのシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトに関し、より詳細には、以下明らかになるような、スポーツのトレーニング兼モニタリングアプリケーション、コンピュータゲーム、および診断システムの利用の際中にユーザの足部の底に沿って圧力を感知するシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトに関する。しかしながら、当業者には、以下の実施形態を他の圧力感知アプリケーションに対して適用できることが容易に理解されるであろう。
【０００４】
運動選手は様々な測定基準（ｍｅｔｒｉｃｓ：メトリック）を用いて自身のパフォーマンスを測定し、ワークアウト（ｗｏｒｋｕｏｕｔ：練習、トレーニング）を記録する。ワークアウト中およびワークアウト後に測定基準を記録し、それらを分析する。例えば、インターバルを取るワークアウトでは、一般に、激しいすなわち強さが大の活動、幾分激しいすなわち中程度の強さの活動、および休息の複数回のセットを伴う。この激しい活動は、特定の運動選手に対する所望の激しさすなわち強さに相関する測定基準の範囲によって表し得る。同様に、休息または幾分激しい活動の期間は、特定の運動選手に対する所望の落ち着いた状態に相関する範囲または測定基準として表し得る。
【０００５】
従って、スポーツのトレーニング兼モニタリングアプリケーション、コンピュータゲーム、および診断システムの利用の際中にそのような測定基準を記録しかつ解析するために、ユーザの足部の底に沿って圧力を感知するシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトを提供することが望ましい。
【０００６】
ヒトの足部は、機械的に複雑でありかつ構造強度も強い。足首は、土台、ショックアブソーバ（緩衝部）、および推進機関としての機能を果たす。足部は強烈な圧力（すなわち、１マイル（１マイルは約１６０９ｍ）走る間に約数トンの範囲）に耐えることができ、柔軟性と弾力性を提供し得る。
【０００７】
足部および足首は、２６個の骨（すなわち、人体の骨の１／４近くが足部にある）；３３個の関節；１００個超の筋肉、腱（すなわち、筋肉を骨につなぐ線維組織）、および靭帯（すなわち、骨と他の骨をつなぐ線維組織）；および血管組織網、神経、皮膚、および軟組織を含む。
【０００８】
これらの構成要素が共に働いて、体を支え、体の均衡を保ち、体に運動性を与える。いずれかの一部分における構造的な欠陥または機能障害があると、体のどこかに問題が発現し得る。体の他の部分における異常が足部に問題を生じ得る。本発明の実施形態は、ユーザの足部の複数の点にかけられた圧力を感知することを支援して、そのような問題を軽減する一助となる。
【０００９】
構造的に、足部は３つの主要な部分を有する：前足部、中足部、および後足部である。図２Ａおよび図２Ｂに示す前足部すなわち足の前方部は５本の足指（趾骨または指骨と称する）と、それらをつなぐ長骨（中足骨）とで構成される。各足指（趾骨または指骨）はいくつかの小骨で構成される。足の親指（母指または第一趾としても知られている）は２本の趾骨、遠位骨および近位骨を有する。足の親指は、趾節間関節と呼ばれる関節を１つ有する。足の親指は第一中足骨頭と関節を形成し、第一中足指節関節（略してＭＴＰＪ）と呼ばれる。第一中足骨頭の下側には、種子骨と呼ばれる２つの小さな丸い骨がある。他の４本の足指は各々、３本の骨と２つの関節とを有する。趾骨は、母指球において５つの中足指節関節によって中足骨につながれている。前足部は体重の半分を支え、母指球にかかる圧力の均衡をとる。
【００１０】
中足部すなわち足の中間部は、５本の不規則な形状の足根骨を有し、アーチ（ａｒｃｈ）すなわち足底弓を形成し、かつショックアブソーバとしての機能を果たす。中足部の骨は、筋肉および足底筋膜（Ｐｌａｎｔａｒ  ｆａｓｃｉａ）（土踏まずの靭帯）によって前足部および後足部につながれている。
【００１１】
後足部すなわち足の後方部は３つの関節で構成され、中足部を足首（距骨）に結合する。距骨の上部を下肢の２本の長骨（脛骨および腓骨）につないで蝶番を形成し、それにより、足部を上下に動かすことが可能となる。かかとの骨（踵骨）は、足部で最も大きい骨である。踵骨は距骨に接合して距骨下関節を形成する。踵骨の底は脂肪層で衝撃を和らげられている。
【００１２】
筋肉、腱、および靭帯の網が、足部の骨および関節を支持する。足部には２０個の筋肉があり、足部に、骨を適切な箇所に保持することによりその形状を与え、かつ伸び縮みして動きを与える。足部の主要な筋肉は：足部を上方に動かすことを可能とする前脛骨筋；土踏まずを支える後脛骨筋；足首の外側の動きを制御する脛腓骨筋；足首を上げて足指が前に進む行為を開始させるのを助ける伸筋；および足指を地面に対して安定させるのを助ける屈筋である。より小さな筋肉により、足指を持ち上げたり曲げたりすることが可能となる。
【００１３】
足部には、筋肉を骨および関節につなぐ弾性組織（腱）がある。足部の最も大きくかつ最強の腱はアキレス腱であり、ふくらはぎの筋肉から踵まで延在する。その強度と関節機能とによって、走る、ジャンプする、階段を上る、および足指の上に体を伸ばすといった動作を容易にする。靭帯は腱を適切な場所に保持し、かつ関節を安定させる。これらのうちで最も長い足底筋膜が、足部の足底に踵から足指まで土踏まずを形成する。足底筋膜が収縮することによって、土踏まずを湾曲させたり平らにしたりしてバランスをもたらし、かつ足部に、歩く動作を開始する強さを与える。足部の外側の内部および側部の靭帯にある内側靭帯が、安定性をもたらし、かつ足部を上げたり下げたりすることができるようにする。皮膚、血管、および神経が足部にその形状と耐久性とを与え、細胞の再生および筋肉に必要な栄養をもたらし、ならびにその様々な運動を制御する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
圧力感知のための方法、システム、およびコンピュータプログラムプロダクトを、特に、ユーザの足部の、骨、関節、筋肉、腱、および靭帯を含む複数の点において圧力を感知するために使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態によるこれらのおよび他の目的、利点、および新規の特徴は、一般的に複数の対象点を有する変換器（トランスデューサ）と、複数の対象点において感知されるデータを収集しかつ伝送する第１の手段であって、そのデータをネットワークへ結合させる第１の手段と、その同じデータをコレクタノードへ、次いで解析用コンピュータへ結合させる第２の手段とを含む感知システムによって達成される。
【００１６】
「コンピュータ」とは、構造化された入力を受け取り、規定のルールに従って、構造化された入力を処理し、かつ出力として処理結果を生じることができる１つ以上の装置および／または１つ以上のシステムのことを称するとする。コンピュータの例としては：コンピュータ；据置型および／または携帯用コンピュータ；シングルプロセッサ、マルチプロセッサ、または並列動作および／または非並列動作し得るマルチコアプロセッサを有するコンピュータ；汎用コンピュータ；スーパーコンピュータ；メインフレーム；超小型コンピュータ；小型コンピュータ；ワークステーション；マイクロコンピュータ；サーバ；クライアント；インタラクティブテレビ；ウェブアプライアンス；インターネット接続できる通信機器；コンピュータおよびインタラクティブテレビのハイブリッド複合機；携帯用コンピュータ；タブレットパーソナルコンピュータ（ＰＣ）；携帯情報端末（ＰＤＡ）；携帯電話；コンピュータおよび／またはソフトウェアをエミュレートする特定用途向けハードウェア、例えば、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、特定用途向け命令セットプロセッサ（ＡＳＩＰ）、１つのチップ、複数のチップ、チップ上のシステムまたはチップセット；データ収集装置；光コンピュータ；量子コンピュータ；バイオコンピュータ；およびデータを受け取る、１つ以上の格納されたソフトウェアプログラムに従ってデータを処理する、結果を生成する、ならびに典型的には入力装置、出力装置、記憶装置、演算装置、論理演算装置および制御装置を含み得る装置を挙げることができる。
【００１７】
「ソフトウェア」とは、コンピュータを動作させる規定のルールのことを称するとする。ソフトウェア例としては：１つ以上のコンピュータ可読言語におけるコードセグメント；グラフィカルなおよび／またはテキスト形式の命令；アプレット（ａｐｐｌｅｔｓ）；プリコンパイルコード；翻訳されたコード；コンパイル済みコード；およびコンピュータプログラムを挙げることができる。
【００１８】
「コンピュータ可読媒体」とは、コンピュータでアクセス可能なデータを記憶するために使用されるいずれかの記憶装置のことを称するとする。コンピュータ可読媒体の例としては：磁気ハードディスク；フロッピー（登録商標）ディスク；光ディスク、例えばＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤなど；磁気テープ；フラッシュメモリ；メモリチップ；および／または機械可読命令を記憶できる他のタイプの媒体を挙げることができる。
【００１９】
「コンピュータシステム」とは、１つ以上のコンピュータを有し、各コンピュータが、コンピュータまたはその構成要素の１つ以上を動作させるソフトウェアを具現化するコンピュータ可読媒体を含み得るシステムのことを称するとする。コンピュータシステムの例としては：ネットワークに接続したコンピュータシステムによって情報を処理するための分散型コンピュータシステム；コンピュータシステム間で情報を送信および／または受信するためにネットワークを介して接続された２つ以上のコンピュータシステム；単一のコンピュータ内に２つ以上のプロセッサを含むコンピュータシステム；およびデータの受け取りができ、１つ以上の格納されたソフトウェアプログラムに従ってデータの処理ができ、その結果の生成ができ、ならびに典型的には入力装置、出力装置、記憶装置、演算装置、論理演算装置および制御装置を含むことができる１つ以上の装置および／または１つ以上のシステムを挙げることができる。
【００２０】
「ネットワーク」とは、通信機器によって接続され得る複数のコンピュータおよび関連デバイスのことを称するとする。ネットワークは、ケーブルなどの永久接続、または電話や他の通信回線によってなされるものなどの一時接続を含むことができる。ネットワークはさらに、配線接続（例えば、同軸ケーブル、ツイストペア、光ファイバー、導波管など）および／または無線接続（例えば、無線周波数波、自由空間光学波、音響波など）を含むことができる。ネットワークの例としては：インターネット、例えばインターネット；イントラネット；ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）；広域ネットワーク（ＷＡＮ）；ならびに例えばインターネットおよびイントラネットなどのネットワークの組み合わせを挙げることができる。例示的なネットワークは、複数のプロトコルのいずれか、例えばインターネットプロトコル（ＩＰ）、非同期転送モード（ＡＴＭ）、および／または同期式光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）、ＩＥＥＥ８０２．ｘなどで動作し得る。
【００２１】
本発明の実施形態は、本明細書で説明するオペレーションを実行するための装置を含み得る。装置を所望の目的のために特別に構成してもよいし、あるいは、選択的に起動されるか、またはデバイスに記憶されたプログラムによって再構成された汎用のデバイスを含んでもよい。
【００２２】
本発明の実施形態はまた、ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアのいずれか１つ、またはハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアの組み合わせにおいて実行されてもよい。それらは、機械可読媒体に記憶された命令として実行されてもよい。それら機械可読媒体は、計算プラットフォームによって読み取られ、実行されて、本明細書で説明するオペレーションを実行し得る。
【００２３】
以下の説明および特許請求の範囲において、用語「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータ可読媒体」は、一般的に、リムーバブルストレージドライブ、ハードディスクドライブに取り付けられたハードディスクなどの媒体を指すのに使用されるが、何らこれに限定されない。これらコンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータシステムにソフトウェアを提供し得る。本発明の実施形態は、そのようなコンピュータプログラムプロダクトに関する。
【００２４】
「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」、「様々な実施形態」などは、本発明の実施形態の説明において特定の特徴、構造または特性を含むとされるが、全ての実施形態が必ずしも特定の特徴、構造または特性を含むわけではない。さらに、用語「一実施形態では」または「例示的な実施形態では」を繰り返し使用することは、同じ実施形態を必ずしも参照しているわけではないが、そうであってもよい。
【００２５】
以下の説明および特許請求の範囲において、用語「結合」および「接続」が、それらの派生語と共に使用される場合がある。これらの用語を互いに類義語とするわけではないことに理解されたい。それどころか、特定の実施形態では、「接続された」は、２つ以上の要素が互いに物理的に、または電気的に直接接触していることを示すのに使用される。「結合された」は、２つ以上の要素が、物理的に、または電気的に直接接触していることを意味する。しかしながら、「結合された」はまた、２つ以上の要素が互いに直接接触していないが、依然として協働して相互作用していることも意味する。
【００２６】
ここでは全体的に、アルゴリズムを、所望の結果をもたらす作用またはオペレーションの自己無撞着シーケンスであるとみなす。これらには、物理量の物理的処置が含まれる。通常、必ずしも必要なことではないが、これらの量は、記憶、転送、組み合わせ、比較、およびこれら以外の操作等が可能な電気または磁気信号の形態をとる。時々、主に共通に利用できることから、これらの信号をビット、値、要素、シンボル、キャラクタ、用語、数などと呼ぶことが好都合であることが判明している。しかしながら、これらのおよび類似の用語の全てを適切な物理量に関連させ、かつ単にこれらの量に好都合なラベルを適用することを理解されたい。
【００２７】
特に説明がない限り、および以下の説明および特許請求の範囲から明らかなように、本明細書の全体を通して、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」などの用語を利用した説明は、コンピュータシステムのレジスタおよび／またはメモリ内の物理的な、例えば電子的な量として表されるデータを操作するおよび／またはコンピュータシステムのメモリ、レジスタまたは他のそのような情報の記憶、伝送、または表示装置内の物理量として同じように表示される他のデータに変換するコンピュータまたはコンピューティングシステム、または類似の電子計算装置の動作および／または処理を指すことを理解されたい。
【００２８】
同様に、用語「プロセッサ」は、レジスタおよび／またはメモリからの電子データを処理し、その電子データを他の電子データに変換してレジスタおよび／またはメモリに記憶できる任意の装置、または装置の一部を指している。「計算プラットフォーム」は１つ以上のプロセッサを含むことができる。
【００２９】
本発明の上述および他の特徴は、以下の例示的な実施形態の説明から明らかとなり、添付の図面に示すように、類似の参照符号は全体的に同一、機能的に類似、および／または構造的に類似の要素を示す。通常、対応する参照符号の一番左側の桁は、その要素が最初に出てきた図を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態による感知システムを示す。
【図２】図２Ａおよび２Ｂは、人の足部の一部を示し、その一部が、図１に示す感知システムによって感知される。
【図３】図１に示す感知システムの一部を、それによる変換器の分解図と共に示す。
【図４】図３に示す変換器と使用され得る電極グリッドセレクタマッピング手段の概略的なフォーマットを示す。
【図５】図４で示す電極グリッドセレクタマッピング手段を組み込むコントローラを概略的なフォーマットで示す。
【図６】変換器によって感知された圧力に応じて、変換器の抵抗への依存度を示すグラフを示す。
【図７】図１および図３〜図６の感知システムによって感知されたデータの伝送フロー図を示す。
【図８】本発明の別の実施形態による変換器の第１の電極グリッド層を示す。
【図９】本発明の別の実施形態による変換器の第１の電極グリッド層と使用され得る第２の電極グリッド層を示す。
【図１０Ａ】図８および図９に示す第１および第２の電極グリッド層と使用され得るＲＦモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。
【図１０Ｂ】図８および図９に示す第１および第２の電極グリッド層と使用され得るＲＦモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。
【図１０Ｃ】図８および図９に示す第１および第２の電極グリッド層と使用され得るＲＦモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。
【図１０Ｄ】図８および図９に示す第１および第２の電極グリッド層と使用され得るＲＦモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。
【図１０Ｅ】図８および図９に示す第１および第２の電極グリッド層と使用され得るＲＦモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。
【図１０Ｆ】図８および図９に示す第１および第２の電極グリッド層と使用され得るＲＦモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。
【図１１】図８、図９および図１０Ａ〜１０Ｆによる変換器と使用され得る第１および第２のアルゴリズムを示す。
【図１２】図８、図９および図１０Ａ〜１０Ｆによる変換器と使用され得る第１および第２のアルゴリズムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、例示的な実施形態を詳細に説明する。特定の例示的な実施形態について説明するが、これは例示目的のみであることを理解されたい。例示的な実施形態を説明しかつ図示する中で、明瞭にするために特定の用語を用いる。しかしながら、本発明は、そのように選択された特定の用語の例に何ら限定されるものではない。当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく他の構成要素および構成を使用し得ることを理解されたい。特定の各要素は、類似の目的を達成するために同様に動作する技術的な等価物を全て含むことを理解されたい。それゆえ、本願明細書に説明する例および実施形態は、非限定的な例である。
【００３２】
ここで図面を参照すると、同様の参照符号およびキャラクタは、多くの図のそれぞれを通して同様の、または対応する部分およびステップを示す。図１に、本発明の第１の実施形態による感知システム１００を示す。システム１００は、一般的に、複数の対象点１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅを有する変換器１０２と、複数の対象点１０４ａ〜１０４ｅにおいて感知されたデータを収集しかつ伝送するためのインソール（ｉｎｓｏｌｅ）ノード１０６と、データをネットワーク１１０へ結合する第１の手段１０８と、当該データをコレクタノード１１４へ、次いでコンピュータ１１６へ結合する第２の手段１１２とを含む。
【００３３】
図３に、図１に示す感知システム１００の一部を示し、それによる変換器３００を分解して示してある。感知システム１００のインソール（内底）（ｉｎｓｏｌｅ）は、連続的な静電容量圧力センサシステムを含み得る足部力（ｆｏｏｔ  ｆｏｒｃｅ：フットフォース）変換器３００を備える。従来の足部力変換器は、三層構造の中心層の両側において、２セットの導電性帯条片（ｓｔｒｉｐｓ：ストリップ）を、直交方向に並べて、重ね合わせることによって形成された離散型アレイのコンデンサを有する。
【００３４】
そのような従来の変換器とは異なり、感知システム１００の設計では、典型的な三層構造を作製するときに導電性要素をフレキシブルに配置することが可能となる。靴の内底の連続的な静電容量圧力センサ素子は感圧可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）すなわち導電率が検出された圧力で変わる導電性ポリマー３０２を使用して作製される。導電性ポリマー３０２は、可撓性の高分子フィルム製のフレキシブル回路のシート３０８、３１０上の導電性トレースすなわち導電性材料の線路３０４、３０６間に設けられている。この高分子フィルムは、エッチングされて導体パターンを与えている銅薄板に積層されている。このポリイミドフィルムは耐熱性が高く、寸法安定性があり、絶縁耐力が良好で可撓性が高いため、厳しい環境でも耐えることができる。
【００３５】
連続的な抵抗／静電容量センサ層を、押出し成形された、静電放電（ＥＳＤ）型の超高密度導電性ＸＰＵ（ｃｒｏｓｓ  ｌｉｎｋｅｄ  ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ：架橋ポリウレタン）フォーム（ｆｏａｍ）とし得る。この材料は、超高電圧の静電放電（ＥＳＤ）から保護するために使用され、かつ動きによる衝撃から物理的なデバイスを保護するための圧縮可能な形にする要因すなわちフォームファクター（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ  ｆｏｒｍ  ｆａｃｔｏｒ）となる。図６に示すように、材料は、圧縮力の範囲（０〜３０ｐｓｉ）（但し、１ポンドは約４５３．６グラム、１インチは約２．５４ｃｍ）において直線的（リニア）の抵抗特性および静電容量特性をもたらす。
【００３６】
層３０２において使用されるＸＰＵフォームは、加えられた圧力または圧縮力に応じて特性インピーダンスが変化する半導体である。図６に示すように、材料のインピーダンス特性は、加えられた圧力（例えば、１０ｐｓｉ未満）や圧縮力が低いときには非線形であり、加えられた圧力または圧縮力が増大するにつれ、線形になる。ＸＰＵ材料の厚みもまた、ＸＰＵ材料のインピーダンス特性の決定的要因である。インピーダンス関数は、以下の通り特徴づけられる：
０≦ｐ≦Ｐｃの場合、Ｚ（ｐ）ＸＰＵ＝［Ｒ（ｐ）＋ｊｗＣ（ｐ）］（１−ｅｘｐ（−ｐ／Ｒｃ））
Ｐｃ＜ｐ＜Ｐｍａｘの場合、Ｚ（ｐ）ＸＰＵ＝Ｒ（ｐ）＋ｊｗＣ（ｐ）
Ｐｏ＜ｐ＜３０ｐｓｉ  Ｐｏ＝Ｐｃ＊ｎ＊０．１２５の場合、Ｚ（ｐ）ＸＰＵ?Ｒ（ｐ）
ここで、ｎ＝ＸＰＵ層の数（すなわち、厚さ＝０．１２５インチ。但し１インチは２．５４ｃｍ）、およびＰは、線形で開始する動作圧である。ＸＰＵ材料の特性インピーダンスを、感知システム１００のプロセッサで動作する組み込みソフトウェアによってアルゴリズムでプロファイルし得る。
【００３７】
可変圧力解析点技術すなわち測定点を変えて圧力の分析を行う（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｐｏｉｎｔ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）手法を使用して、足部圧測定の対象の複数の点／領域を動的にマッピングすることができる。例えば、図１を再び参照すると、踵領域１０４ａおよび足指領域１０４ｃ、１０４ｄの一部分を約１０ミリ秒間測定し得る一方、土踏まず領域１０４ｅを２５ミリ秒間測定し得る。この測定により、例えば、疾患を原因とする神経損傷によって、足部の一定の領域が膨張していることに気づけない、糖尿病に患っている人の場合には、パターン測定が可能となる。目標とされたパターン測定を用いることによって、足底の足部圧の変動に変化があると警告を発生させることができる。
【００３８】
静電容量効果、圧電効果、および／または抵抗効果をもたらすことができる圧電セラミック材料などの他の材料を使用し得ることが考えられる。
【００３９】
感知システム１００の変換器３００は、種々の構成配置に再構成することが可能であるこれらのモジュール式の軽量で高解像度の連続的な圧力感知靴インソールを組み込んで、ＲＦモジュール３１２を介して詳細な圧力データをコンピュータ１１６に無線伝送し、このコンピュータで、それらデータを収集しかつまとめて表示する。感知システム１００を、他のシステム（例えば視覚ベースの感知システム）と一体化して、頑健なマルチモーダル（多様式）な感知能力を提供し得る。それゆえ、感知システム１００は、データの解析／可視化、データの記録および再生用に一連のアプリケーションを提供するだけでなく、複数の感知装置をグループ化して、コンピュータにリアルタイムでデータを送信するクラスタを形成する場合もある。
【００４０】
感知システム１００は、連続的な静電容量圧力センサの材料が機械的に変形することに起因する、これらセンサの電気特性の変化を検出する。感知システムは、典型的には、２００のエレメントすなわちセンサを含む変換器３００の場合には、５０Ｈｚのサンプリングレートで約１秒間の記録継続時間を有するので、圧力データ検出ポイントは、変換器当たり１秒間に約１０，０００点となる。これだけの情報量があるので、視覚的表示およびデータ整理技術を用いることができる。圧力分布のグラフ表示を図に示すワイヤーで結線された装置３１４で表現する。これらの圧力マップを、各サンプリング間隔で、または足部が地面に接触している間の特定の瞬時に取得する。ピーク圧力のグラフ表示３１６を使用して、個々の足部の地面との接触態様を表示することができる。この画像は、足部下の圧力の最大値は接地中常に発生するので、この最高圧を示すことによって生成することができる。
【００４１】
感知システム１００は、二足で立っている間の足底（ｐｌａｎｔａｒ）の圧力を測定することができ、二足立により、踵圧は前足部圧対して約２．６倍高くなる。最も高い前足部圧は、第２および第３中足骨頭部の下にある。この立っている間は、足指は、負荷を分担する機能をほとんど有しない。足底のピーク圧力は、体重とは実質的に関連性を示さない。感知システム１００は、二足で立っている、歩いている、および走っている期間中の足部圧を測定し、かつ前足部下の最も高い圧力が第３中足骨頭部の下にあることを示す。二足で立っている場合および歩いている場合、第３中足骨頭部の下側のピーク圧力は、他の中足骨頭の下側の圧力よりもかなり高い。走っているときの、地面からの反作用力の衝撃フェーズすなわち衝撃を受ける期間中に、足部が地面に衝突するので、減速する肢の運動量が急激に変化し、その結果、過渡的な力が骨格に伝達される。これらの力は、体重の３倍までの大きさに達する。これらの力が繰り返し伝達されると、退化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ：デグラデーション）およびオーバーユース傷害をもたらす。走っている間（ランニング中）に足部のソール全体に分布した足底の圧力を測定する感知システム１００は、その能力により、衝撃フェーズの地面からの反作用力の結果として、足部の生体力学的特性をプロファイリングすることによって、退化およびオーバーユース傷害の可能性を早期にすなわち逸速く決定することが可能となる。
【００４２】
図４に、図３に示す変換器と使用し得る電極グリッドセレクタマッピング手段４００を概略的なフォーマットで示す。グリッドセレクタマッピング手段４００は、好適なマイクロコントローラにロジック、ファームウェア、およびハードウェアの組み合わせを含み得る。変換器３００は、シート３０８、３１０上の電極グリッド（図４には図示せず）間の３層の導電性フォーム３０２を含む。そのような３層構造は、バイアスレジスタ４０２によって＋ＶＣＣと地面との間で電気的に結合される。シート３０８からのＶｆｏｕｔは、１０ビットのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４０６への入力であり、次いでそのアナログデジタル変換器が１０ビットのデジタル出力端子から出力する。
【００４３】
図５に、図４に示す電極グリッドセレクタマッピング手段を組み込むマイクロコントローラ５００を概略的なフォーマットで示す。
【００４４】
起動時、感知システム１００はまず、このシステムがコレクターノードすなわち収集ノード１１４、またはインソール（ｉｎｓｏｌｅ）ノード１０６のどちらであるか判定する。感知システムはこの判定を、まず、いずれかの有線のインターフェースが存在するかどうかを判定することによって行う。ＵＳＢインターフェースはコンピュータ１１６への接続を可能とするためにあるのだから、有線のインターフェースがあるのは、感知システム１００がコレクタノード１１４である場合である。
【００４５】
収集ノード１１４として、感知システム１００は、MCU（マイクロコントローラユニット）、COP（コプロセッサ）、GPIO（汎用入出力部）、SPI（シリアル周辺インタ−フェース）、IRQ（割り込み要求）を初期化し、かつMCUInit、GPIOInit、SPIInit、IRQInit、IRQACK、SPIDrvRead、およびIRQPinEnableの呼び出しルーチンによって所望のＲＦ送受信機クロック周波数を設定する。MCUInitは、MCU監視（ウォッチドッグ）をオフにし、タイマモジュールを設定して３２段階にプレスケーリング（ｐｒｅ−ｓｃａｌｉｎｇ）された基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ：リファレンス）としてBUSCLKを使用するマスタ初期化ルーチンである。状態可変gu8RTxModeをSYSTEM_RESET_MODEに設定し、かつルーチンGPIOInit、SPIInitおよびIRQInitを呼び出す。次に、状態可変gu8RTxModeをRF_TRANSCEIVER_RESET_MODEに設定して、IRQFLAGをチェックして、IRQがアサーションされたかどうか見る。ＲＦ送受信機の割り込みがSPIDrvReadを使用してまずクリアにされてから、ＲＦ送受信機をATTN（アテンション）IRQの割り込みのためにチェックする。MCUInitの最終ステップとして、PLMEPhyReset（物理的MAC層をリセットするために）、IRQACK（ペンディング中のIRQ割り込みを確認（ACK）するため）およびIRQPinEnable（信号のネガティブエッジで、IE、IRQ CLRをピン・イネーブル（Ｐｉｎ  Ｅｎａｂｌｅ）するため）に対して呼び出しが行われる。
【００４６】
コレクタノード処理が初期化されたら、感知システム１００は、いつでもインソール（ｉｎｓｏｌｅ）ノード１０６からＲＦパケットを受信できる。これは、ＲＦ送受信機パケット受信割り込みの呼び戻し機能によって駆動されるＲＦパケット受信キュー（ｑｕｅｕｅ：待ち行列）を作成することによって開始される。ＲＦパケットがインソールノード１０６から受信されると、まず、このパケットが新しいインソールノード１０６、または既存のインソールノードのどちらからのものか判定するチェックが行われる。これが既存のインソールノード１０６からのものである場合、ＲＦパケットのシーケンス番号がチェックされて、パケットをさらに解析する前に連続的な同期を判定する。これが新しいインソールノード１０６からのものである場合、インソールノードのコンテキスト状態ブロックが作成され、初期化される。ノード対ノードのこのＲＦパケットセッションレベルの処理に続いて、ＲＦパケットデータペイロードの解析が行われる。このペイロードには、現在の可変圧力解析マップに基づく、圧縮された足底の足部圧プロファイルが含まれる。圧縮データの第１の部分は、以下のように構成されたマップマスクアレイを含む。
【００４７】
【数１】
2011505015.tif 000003
【００４８】
ここで、FootMaskArrayのビット（行１、行２、．．．、行ｍ）を値２５５のデータに対して１に設定する。各行の表現バイトは６ビットを使用して（すなわち、最上位の２ビットはゼロであり、将来の使用のためにリザーブされる）、各Ａ／Ｄチャネル（現在のユーティリティには６個ある）を参照する。次いで、FootRowMask[k]アレイが、ノンアクティブ値（非圧縮）用に走査される。非圧縮値のビットを設定する、FootRowMask[k]アレイにおける位置が決定される。これはまず、FootRowMask[k]アレイの（行を表す）１６のバイトのうちのどのバイトが、非圧縮値を有する行であるかを見つけることによってなされる。次いで、対象の行のバイトに取り入れられる基準値（ｂａｓｅ  ｖａｌｕｅ）を取り除き、かつ残りを、および既に特定されている他の非圧縮値とし得る既存の内容を有するＸＯＲおよびビットマスクとして使用する。
【００４９】
インソールノード１０６からのＲＦパケットがデコンプレックス（ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓ）すなわち解凍されたら、コレクタノード１１４はSCITransmitArrayルーチンを使用して解凍済みのＲＦパケットデータ（gsRxPacket.pu8DataおよびgsRxPacket .u8DataLength）を、ＵＳＢインターフェース（図示せず）を介して接続されたコンピュータ１１６に送信する。インソール圧力データは以下の通りフォーマットされている。
【００５０】
【数２】
2011505015.tif 000004
【００５１】
ZigBee、WirelessHART、およびMiWi仕様のベースであるＩＥＥＥ８０２．１５．４標準（以下「８０２．１５．４」と称す）は、１２７バイトの最大パケットサイズを規定し、およびTime Synchronized Mesh Protocol（ＴＳＭＰ）は、オペレーション用に４７バイトを割り当てすなわち確保し、８０バイトをペイロード用に残す。ここで使用され得る２．４ＧＨｚの産業科学医療用（ＩＳＭ）無線周波数（ＲＦ）帯域の送受信機は、８０２．１５．４に準拠している。それは、ピアツーピアの、スター型、および網目状のネットワークを支援する８０２．１５．４無線標準用に設計された完全な８０２．１５．４物理層（ＰＨＹ）モデムを含む。本発明の様々な実施形態に従って、それはＭＰＵと組み合わせられて、必要な無線ＲＦデータリンクおよびネットワークを作成する。送受信機（例えば、ＲＦモジュール３１２）は、５．０ＭＨｚチャネルの２５０ｋｂｐｓのO-QPSK（O-QPSK: offset quadrature phase shift keying）データならびに完全なスペクトラム拡散の符号化および復号化を支援する。
【００５２】
全制御、例えばステータスの読み取り、データの書き込み、およびデータの読み取りは、感知システムノード装置のＲＦ送受信機インターフェースポートによって行われる。感知システムノード装置のＭＰＵは、バイト長データの複数のバーストがインターフェースバスで伝送されるインターフェース「トランザクション」を介して感知システムノード装置のＲＦ送受信機にアクセスする。各トランザクションは、トランザクションの種類に依存した３バースト以上の長さである。トランザクションは常に、レジスタのアドレスへの読み取りアクセスまたは書き込みアクセスである。いずれか１つのレジスタのアクセス用の関連のデータは常に１６ビット長である。
【００５３】
受信モードは、感知システムノード装置のＲＦ送受信機が着信データフレームを待っている状態である。パケット受信モードによって、感知システムノード装置のＲＦ送受信機が、感知システムノード装置のＭＰＵに干渉されずにパケット全体を受信することが可能となる。全パケットペイロードはRX Packet RAMに格納され、マイクロコントローラが、ＲＸパケットの長さおよび妥当性（ｖａｌｉｄｉｔｙ：バリディティ）を判定した後にデータを取り出す。
【００５４】
感知システムノード装置のＲＦ送受信機は、プリアンブルとこれに続く開始（スタートオブ）フレームデリミタ（Ｓｔａｒｔ  ｏｆ  Ｆｒａｍｅ  Ｄｅｌｉｍｉｔｅｒ）を待っている。そこから、フレームレングスインディケータ（Ｆｒａｍｅ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を使用してフレームの長さを判定しかつ周期冗長検査（Ｃｙｃｌｅ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  Ｃｈｅｃｋ：ＣＲＣ）シーケンスを計算する。フレームの受信後、感知システムノード装置のアプリケーションはパケットの妥当性を判定する。ノイズのため、以下の条件のいずれかにおいて、無効パケットを報告することが可能である。条件：フレーム長（０、１または２）を有する有効ＣＲＣおよび／または無効フレーム長を有する無効ＣＲＣ。
【００５５】
感知システムノード装置のアプリケーションソフトは、パケットのＣＲＣが有効であるかどうか、および３以上の値のパケットフレーム長が有効であるかどうかを判定する。感知システムノード装置のＲＦ送受信機からの割り込み要求に応答して、感知システムノード装置のＭＰＵは、有効なフレーム長およびＣＲＣデータを読み出してチェックすることによりフレームの妥当性を判定する。感知システムノード装置のＲＦ送受信機がデータ転送のために読み出されるときに受信パケットRAMポートレジスタにアクセスする。
【００５６】
感知システムノード装置のＲＦ送受信機は、本発明のノード装置のＭＰＵから干渉されずに全パケットを伝送する。全パケットペイロードはTX Packet RAMに事前にロードされ、感知システムノード装置のＲＦ送受信機はフレームを伝送し、その後、伝送完了の完全なステータスが感知システムノード装置のＭＰＵに設定される。パケットの伝送が成功のうちに行われるとき、感知システムノード装置のＭＰＵで実行される伝送割り込みルーチンがパケット伝送の完了を報告する。感知システムノード装置のＲＦ送受信機からの割り込み要求に応答して、感知システムノード装置のＭＰＵはステータスを読み出して割り込みをクリアにし、かつ伝送の成功をチェックする。
【００５７】
感知システムノード装置のＲＦ送受信機の制御およびデータ転送は、シリアルペリフェラルインターフェース（Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＳＰＩ）によって達成される。通常のＳＰＩプロトコルは８ビットの転送に基づくが、感知システムノード装置のＲＦ送受信機は、トランザクション毎に複数の８ビット転送に基づくより高いレベルのトランザクションプロトコルを必要とする。１回のＳＰＩ読み取りまたは書き込みトランザクションは、８ビットのヘッダ転送およびこれに続く２回の８ビットデータ転送からなる。ヘッダはアクセスタイプおよびレジスタのアドレスを表す。これに続くバイトは読み取り、または書き込みデータである。ＳＰＩはまた、追加的なデータ転送が生じ得る再帰的な「データバースト」トランザクションを支援する。再帰モードは主に、パケットRAMアクセスと感知システムノード装置のＲＦ送受信機の迅速な構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ：コンフィギュレーション）とを対象としたものである。
【００５８】
感知システムが、インソール（ｉｎｓｏｌｅ）モードで動作するかどうかを決定するとき、その状態フラグFootStepPacketRecvdをリセットし、かつそのMLMERXEnableRequestルーチンを呼び出す一方、LOW_POWER_WHILE状態をイネーブルにする。インソールノード１０６は、デフォルト条件としてフルインソール（ｄｅｆａｕｌｔ  ｆｕｌｌ  ｉｎｓｏｌｅ）電極の走査が行われるかまたはマップ電極の走査が開始されるかどうかを判定するために、コレクタノード１１４からの応答を２５０ミリ秒待つ。マップ電極の走査の場合、コレクタノードは、適切な電極の走査マッピングコンフィギュレーションデータを送信する。電極の走査は、FootScanルーチンによって行われる。FootScanルーチンでは、FootDataBufferIndexが初期化され、および行が、出力［PTCDD_PTCDDN＝Output］用のＭＣＵ方向モードをイネーブルすることおよび関連のポートライン（ｐｏｒｔ  ｌｉｎｅ）を低く［PTCD_PTCD6=0］することによって活性化すなわち起動される。各行が、電極の走査マップに基づいて活性化されるとき、ＭＣＵのアナログ信号ポートに取り付けられた列が、列のライン（ｌｉｎｅ）それぞれの現在の電圧をサンプリングして読み取り、かつそれら読み取った電圧を、その選択された行にわたる足底の足部圧であるデジタル形式の値に変換する。行は全て連続的に走査され、リセット条件または非活動パワーダウンモードまで処理全体を繰り返す。
【００５９】
足底の足部圧データは、以下のように構成されたビットマップマスクアレイをクリアにすることにより圧縮される。
【００６０】
【数３】
2011505015.tif 000005
【００６１】
これは、FootMaskArray[k]のビットが、値の圧縮のないデータに対して１に設定される場所である。各行の表現バイトは６ビットを使用して（すなわち、最上位の２ビットはゼロであり、将来使用するためにリザーブすなわち保持される）、各Ａ／Ｄチャネル（６個ある）を参照する。圧縮ビットを設定するために、対応してパラメータFootRowMaskIndexおよびMaskValueがセットされてルーチンFootSetMaskが呼び出され、次いで、MaskValueに基づき、選択されたマスク値を有するFootRowMask[R]でXOR操作が実施される｛０ｘ０１；０ｘ０２；０ｘ０４；０ｘ０８；０ｘ１０；０ｘ２０；｝。
【００６２】
FootSendNumBytesおよびFootDataBufferIndexなどのいくつかの変数を使用し、８０２．１５．４ＲＦパケットgsTxPacket.gau8TxDataBuffer[]を準備して、FootDataBuffer[]の圧縮データを使用して送信する。RFSendRequest（&gsTxPacket）ルーチンを使用してＲＦパケットを送信する。このルーチンは、gu8RTxModeがIDLE_MODEで設定されているかどうかをチェックし、かつgsTxPacketをポインタとして使用して、RAMDrvWriteTxルーチンを呼び出し、次いでこれがSPIDrvReadを呼び出してＲＦ送受信機のTXパケット長のレジスタ内容を読み取る。この内容を使用して、マスク長の設定が、ＣＲＣに２およびコードバイトに２を追加することで２によって更新される。SPIDrvWriteを呼び出してTXパケット長のフィールドを更新する。次に、SPIClearRecieveStatRegが呼び出されて状態レジスタをクリアにした後、SPIClearRecieveDataRegが呼び出されて受信データレジスタをクリアにし、いつでもＳＰＩインターフェースを読み取りまたは書き込みできる準備状態にする。
【００６３】
ＳＰＩインターフェースが準備状態になると、第１のコードバイトを表すOｘFFキャラクタを送信するSPISendCharが呼び出される。次に、SPIWaitTransferDoneが呼び出されて、送信が行われたかどうかの検証を行う。
【００６４】
ここで、SPISendCharが再び呼び出されて、第２のコードバイトである０ｘ７Eバイトを送信する。さらに、SPIWaitTransferDoneが再び呼び出されて、送信が行われたかどうかの検証を行う。これらのコードバイトが送信されながら、パケットの残りが、psTxPkt->u8DataLength+1が反復回数を表わすforループ（繰返しループ）を使用して、一連の順次のSPISendChar、SPIWaitTransferDone、SPIClearRecieveDataRegに送信される。これが行われたら、ＲＦ送受信機に、送信するパケットがロードされる。ANTENNA_SWITCHが伝送するために設定され、LNA_ONモードがイネーブルにされ、最後にRTXENAssertが呼び出されて実際にパケットを送信する。
【００６５】
このように、可変マッピング能力のある連続的な２次元圧力感知グリッドを使用することにより、３次元のリアルタイムの平面圧力を得ることができ、分析および表示するために遠隔地に無線伝送することができる。上述のような感知システム１００のプログラミングに関するさらなる詳細は、「無線送信３軸基準設計設計者基準マニュアル（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｔｒｉｐｌｅ  Ａｘｉｓ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｄｅｓｉｇｎｅｒ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｍａｎｕａｌ）」、書類番号ZSTARRM、改訂３、２００７年１月、および「シンプルメディアアクセスコントローラ（ＳＭＡＣ）ユーザガイド（Ｓｉｍｐｌｅ  Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＳＭＡＣ）Ｕｓｅｒ’ｓ  Ｇｕｉｄｅ）」書類番号SMACRM、改訂１．２、２００５年４月に見られる。それらはそれぞれ、フリースケールセミコンダクタ社（Freescale semiconductor, Inc．）の出版物であり、本願明細書に援用する。
【００６６】
ここで図８を参照すると、本発明の別の実施形態による変換器の第１の電極グリッド層８００を示す。層８００は、図３に示す層３０８に相当する。しかしながら、この場合、複数の長手方向グリッド部材８０４のように、複数の横方向グリッド部材８０２がＲＦモジュール３１２に電気的に結合されている。
【００６７】
図９に、第１の電極グリッド層８００と共に使用する第２の電極グリッド層９００を示す。層９００は、図３に示す層３１０に相当する。しかしながら、この場合、複数の長手方向部材９０２がＲＦモジュール３１２に結合されて、第１の電極グリッド層８００および導電性フォーム層３０２（図８または図９には図示せず）と協働し、ユーザの足部に沿って複数の対象点において圧力を感知する。
【００６８】
図１０Ａ〜図１０Ｆに、図８および図９に示す第１および第２の電極グリッド層と一緒に使用され得るＲＦモジュール３１２の部分を概略的なフォーマットで示す。図１０Ａは、フレキシブルなＰＣＢ接続部１０００に関する概略図の一部を示す。マップアレイにおける電子グリッドの行および列をＲＦモジュール３１２に結合し得る。図１０Ｂは、バッテリー１００２に関する概略図の一部を示す。好適なバッテリーは、型番ＢＫ−８７７のものであって、リン青銅製のＣＲ２４５０ボタン電池保持器（Ｃｏｉｎ  Ｃｅｌｌ  Ｒｅｔａｉｎｅｒ）ＳＭＤ、ニッケル仕上げ接触部、およびマイラー（Ｍｙｌａｒ）バッテリー絶縁体を有するものである。
【００６９】
ここで図１０Ｃを参照すると、本発明の実施形態による３軸加速度計１００４に関する一部を概略的に示す。１つの例示的な加速度計１００４を、フリースケールセミコンダクタ社（Freescale semiconductor, Inc）製（米国アリゾナ州テンペ（Tempe，Arizona USA））のモデルMMA７２６０QT±１．５ｇ〜６ｇ３軸低ｇマイクロマシン加速度計（Ｔｈｒｅｅ  Ａｘｉｓ  Ｌｏｗ−ｇ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）とし得る。この低コストの容量性のマイクロマシン加速度計は、信号調節、１極のローパスフィルタ、温度補償、および４つの感度からの選択を可能にするｇ選択を特徴とする。ゼロｇオフセット全目盛りスパン(Ｚｅｒｏ-ｇ  ｏｆｆｓｅｔ  ｆｕｌｌ  ｓｃａｌｅ  ｓｐａｎ） およびフィルタカットオフは工場出荷時設定であり、外部装置を必要としない。加速度計は、ハンドヘルドのバッテリー駆動式エレクトロニクスには理想的であるスリープモードを含む。
【００７０】
加速度計１００４は、表面マイクロマシン加工で得られた集積回路加速度計である。装置は、表面マイクロマシン加工で得られた容量性の２つの感知セル（ｇセルと称する）と、単一の集積回路パッケージに含まれた信号調節ＡＳＩＣとからなる。感知要素を、バルクマイクロマシン加工で得られたキャップウェハーを使用してウェハーレベルで密封する。
【００７１】
ｇセルは、半導体プロセス（マスキングおよびエッチング）を使用して半導体材料（ポリシリコン）から形成された機械的な構造体である。これは、固定ビーム間で移動する、可動中心質量部に取り付けられたビームのセットとしてモデル化できる。システムが加速度を受けると、可動ビームがそれらの静止位置から撓められる。
【００７２】
中心質量部に取り付けられたビームが動くにつれ、片側におけるそれらビームから固定ビームまでの距離は、他方の側の固定ビームまでの距離の減少両と同じ量だけ増大する。距離の変化は、加速度の測定値である。
【００７３】
ｇセルビームは２つの背中合わせのキャパシタを形成する。中心ビームが加速されて動くにつれ、ビーム間の距離が変わり、各キャパシタの値が変化する（Ｃ＝Ａε／Ｄ）。ここで、Ａはビームの面積であり、εは誘電率であり、およびＤはビーム間の距離である。
【００７４】
ＡＳＩＣはスイッチドキャパシタ技術を使用してｇセルキャパシタを測定し、かつ２つのキャパシタ間の容量差から加速度データを抽出する。ＡＳＩＣはまた、信号を調整しかつ信号をフィルタリング（スイッチドキャパシタ技術で）して、レシオメトリック（ｒａｔｉｏｍｅｔｒｉｃ）すなわち感度とオフセット量が供給電圧に直線的に依存していて、かつ加速度に比例する高いレベルの出力電圧をもたらす。
【００７５】
ｇ選択機能によって、装置すなわち加速度計に存在する４つの感度からの選択が可能になる。ピン１および２における論理入力に依存して、１．５ｇ、２ｇ、４ｇまたは６ｇ感度で機能できるように装置の内部利得が変化する（下記表１参照）。製品すなわち加速度計が、最適な性能にするために異なる感度を必要とするアプリケーションを有する場合、この機能は理想的である。感度は、製品の動作中いつでも変えることができる。ｇ選択１ピンおよびｇ選択２ピンは、１．５ｇ感度のみを必要とするアプリケーションに対して、装置がその感度を保持するための内部のプルダウンを有する場合、接続されていないままである（８００ｍＶ／ｇ）。
【００７６】
【表１】
2011505015.tif 000006
【００７７】
加速度計１００４は、バッテリー式製品に理想的であるスリープモードを提供し得る。スリープモードがアクティブなとき、装置すなわち加速度計の出力がオフにされて、動作電流を著しく低減する。ピン１２に低レベル入力信号（スリープモード）を与えることにより、装置をこのモードにし、かつ電流を典型的には３μＡまで削減する。電力消費を低くするためには、ｇ選択１およびｇ選択２を１．５ｇモードに設定することが推奨される。ピン１２に高レベル入力信号を与えることにより、装置は再開して、ノーマルモードの動作になる。
【００７８】
加速度計１００４はまた、搭載された単極スイッチドキャパシタフィルタを含む。フィルタは、スイッチドキャパシタ技術を使用して実現されているため、カットオフ周波数を設定するために外部受動部品（すなわち、レジスタおよびコンデンサ）を必要としない。
【００７９】
レシオメトリシティは単に出力オフセット電圧を意味し、および感度は、加えられた供給電圧に対して直線的に増減する。すなわち、供給電圧が増加すると、感度およびオフセットは直線的に高くなる；供給電圧が減少すると、オフセットおよび感度は直線的に低くなる。これは、マイクロコントローラまたはＡ／Ｄ変換器と連結するときの重要な特徴である。なぜなら、アナログデジタル変換処理における、供給によって引き起こされたエラーを、システムレベルでの取り消しを行うからである。オフセットのレシオメトリックエラーをＶＤＤ＝２．２Ｖにおいて、典型的には、＞２０％とし得る。感度のレシオメトリックエラーを、典型的には、ＶＤＤ＝２．２Ｖにおいて＞３％とし得る。
【００８０】
【表２】
2011505015.tif 000007
【００８１】
VDDラインは、装置のVDDピンにおいて測定するとき、＜０．１ｍｓ内に２．２Ｖに達する能力を有する必要がある。これよりも長い立ち上がり時間は、おそらくは、起動動作を妨げることであろう。マイクロコントローラへの加速度計の物理的な結合距離は最小である必要がある。パッケージの下側にあるフラグすなわちダイパッドを、内部で地面に接続する。フラグを半田付けすることは勧められない。接地面を加速度計１００４の下側に配置して、ノイズを低減させる。接地面を開放型端末全てに取付ける必要がある。１．０ｋΩのレジスタ１００６および０．１μＦコンデンサ１００８を有するRCフィルタを加速度計１００４の出力側において使用して、（スイッチドコンデンサフィルタ回路からの）クロックノイズを最小限にすることができる。電源および接地のPCBレイアウトは電源ノイズを結合するべきではない。加速度計およびマイクロコントローラは高電流路とするべきではない。Ａ／Ｄサンプリングレートおよびいずれかの外部電源スイッチング周波数を、内部加速度計のサンプリング周波数（サンプリング周波数に対して１１ｋＨｚ）を妨げないように、選択する必要がある。これにより、エイリアシングエラーを回避する。PCBレイアウトは、QFN部分下にトレースまたはビアを設けるべきではない。これらは加速度計フラグに接地短絡をもたらし得る。
【００８２】
加速度計１００４に関するさらなる詳細はフリースケール（Freescale）セミコンダクタの書類番号：MMA７２６０QT、改訂５、０３／２００８にみられ、それを本願明細書に援用する。
【００８３】
ここで図１０Ｄ〜図１０Ｆを参照すると、本発明の実施形態に従って使用され得る、マイクロコントローラ１０１０、ならびにバラン１０１４および水晶発振器１０１６を含む送受信機１０１２に関連する部分の概略図を示す。両機能を組み込む１つの例示的なプラットフォームを、IEEE（登録商標）８０２．１５．４標準およびフリースケールセミコンダクタ社（Freescale semiconductor、Inc）製（米国アリゾナ州テンペ（Tempe、Arizona USA））のマイクロコントローラ用の、モデルＭＣ１３２１３ＺｉｇＢｅｅ（商標）−準拠プラットフォーム（Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ）−２．４GHz低電力送受信機（Ｌｏｗ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）とし得る。
【００８４】
MC１３２１ｘファミリーは、フリースケールセミコンダクタの第２世代ZigBeeプラットフォームであり、それは、低電力の２．４GHz無線周波数送受信機および８ビットのマイクロコントローラを、単一の９×９×１ｍｍの７１ピンLGAパッケージに組み込んでいる。MC１３２１ｘソリューションを、単純な専用の二地点間接続から、完全なZigBeeメッシュネットワークまで無線アプリケーションに使用することができる。小型のフットプリントパッケージにおける無線およびマイクロコントローラの組み合わせによって、費用効果的な解決法が可能となる。
【００８５】
MC１３２１ｘは、２．４GHz ISM周波数帯域で動作する８０２．１５．４に準拠した無線であるＲＦ送受信機を含む。送受信機は低雑音増幅器、１mWの公称出力電力、内部電圧制御発振器（VCO）を備えるPA、統合伝送／受信、および復号を含む。MC１３２１ｘはまた、マイクロコントローラユニット（MCU）のHCS０８ファミリー、特にHCS０８バージョンAに基づいたマイクロコントローラを含み、かつ６０KBまでのフラッシュメモリおよび４KBのRAMを提供し得る。搭載MCUにより、通信スタックが可能になり、かつまた、アプリケーションを同じシステムインパッケージ（ｓｙｓｔｅｍ−ｉｎ−ｐａｃｋａｇｅ）（SIP）に存在させることが可能となる。ＭＣ１３２１３は、６０Kのフラッシュメモリおよび４KBのRAMを含み、かつまた、フリースケールセミコンダクタの完全に準拠した８０２．１５．４ＭＡＣと完全にZigBeeに準拠したフリースケールビースタック（Freescale BeeStack）とで使用することを意図している。
【００８６】
【表３】
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【００８７】
図１１および図１２に、図８、図９および図１０Ａ〜図１０Ｆによる変換器と使用し得る第１および第２のアルゴリズムを示す。感知システム１００は、スライディングウィンドウのボックスカー式の積分器（ｓｌｉｄｉｎｇ  ｗｉｎｄｏｗ  ｂｏｘｃａｒ  ｓｔｙｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）と併用して指数関数的移動平均フィルタを使用して、３次元Ax、Ay、Az全てのリアルタイム加速度データをプロセスごとにデジタル化し得る。累積した加速度データを分析して、ストライドおよびステップなどの一意の動きのアーティファクトならびにそれらの個々の方向を識別し得る。基準フレームを作成して動きのアーティファクトの可変の時間シーケンスを提供し得る。ＸＰＵ導電性フォーム（ｆｏａｍ）によって、ステップの開始（すなわち、立った姿勢−足部をあげてスライドを開始する）およびステップの終わり（すなわち、足部を降ろして−立った姿勢）などの基準フレームのゲーティングが可能となる。感知システム１００を支援するプロセッサで実行される組み込みソフトウェアとして組み込まれかつ実装され得る一般的なアルゴリズムは以下の通りである。
【００８８】
【数４】
2011505015.tif 000014
【００８９】
［００９３］そのアルゴリズムの代替的な実施形態を図１１に示す。どちらの場合も図１２に示すように、これらのアルゴリズムの結果を合計してまとめる。これを表わす式はおおよそ以下の通りである：
【００９０】
【数５】
2011505015.tif 000015
【００９１】
それゆえ、感知システム１００は、縦足弓下の、成人男性の足部圧と女性の足部圧との足底の圧力の差を測定するのに十分な感度を有する。中足部下では、女性は、立っている間のピーク足部圧が低くなる。かつまた、女性の場合、歩いているときに女性の足部の縦足弓下において体重と足部圧との間に相関関係がある。これにより、感知システム１００によって、靭帯の構造、すなわち歩いている際の体重を支えているフェーズの間にある程度縦足弓の崩れをきたすこととなる、当該靭帯の構造を分析することが可能となる。
【００９２】
感知システム１００は、走っている間にも同様な足部機能分析を行うことができる。具体的には、感知システム１００は、中足部の負荷、ならびに男性ランナーと比較して女性ランナーの場合の方がより明白である後足部の回転量を分析することができる。子供の場合、成人とは違って、体重は、子供の足部下の圧力の大きさに重大な影響を与えるものであると判明しており、男の子と女の子との間で足部圧、または相対的な負荷パターンに差がない。このような場合に感知システム１００を周期的に使用して、子供が成長するにつれた、子供の歩き／走り／足取りに関連した潜在的な問題を分析し得る。これは、適切な中敷（ｉｎ−ｓｏｌｅ）および他のサポート構造の開発の手助けとなるデータを提供して、歩き／走り／足取りに関連した問題の改善化（ｒｅｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ）に役立つことができる。
【００９３】
感知システム１００は、過体重および肥満の人の痛みならびに下肢の不快感の原因を決定する手助けとなり得る。足底の圧力解析を分析するシステムの能力によれば、痛みおよび下肢の不快感をさらに見つけることもできる。立っているおよび歩いている間の肥満な成人と非肥満な成人との間の足底の圧力差は、過体重の人の前足部の幅対足部の長さの比が大きくなっていることを示す。これは、体重による負荷が増加した条件下において前足部が広がっているためである。地面に対する足部の荷重を支持する接触域が増えていても、過体重の人は、立っている、歩いているおよび走っている間中、踵、中足部および前足部の下側における足部圧はかなり高い。
【００９４】
感知システム１００は、肥満男性と比べて肥満女性の方が、立っている期間中の中足部下の足部圧をより高く測定される。女性の足部における靭帯の本来の強さが自然に低減した結果、土踏まずが扁平化するが、この扁平化には、主に、体重の影響がある。体重は、これら肥満な人の下肢の痛みおよび不快感、ならびに肥満な人の履物の選択、および歩くおよび走るなど日々の生活の活動に関与したいという気持ちなどに影響を与え得る。歩く場合、前足部圧ならびに前足部接触域は、肥満女性でかなり増大している。感知システム１００は、この前足部足底の圧力の増大を分析しおよびモニタすることができる。この圧力の増大は、ほとんどの場合、足部に不快感をもたらしおよびこれらの肥満女性が通常の身体活動を行うのを妨げてしまう。
【００９５】
感知システム１００は、ランナーがオーバーユースすなわち酷使による傷害の管理をする手助けを行うことができる。オーバーユース傷害は、毎年、活動しているランナーの半数超に発生し、ランニングをやめさせる原因となっている。そのような傷害の原因としては、トレーニング変数、後足部運動変数、運動力学的変数および強さの変数を最適化するための体の寸法にばらつき（違い）または分布があることが挙げられる。リアルタイムの足部圧などの生体力学的なパラメータを、感知システム１００によって特定し、分析することは、オーバーユース傷害を保護しおよびパフォーマンスの向上をもたらす鍵となる運動用の履物の性質を特定するのに役立つ。そのようなパラメータをミッドソール材料特性とし、これら特性は、履物の製造におけるばらつきに関する情報をもたらすことができる。
【００９６】
感知システム１００は、ランニングシューズ／運動競技用の履物の後足部の回転、足部圧パターン、および衝撃吸収特性を測定しかつ記録して、オーバーユース傷害の危険性を低減する助けとなり得る靴の特徴を分析できる。それゆえ、感知システム１００を使用して、様々な地形タイプにおけるランニング中に靴が合うかどうかおよび靴の快適性を評価できる。感知システムの長期のモニタリングおよびアーカイブ能力により、時間が経つにつれておよび使用するにつれる靴の特性の劣化を分析することが可能となる。
【００９７】
感知システム１００は、ランニングおよびトレーニング中の靴の中の圧力をリアルタイムで記録し、かつ履物と、その履物を履いている人の足部の構造（メカニクス：ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）との間の相互作用に関する情報を提供する。ランニングおよびトレーニング中に回転しすぎることが、多くのオーバーユース傷害の原因となっている。一般に、後足部の過剰な動きを制限することおよび衝撃吸収性を改善することによって、ランニングおよびトレーニングにおける傷害の危険性を低減することができる。距骨下関節の回転を判定しかつ測定することは、ランニングシューズおよびトレーニングシューズの評価を行うために重要である。リアルタイムで距骨下関節の回転測定データを収集することは、感知システムの主要な機能の１つである。
【００９８】
感知システム１００は、特徴をモニタリングしおよび記録して評価することによって傷みまたは擦り切れおよび引裂き（ｗｅａｒ  ａｎｄ  ｔｅａｒ）を判定し得る。感知システムは、足部圧データを無線で、およびミッドソール（ｍｉｄ−ｓｏｌｅ）すなわちソールの中間部の特性の違いと組み合わせられた後足部の動きの変化でリアルタイムに検出し、収集すなわち記録しおよび分析して、靴のクッションの違いを判定して靴の全体的な堅さすなわち剛性を分類する能力を有する。これらの剛性の特徴は、履物のランディングパターンを変えて、より低い衝撃力を引き出すようになる。これにより、着用者がそのような靴を使用して繰り返しの衝撃負荷によって生じる傷害を最小限にするために有益な生体力学的な査定を行う構成とすることが可能となる。インソールの摩耗は、緑、黄、赤のグラフィックディスプレイ表示として靴の外側に表示されて、靴の摩耗の度合いを示す。
【００９９】
感知システム１００は、足部ゾーン（踵、中足部および前足部）によって重量および力の評価を行い得る。感知システム１００は、歩行、ランニングおよび／またはトレーニング中に、進化したクッショニングコラムシステム（ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇ  ｃｏｌｕｍｎ  ｓｙｓｔｅｍ）を備えるランニングシューズの垂直方向の地面からの反作用力のパターンならびに材料特性に関係する足部圧データを、無線およびリアルタイムで検出、収集および解析する能力を有する。
【０１００】
感知システム１００は、特定の事象の間のおよび相関関係にある複数の事象（練習対試合活動）の間における対象（被験者）の足取りの変化／パターンを決定し得るように、活動中の足のソール（ｆｏｏｔ  ｓｏｌｅ）の圧力パターンの変化を検出し得る。例えばランニングレースでの体液或いは水分（ｆｌｕｉｄ）の損失のようなことによる、時間が経つにつれる圧力のわずかな変動も検出できるようにする。この情報を収集サイトまたはモニタへ無線で伝送する能力がある。
【０１０１】
感知システム１００は、特定のスポーツイベント中の力のパターンにおける変化を検出し、かつ予想される出力に対する力／エネルギー条件を計算することができる。エネルギーベクトル分析対現在の予想される出力を得ること。
【０１０２】
感知システム１００は、ダンスや運動学的な利用、例えばインタラクティブなダンス運動（例えば、対象（被験者）が正しいステップを踏んでいるときには対象にある信号が送られ、間違っているときには別の信号が送られるゲームのアプリケーションとしてダンスを学ぶ）に必要なモニタリングおよび解析を提供し得る。
【０１０３】
感知システム１００は、産業上の利用に必要なモニタリングおよび解析を提供して、組立て効率に対して測定された許容可能な人員の動き、危険区域および／またはセキュリティ区域など立ち入りが禁止されている特定の領域への立ち入りを監視するために個々の作業者の配置の決定などの倉庫人員の有効性を決定し（ＧＰＳは建物の内部では、とりわけ倉庫環境においては非常に効果的というわけではなく、高価であるため）、ならびに減量および健康維持に対する従業員の健康管理を刺激するアプリケーションにおいてモニタリングおよび解析を提供し得る。
【０１０４】
感知システム１００は、ゲームのインターフェースを増強し、プレイステーション（ＰｌａｙＳｔａｔｉｏｎ）ＰＳ３（登録商標）およびＸＢｏｘ３６０（登録商標）のゲーム機などのテレビゲームを補足し得る。これは、これらのゲーム機で実行されるテレビゲームとのインタラクションの仕方に関する特別な次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ディメンション）を追加する。ジャンプ、歩行またはランニング中に検出された足部圧の活動は、足部の向きおよび位置のデータと組み合わせられて、通常の人気のあるテレビゲームとの対話性を高め、格闘ゲームにおけるキックまたはブロックのように直感的に認識してゲームをすることが可能となる。
【０１０５】
感知システム１００のバックエンドサーバ処理オプションは、スポーツゲーム（例えば、フットボール、サッカー、および／またはバスケットボールなど）に関与するプレーヤーのフィールドを表す感知システム中敷（ｉｎｓｏｌｅ：インソール）モニタを大きなグループとして収集することができる。これは、遠隔解析サポーティング集団レビュータイプのアプリケーション用にウェブサイトとして実装し得る。感知システム１００は、個々のソール用の特定の記号（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ：シグネチャ）によって、人（２つのソール）によって、または個々のソールの集合によって大きな参照フィールド（スポーツフィールド、戦場、長距離走）にわたるデータを収集することができる。それゆえ、感知システム１００は、伝送ゾーンに着信したときに、ウェブでゲームをする仲間によって記憶され、比較されかつ評価されるポストイベント再シミュレーションを作成するウェブインターフェースへこの情報を全てダウンロードできるようにする。
【０１０６】
感知システムのバックエンドサーバ処理オプションは、スポーツゲーム（例えば、フットボール、サッカー、および／またはバスケットボールなど）に関与するプレーヤーのフィールドを表す感知システム中敷モニタを大きなグループとして収集することができる。これにより、リアルタイムのおよびアーカイブされた中敷（ｉｎ−ｓｏｌｅ：インソール）データを用いる相関分析を使用することによってゲーム戦略解析プログラムを作成することができる。リアルタイムのビデオなどの追加的なデータ入力によって、強化型動的ゲーム戦略調整プログラムなどが可能となることが、当業者には容易に理解される。
【０１０７】
感知システム１００は、ランニングレース中での水分の損失、医療またはリハビリ環境における血圧の変化、血圧が、オペレータが継続するのに適しているかを示し得る作業プロセス（例えば、車の運転）中の血圧の変化のような状態に起因する、時間が経つにつれる足部圧のわずかな変動を検出することができる。感知システム１００のモニタリングおよびアーカイブ能力を用いて、プログラムを、上述のように長期の足部圧の変動分析を管理するように構成し得る。
【０１０８】
この感知システム１００を、車両速度のオペレーションの主要なメカニズムとして、車用のフロアマットタイプの構成に、実装し得る。感知システムをまた、傷害や先天性異常のためにオペレータが手または足部の操作システムに圧力をかけることができない場合に、小型モータ制御を支援するアプリケーションに使用し得る。上述のどちらの場合も、感知システム１００の無線サポートでは６自由度の動作を可能にする。
【０１０９】
感知システム１００のさらに別の実施形態は、エネルギーが「取り込まれる」」システムである。すなわち、圧電繊維複合体が機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換できる。感知システム１００の代替的な実施形態を使用してそのような圧電繊維複合体の性質を活用し得る。なぜなら、それら複合体は圧電セラミックバルクよりも軽くてより可撓性があるからである。そのような圧電繊維複合体は、３Ｈｚの「ステッピング」周波数において５０Ｖを生じることができる。これにより、５ミリアンプの速度でバッテリーを充電することができる。圧電繊維複合体を、本発明の様々な実施形態のインソール内に踵から足指まであるように成形することができる。圧電繊維複合体を平行にして、所望の電力を蓄積してもよい。その結果、感知システム１００は、インソール設計用に、ポリエチレンシートと併せて、プロットされて積層された実装を活用することができる。
【０１１０】
圧電繊維複合体を含むそのような感知システム１００は、非常に耐久性があり、かつ２億サイクルよりも多い疲労寿命を有し、その圧電特性には劣化がない。ここで使用された圧電繊維複合体は、直径２５０ミクロンであり、長さは可変である。充電回路を追加して、バッテリー充電アプリケーションに電圧制限および調整能力をもたらすことができる。感知システム１００に有用な特定のバッテリー技術は、そのアプリケーションの機能である。例えば、ゲーム、スポーツおよびヘルスモニタリングアプリケーションは、再充電可能なリチウム−ポリマー（Ｌｉ−ＰｏＩｙ）バッテリーを必要とし得る。そのような場合には、圧電繊維複合体の１ｍｍのインソール層がバッテリーの再充電実装に適切である。
【０１１１】
本発明の様々な実施形態を説明してきたが、それらは、限定ではなく例示目的で提示されたにすぎないことを理解されたい。それゆえ、本発明の広がりおよび範囲を、上述の例示的な実施形態のいずれかによって限定すべきでなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物に従ってのみ定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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2011505015.tif 000024
【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2011505015.tif 000027
【図１０Ｃ】
2011505015.tif 000028
【図１０Ｄ】
2011505015.tif 000029
【図１０Ｅ】
2011505015.tif 000030
【図１０Ｆ】
2011505015.tif 000031
【図１１】
2011505015.tif 000032
【図１２】
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【国際調査報告】
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