(57)【要約】開示されているのは、付属物装着可能電子システム及び付属物表面を被覆し、形状適合するための関係する方法である。柔軟性又は延伸性を有する基材は、曲面を有する付属物を含む、付属物を受け入れるための内面、及び外部表面にアクセス可能な対向する外面を有する。延伸性又は柔軟性を有する電子デバイスは、注目する適用対象に応じて、基材の内面及び／又は外面によって支持される。電子デバイスは、基材と組み合わせて、内面と囲い部内に設けられた付属物の表面との間の形状適合接触を円滑にする純曲げ剛性をもたらす。一態様では、システムは、センサー、アクチュエータ、又はセンサーとアクチュエータの両方のアレイを備える電子デバイスなどの、電子デバイスの機能性に悪影響を及ぼすことなく表面のひっくり返しを行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面及び外面を有し、前記内面は曲面を有する付属物を受け入れることができる囲い部を定める、柔軟性又は延伸性を有する基材と、
前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記内面又は前記外面によって支持される１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスであって、前記センサー、アクチュエータ、又はその両方は１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備え、前記無機半導体構成品、金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、５００ミクロン以下の厚さを有する電子デバイスとを備え、
前記柔軟性又は延伸性を有する基材及び前記電子デバイスは、前記基材の前記内面が前記囲い部内に設けられた前記付属物の表面との形状適合接触を確立することができるように十分に低い前記システムの純曲げ剛性をもたらす付属物装着可能電子システム。
【請求項２】
前記付属物は、手、指、指先、頭、鼻、耳、歯、足、爪先、脚、腕、胴、又はこれらの任意の部分である請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
手を被覆するための装置付き手袋又は指若しくは指先を被覆する装置付き指チューブを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記装置付き手袋は、外科手術用の医療用手袋である請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
人間−機械インターフェースシステムを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
ロボット操作のためのデバイスを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材及び前記電子デバイスは、１×１０８ＧＰａμｍ４以下の前記システムの前記純曲げ剛性をもたらす請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記デバイスの前記純曲げ剛性は、前記基材の前記内面によって支持される前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方が前記囲い部内に設けられた前記付属物の前記表面との形状適合接触を確立することができるように十分に低い請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材及び前記電子デバイスは、１×１０−４Ｎｍ以下の前記システムの純屈曲剛性をもたらす請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記基材は、柔軟性を有する基材であり、前記電子デバイスは、柔軟性を有する電子デバイスである請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記基材は、延伸性を有する基材であり、デバイスは、延伸性を有する電子デバイスである請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムは、中立機械面によって特徴付けられ、前記１つ若しくは複数の無機半導体構成品、又は前記１つ若しくは複数の金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、前記中立機械面に近接して位置決めされる請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電子デバイスは、前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方のうちの２〜１０００個を備えるを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電子デバイスは、前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方のうちの少なくとも３つの異なる種類を備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方は、目の粗いメッシュの幾何学的形状で形成される請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方は、０．５ｃｍ２〜１００ｃｍ２の範囲から選択される設置表面積を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記電子デバイスは、電極、触覚センサー、歪みゲージ、静電容量センサー、温度センサー、圧力センサー、モーションセンサー、ポジションセンサー、変位センサー、加速度センサー、力センサー、化学センサー、ｐＨセンサー、容量センサー、光学センサー、光検出器、撮像システム、並びにこれらのアレイ及び組み合わせからなる群から選択された１つ又は複数のセンサーを備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電子デバイスは、電気触覚刺激装置、電極、熱源、圧電素子、音響素子、ＲＦエネルギー源、磁気アクチュエータ、電磁放射線源、レーザー、発光ダイオード及びアレイ、並びにこれらのアレイ及び組み合わせからなる群から選択された１つ又は複数のアクチュエータを備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記センサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記内面によって支持され、前記センサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記外面によって支持される請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスは、アレイで設けられ、前記基材の前記内面によって支持される複数の前記電気触覚刺激装置を備え、これにより前記囲い部内の前記付属物を電気的に刺激する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスは、前記電気触覚刺激装置の多重化されたアレイを備える請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記アレイの前記電気触覚刺激装置は、蛇行する電気的相互接続部のネットワークを介して電気的に相互接続される請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記電気触覚刺激装置のそれぞれは、外側領域によって囲まれている内側領域を有する薄膜金属構造を備え、前記内側領域と前記外側領域との間に間隙が設けられている請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記内側領域は１０μｍ〜１０００μｍの範囲から選択された横寸法を有し、前記外側リングは１０μｍ〜５０００μｍの範囲から選択された横寸法を有し、前記間隙は１０μｍ〜１０００μｍの範囲から選択された横寸法を有する請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記内側領域のそれぞれは、導電性円板形状電極であり、前記外側領域は、前記円板形状電極と同心となる位置にある導電性リング形状電極である請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記電子デバイスは、アレイとして構成され、前記基材の前記外面、内面、又は前記外面と内面の両方によって支持される複数の触覚センサーを備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記電子デバイスは、前記触覚センサーの多重化されたアレイを備える請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記アレイの前記触覚センサーは、蛇行する電気的相互接続部のネットワークを介して電気的に相互接続される請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記触覚センサーのそれぞれは、１００μｍ〜５０００μｍの範囲から選択された横寸法を有する薄膜金属構造を備える請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記触覚センサーの前記薄膜金属構造物は、導電性円板形状電極である請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記電子デバイスは、前記外面によって支持された１つ又は複数の触覚センサーと前記内面によって支持された１つ又は複数の電気聴覚刺激装置とを備え、前記１つ又は複数の触覚センサーは、前記１つ又は複数の触覚センサーからの出力が前記１つ又は複数の電気触覚刺激装置に供給され、前記触覚センサーの出力に比例して前記付属物を電気的に刺激するように前記１つ又は複数の電気触覚刺激装置と電気的に連通する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記電子デバイスは、複数の電極を備え、それぞれの電極は
１ｍｍ未満の直径を有する内側円板と、
前記内側円板を囲む外側リングであって、前記内側円板及び前記外側リングは、互いに関して同心となるように位置決めされ、前記内側円板と前記外側リングとの間の分離距離は１００μｍ以上から５００μｍ以下までの範囲から選択される、外側リングとを備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記内面、前記外面、又はその両方によって支持される１つ又は複数の追加の電子部品をさらに備え、前記追加の電子部品はセンサー、アクチュエータ、電源、ワイヤレス電源、光起電デバイス、ワイヤレス送信機、アンテナ、ナノ電気機械システム、微小電気機械システム、並びにこれらのアレイ及び組み合わせからなる群から選択される請求項３３に記載のシステム。
【請求項３４】
前記１つ又は複数の追加の電子部品は、歪みゲージを備える請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記歪みゲージは、１つ又は複数の半導体ナノ膜を備える請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記半導体ナノ膜のそれぞれは、それぞれ独立して、１μｍ〜１０ｍｍの範囲から選択された横寸法及び１００ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択された厚さを有する請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記歪みゲージは、複数の少なくとも３つの電気的に接続された半導体ナノ膜を備える請求項３５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記半導体ナノ膜は、蛇行する電気的相互接続部のネットワークを介して電気的に相互接続される請求項３５に記載のシステム。
【請求項３９】
前記１つ又は複数の無機半導体構成品を備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４０】
前記１つ又は複数の無機半導体構成品のそれぞれは、独立して多結晶半導体材料、単結晶半導体材料、又はドープ多結晶若しくは単結晶半導体材料を含む請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記１つ又は複数の無機半導体構成品のそれぞれは、独立して、単結晶半導体材料を含む請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記１つ又は複数の無機半導体構成品のそれぞれは、独立して、１００μｍ以下の厚さを有する請求項３９に記載のシステム。
【請求項４３】
前記電子デバイスの前記無機半導体構成品のそれぞれは、５０ナノメートル〜１００ミクロンの範囲から選択された厚さを有する請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４４】
前記電子デバイスの前記無機半導体構成品のそれぞれは、１×１０−４Ｎｍ以下のシステムの純屈曲剛性を有する請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記電子デバイスの前記無機半導体構成品のうちの前記１つのそれぞれは、０．５ＭＰａ〜１０ＧＰａの範囲から選択されたヤング率を有する請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記電子デバイスの前記無機半導体構成品のそれぞれは、１×１０８ＧＰａμｍ４以下の純曲げ剛性を有する請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記１つ又は複数の無機半導体構成品のそれぞれは、独立して、半導体ナノ膜構造物を含む請求項３９に記載のシステム。
【請求項４８】
前記半導体ナノ膜構造物は、ダイオード電子部品である請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記１つ又は複数の金属構成品を備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５０】
前記１つ又は複数の金属導体構成品は、アレイの形をとる複数の電極を備える請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記アレイ内の前記電極のそれぞれは、独立して、１００μｍ以下の厚さを有する請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記電極アレイは、１０〜１０，０００個の範囲にわたって選択された個数の電極を有する請求項５０に記載のシステム。
【請求項５３】
前記アレイの前記電極は、蛇行する電気的相互接続部のネットワークを介して電気的に相互接続される請求項５０に記載のシステム。
【請求項５４】
前記電子デバイスの前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方は、複数の電極、多重化回路、及び増幅回路を備える延伸性又は柔軟性を有する電極アレイを備える請求項４９に記載のシステム。
【請求項５５】
前記延伸性又は柔軟性を有する電極アレイは、複数の電極ユニットセルを備える請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記延伸性又は柔軟性を有する電極アレイは、５０個又はそれ以上の電極ユニットセルを備える請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記電極アレイの隣接する電極ユニットセルは、５０μｍ以下の距離で互いから隔てられている請求項５５に記載のシステム。
【請求項５８】
前記電極アレイの前記電極ユニットセルは、１０ｍｍ２〜１０，０００ｍｍ２の範囲の面積の前記柔軟性又は延伸性を有する基材によって支持される請求項５５に記載のシステム。
【請求項５９】
前記電極アレイのそれぞれの電極ユニットセルは、コンタクトパッド、増幅器、及びマルチプレクサを備え、前記コンタクトパッドは、組織との電気的インターフェースを備え、前記増幅器及びマルチプレクサと電気的に連通する請求項５５に記載のシステム。
【請求項６０】
前記ユニットセルの前記増幅器及びマルチプレクサは、複数のトランジスタを備える請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
前記１つ又は複数の金属導体構成品は、複数の延伸性を有する電気的相互接続部を備える請求項４９に記載のシステム。
【請求項６２】
前記延伸性を有する電気的相互接続部は、少なくとも部分的に自立しているか、又は繋留された幾何学的形状をとる請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
前記延伸性を有する電気的相互接続部は、湾曲した幾何学的形状を有する請求項６１に記載のシステム。
【請求項６４】
前記電気的相互接続部は、蛇行構成を有する請求項６１に記載のシステム。
【請求項６５】
前記延伸性を有する電気的相互接続部は、前記１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品のうちの１つ又は複数の少なくとも一部を含む剛体デバイスアイランドを電気的に接続する請求項６１に記載のシステム。
【請求項６６】
前記剛体デバイスアイランドの少なくとも一部は、それぞれ独立して、単結晶無機半導体構造物を備える請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記剛体デバイスアイランドの少なくとも一部は、それぞれ独立して、単結晶半導体ナノ膜を備える請求項６５に記載のシステム。
【請求項６８】
前記剛体デバイスアイランドは、前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える請求項６５に記載のシステム。
【請求項６９】
前記センサー又はアクチュエータは、電極、触覚センサー、歪みゲージ、静電容量センサー、温度センサー、圧力センサー、モーションセンサー、ポジションセンサー、変位センサー、加速度センサー、力センサー、化学センサー、ｐＨセンサー、容量センサー、光学センサー、光検出器、撮像システム、電気触覚刺激装置、電極、熱源、圧電素子、音響素子、ＲＦエネルギー源、磁気アクチュエータ、電磁放射線源、レーザー、発光ダイオード、並びにこれらのアレイ及び組み合わせからなる群から選択される請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスの少なくとも一部は、前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記外面によって支持される請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７１】
前記柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスの少なくとも一部は、前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記内面によって支持される請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７２】
前記内面及び外面は、前記柔軟性若しくは延伸性を有する基材の前記内面若しくは前記外面によって支持される前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の機能性パラメータの実質的な低下を引き起こすことなく互換的にひっくり返すことができる請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７３】
アクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーのアレイを備え、前記アレイは、アクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーの前記アレイの機能性パラメータを実質的に低下させることなく、内側と外側の構成、外側と内側の構成とで互換的にひっくり返すことができる請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７４】
前記電子デバイスを支持する外面がひっくり返され、これにより、ひっくり返した後に、前記外面によって支持されている前記機能性電子デバイスは、前記内面によって支持される前記機能性電子デバイスとなる請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７５】
前記機能性電子デバイスは、前記電気触覚刺激装置のアレイであり、前記電気触覚刺激装置の少なくとも９０％は、外向きの表面から内向きの表面の幾何学的形状にひっくり返した後も機能し続ける請求項７４に記載のシステム。
【請求項７６】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、閉管幾何学的形状を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７７】
前記囲い部は、５ｍｍ〜１０００ｃｍの範囲から選択された断面寸法を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７８】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、エラストマー基材である請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７９】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、ポリマー、無機ポリマー、有機ポリマー、プラスチック、エラストマー、バイオポリマー、熱硬化性樹脂、ゴム、又はこれらの組み合わせである請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８０】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、ＰＤＭＳ、パリレン、ポリイミド、又はエコフレックス（登録商標）である請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８１】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、生体適合性材料又は生体不活性材料である請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８２】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、０．２５μｍ〜１０，０００μｍの範囲で選択された平均厚さを有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８３】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、前記電子デバイスを支持する実質的に均一な厚さを有するか、又は１つ若しくは複数の横寸法に沿って選択的に変化する前記電子デバイスを支持する厚さを有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８４】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、柔軟性又は延伸性を有するメッシュ構造物である請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８５】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、０．５ＫＰａ〜１０ＧＰａの範囲で選択された平均ヤング率を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８６】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、５００％以上の破壊歪みによって特徴付けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８７】
前記機能性デバイスの少なくとも一部を少なくとも部分的に封入する障壁層をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８８】
前記障壁層は、前記電子デバイスからの正味漏れ電流を前記システムと接触している材料に悪影響を及ぼさない量に制限するか、又は前記電子デバイスからの熱伝達を前記システムと接触している材料に悪影響を及ぼさない量に制限する請求項８７に記載のシステム。
【請求項８９】
前記障壁層は、前記電子デバイスの少なくとも一部への外部流体の通過を実質的に防ぐ請求項８７に記載のシステム。
【請求項９０】
前記障壁層は、重合体、無機重合体、有機重合体、プラスチック、エラストマー、生重合体、熱硬化性樹脂、ゴム、又はこれらの組み合わせである請求項８７に記載のシステム。
【請求項９１】
前記障壁層は、ＰＤＭＳ、パリレン、ポリイミド、又はエコフレックス（登録商標）である請求項８７に記載のシステム。
【請求項９２】
前記障壁層は、１μｍ〜１００μｍの範囲から選択された平均厚さを有する請求項８７に記載のシステム。
【請求項９３】
前記障壁層は、０．５ＫＰａ〜１０ＧＰａの範囲で選択された平均縦弾性係数を有する請求項８７に記載のシステム。
【請求項９４】
前記障壁層は、平均厚さを有し、前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、平均厚さを有し、前記障壁層の前記平均厚さと前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記平均厚さとの前記比は、０．０１〜１の範囲で選択される請求項８７に記載のシステム。
【請求項９５】
前記障壁層は、メッシュ構造を有する請求項８７に記載のシステム。
【請求項９６】
前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部を電気的に接続する１つ又は複数の延伸性を有する相互接続部をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９７】
前記１つ又は複数の延伸性を有する相互接続部は、曲げられた構成をとる導電性の金属部を備える請求項９６に記載のシステム。
【請求項９８】
前記１つ又は複数の延伸性を有する相互接続部は、付与された蛇行構成をとるナノワイヤを備える請求項９６に記載のシステム。
【請求項９９】
前記ナノワイヤは、矩形の断面を有し、５０ｎｍ〜１μｍの範囲から選択された厚さと１０μｍ〜１ｍｍの範囲から選択された幅とを有する請求項９８に記載のシステム。
【請求項１００】
前記蛇行構成は、１００μｍ〜１０ｍｍの範囲から選択された平均曲率半径によって特徴付けられる請求項９８に記載のシステム。
【請求項１０１】
少なくとも２つの相互接続層内に配置構成された複数の相互接続部を備え、隣接する相互接続層は電気的絶縁エラストマー層である障壁層によって隔てられ、コンパクトな上に重なる相互接続配線を実現する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０２】
前記電子デバイスは、少なくとも１つの相互接続部に電気的に接続された剛体デバイスアイランドを備え、前記相互接続部の曲げられた構成は、薄い柔軟性又は延伸性を有する基材の曲げ及び延伸からの応力に適応する請求項１０１に記載のシステム。
【請求項１０３】
前記曲げ及び延伸の応力は、前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記内面と外面とをひっくり返すことから生じる請求項１０２に記載のシステム。
【請求項１０４】
中立機械面（ＮＭＰ）を有し、前記ＮＭＰは、歪み感応構成品の深さに対応する深さに位置決めされる請求項１に記載のシステム。
【請求項１０５】
前記１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、印刷可能な構造物である請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０６】
前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、転写を用いて前記柔軟性又は延伸性を有する基材上に組み立てられる請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０７】
前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、マイクロ転写、乾燥接触転写、溶液ベースの印刷、ソフトリソグラフィー印刷、レプリカ成形、又はインプリントリソグラフィーを用いて前記柔軟性又は延伸性を有する基材上に組み立てられる請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０８】
前記囲い部は、付属物を受け入れ、被覆するための内容積部及び少なくとも１つの開口部を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０９】
前記囲い部は、１ｃｍ３以上、１０，０００ｃｍ３以下の内部容積を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１０】
前記囲い部は、実質的に円筒状又は半球状の形状を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１１】
前記囲い部は、手、指、指先、又はこれらの任意の部分を受け入れる形状を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１２】
前記囲い部は、前記付属物を受け入れるための１つ又は２つのアクセス開口部を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１３】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、縦方向の張力の下で前記付属物の周りに巻き付く請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１４】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材は、円周方向の張力の下で前記付属物上に転がる請求項１〜６１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１５】
前記付属物は、生きている動物の一部である請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１６】
第１の電子デバイスは、前記内面によって支持され、第２の電子デバイスは、前記第２の表面によって支持され、前記第１及び第２の電子デバイスは、互いに関して空間的に整列され、連通し、前記連通は、前記第１の電子デバイスと前記第２の電子デバイスとの間の基材厚さとともに変化するパラメータによって特徴付けられ、それによって圧力センサーを形成する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１７】
前記囲い部は、前記付属物の対応する寸法より小さい受け入れ寸法を有し、使用中に、前記柔軟性又は延伸性を有する基材の歪みは前記受け入れ寸法を増加させ、前記柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスに悪影響を及ぼすことなく囲い部内に前記付属物を収容する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１８】
前記歪みは、前記柔軟性又は延伸性を有する基材と前記囲い部内の前記付属物との間に接触力を発生して、前記基材の内面によって支持される前記柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスと前記付属物の前記曲面との間に密着する形状適合接触を確立し、維持する請求項１１７に記載のシステム。
【請求項１１９】
前記歪みは、１％以上、１００％以下の範囲から選択される請求項１１８に記載のシステム。
【請求項１２０】
前記電子デバイスは、約１ｍｍ−２〜１ｃｍ−２の範囲から選択された空間密度を有する前記センサー、アクチュエータ、又はその両方のアレイを備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２１】
多機能性であり、前記内面は、アクチュエータの第１のアレイを支持し、前記外面は、センサーの第２のアレイを支持する請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２２】
前記第１のアレイは、前記第１のアレイの前記電子デバイスと形状適合接触する生きている動物の皮膚と接合するように電気触覚刺激装置を備え、前記第２のアレイは、外部表面との触覚での相互作用からの物理的パラメータを測定する触覚センサーを備える請求項１２１に記載のシステム。
【請求項１２３】
前記触覚センサーは、前記内面上と前記外面上とに対向する電極を備えて、前記電極間の静電容量を測定し、前記静電容量は、前記対向する電極間の柔軟性又は延伸性を有する基材の厚さとともに変化する請求項１２１に記載のシステム。
【請求項１２４】
前記第１及び第２のアレイは、互いに電気的に連通する請求項１２１に記載のシステム。
【請求項１２５】
センサーの前記第２のアレイは、アクチュエータの前記第１のアレイに入力される電気出力を発生し、アクチュエータの前記第１のアレイは、使用者の皮膚である前記付属物表面と接合し、前記外部表面に関する情報を前記使用者に提供する請求項１２４に記載のシステム。
【請求項１２６】
付属物装着可能電子システムを作製する方法であって
元の囲い部を定める最初は内向きである表面、及び最初は外向きである表面を有する柔軟性及び延伸性を有する基材を備えるステップと、
１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記最初は外向きである表面に転写するステップであって、前記センサー、アクチュエータ、又はその両方は１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備え、前記無機半導体構成品、金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、５００ミクロン以下の厚さを有する、ステップと、
前記柔軟性又は延伸性を有する基材をひっくり返して、ひっくり返した後に前記最初は外向きである表面がその後内向きである表面となり、付属物を受け入れるための最終的囲い部を定め、最初の内向きの表面はその後外向きである表面になるようにし、それによって、前記電子デバイスを前記その後内向きになる表面上に形成するステップとを含み、
前記柔軟性又は延伸性を有する基材をひっくり返す前記ステップの後に、前記柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスは機能を維持する方法。
【請求項１２７】
前記付属物は、手、指、指先、頭、歯、足、爪先、鼻、耳、脚、腕、胴、又はこれらの任意の部分である請求項１２６に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１２８】
前記柔軟性又は延伸性を有する基材を形成する前記ステップは、
エラストマー前駆体を前記付属物又はその鋳型の表面に当てて鋳造するステップと、
前記エラストマー前駆体を硬化させて、前記付属物の形状に対応する静止時の囲い部形状を有する前記柔軟性又は延伸性を有する基材を形成するステップとを含む請求項１２６に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１２９】
転写する前記ステップは、マイクロ転写、乾燥接触転写、溶液ベースの印刷、ソフトリソグラフィー印刷、レプリカ成形、及びインプリントリソグラフィーからなる群から選択された技術を介してアクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーのアレイを転写するステップを含む請求項１２６〜１２８のいずれか一項に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３０】
転写する前記ステップは、アクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーの前記アレイをエラストマー転写スタンプから前記弾力的な基材の前記最初は外向きである表面に転写するステップを含む請求項１２６〜１２８のいずれか一項に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３１】
転写する前記ステップは、前記エラストマー基材を平坦化して平面的幾何学的形状にするステップと、アクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーの前記アレイを前記平面的幾何学的形状の前記弾力的な基材に転写するステップとをさらに含む請求項１３０に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３２】
転写する前記ステップは、前記エラストマー転写スタンプを湾曲した幾何学的形状の前記弾力的な基材の前記外面の上に転がすステップをさらに含む請求項１３０に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３３】
前記最終的な囲い部は、指又は指先の表面形状に対応する内面形状を有する請求項１２６〜１２８のいずれか一項に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３４】
前記システムは、手袋の指又は指先内に組み込まれる請求項１２６〜１２８のいずれか一項に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３５】
１つ若しくは複数のアクチュエータ、センサー、又はその両方を前記柔軟性又は延伸性を有する基材の前記その後外向きになる表面に転写し、それによって、第１のセンサー、若しくはアクチュエータ、又はその両方を前記その後の内面上に形成し、第２のセンサー、若しくはアクチュエータ、又はその両方をその後の外表面上に形成するステップをさらに含む請求項１２６に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３６】
前記第１のセンサー、若しくはアクチュエータ、又はその両方は、電気触覚刺激装置のアレイを備え、前記センサー、若しくはアクチュエータ、又はその両方は、触覚センサーのアレイを備える、請求項１３５に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３７】
前記触覚センサーを前記電気触覚センサーと連通可能に接続して、前記電気触覚センサーが前記触覚センサーからの出力によって制御されるようにするステップをさらに含む請求項１３６に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３８】
電気触覚センサーの前記アレイは、電気的刺激の空間的に変化するパターンを生成する請求項１３７に記載のシステムを作製する方法。
【請求項１３９】
内面と外面とを有するエラストマー基材であって、前記内面は、曲面を有する付属物を受け入れることができる囲い部を定め、１０ｍｍの未満の静止時の厚さを有する、エラストマー基材と、
前記内面によって支持される第１の電子デバイスと、
前記外側基材によって支持される第２の電子デバイスであって、前記第１及び第２の電子デバイスは互いに関して対向する構成をとり前記エラストマー基材の厚さ分だけ隔てられ、出力がエラストマー基材厚さの関数として変化する圧力センサーを形成する、第２の電子デバイスとを備え、
前記第１及び第２の電子デバイスのそれぞれは、１ｍｍ未満の厚さ及び５ｍｍ未満の横寸法を有する、１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備える付属物装着可能電子システム。
【請求項１４０】
前記圧力センサーは、前記内面によって支持される第１の電極及び前記外面によって支持される第２の電極とともに一対の空間的に整列された電極を備えるコンデンサであり、前記一対の電極は、互いに電気的に連通し、前記一対の電極の間のエラストマー基材の厚さとともに変化する前記一対の電極の間の静電容量を有する請求項１３９に記載のシステム。
【請求項１４１】
第１の電極のアレイと第２の電極のアレイとを備え、第１の電極の前記アレイ及び第２の電極の前記アレイは、互いに空間的に整列されコンデンサのアレイを形成し、それぞれのコンデンサは前記エラストマー基材の厚さの分だけ隔てられた一対の電極を有し、コンデンサの前記アレイのそれぞれの個別の部材はコンデンサの前記アレイの前記個別の部材の前記電極の間の前記エラストマー基材の厚さの関数として独立して変化する静電容量を有する請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４２】
第１の電極の前記アレイのそれぞれの部材を電気的に接続する第１の複数の電気的相互接続部と電極の前記第２のアレイのそれぞれの部材を電気的に接続する第２の複数の電気的相互接続部とをさらに備え、前記電気的相互接続部は、蛇行構成をとる請求項１４１に記載のシステム。
【請求項１４３】
前記第１の複数の電気的相互接続部は、前記エラストマー基材の内面によって支持される第１の封緘層によって封入され、前記第２の複数の電気的相互接続部は、前記エラストマー基材の外側層によって支持される第２の封緘層によって封入される請求項１４２に記載のシステム。
【請求項１４４】
前記第１の複数の電気的相互接続部を前記第２の複数の電気的相互接続部から電気的に絶縁するための障壁層をさらに備える請求項１４２に記載のシステム。
【請求項１４５】
前記エラストマー基材に印加される圧力は、前記一対の電極の間の基材厚さを減少させ、それによって、前記静電容量を増大させる請求項１４０に記載のシステム。
【請求項１４６】
前記第１及び第２の電子デバイスは、互いに熱的に連通し、前記電子デバイスのうちの一方は、熱源であり、前記電子デバイスは、温度を測定する熱検出器であり、前記熱源と前記熱検出器との間のエラストマー基材厚さが変化すると、前記熱検出器によって測定された前記温度も変化する請求項１３９に記載のシステム。
【請求項１４７】
付属物装着可能電子システムを作製する方法であって
付属物又はその鋳型を構成するステップと、
１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを前記付属物又はその鋳型の表面に付与するステップであって、前記センサー、アクチュエータ、又はその両方は１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備え、前記無機半導体構成品、金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、５００ミクロン以下の厚さを有する、ステップと、
プレポリマーを前記付属物又はその鋳型の前記表面によって支持される前記柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスに導入するステップと、
前記プレポリマーを重合させて、柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを支持する内面を有する前記柔軟性又は延伸性を有する基材を形成するステップとを含む方法。
【請求項１４８】
前記基材及び柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを前記付属物又はその鋳型の表面から除去する前記ステップをさらに含む請求項１４７に記載の方法。
【請求項１４９】
１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを前記柔軟性又は延伸性を有する基材の外面に転写するステップであって、前記センサー、アクチュエータ、又はその両方は１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備え、前記無機半導体構成品、金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、５００ミクロン以下の厚さを有する、ステップをさらに含む請求項１４７又は１４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[001]本出願は、本明細書と整合性を欠かない範囲でそれぞれが参照により本明細書に組み込まれている、２０１３年３月１５日に出願した米国仮特許出願第６１／７９４，００４号、２０１２年４月２０日に出願した米国仮特許出願第６１／６３６，５２７号、及び２０１２年３月３０日に出願した米国仮特許出願第６１／６１８，３７１号の利益を主張するものである。
【政府の資金提供を受けた研究開発の記載】
【０００２】
[002]本発明は、米国立科学財団により授与された、ＣＭＭＩ−０３２８１６２、並びにエネルギー省により授与された、ＤＥ−ＦＧ０２−０７ＥＲ４６４７１及びＤＥ−ＦＧ０２−０７ＥＲ４６４５３の下で、政府支援によりなされた。政府は、本発明に対し一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
[003]皮膚との界面を活用する生理学的測定及び刺激技術が、長年にわたって関心を持たれてきた。この期間にかなりの進歩があったにもかかわらず、関連するほぼすべてのデバイス技術は、概念的に古い設計に頼り続けている。多くの場合導電性ゲルが介在する粘着テープ、メカニカルクランプ／ストラップ、及び／又は貫通針を介して皮膚に少数のバルク電極が装着されるのが典型的であり、剛体回路基板、電源、及び通信構成品の集合体を収納する個別の箱との端子接続部を備える。これらのシステムは、多くの重要な能力を有するが、これらは、皮膚に炎症を引き起こさない長寿命の堅牢な電気接点を設けること、並びに長期間使用したときに不快症状を引き起こさない全体的なサイズ、重量、及び形状を有する統合システムを実現することが困難であるため、研究所又は臨床現場の外部での実用にはあまり適しない。
【０００４】
[004]近年、多くの特許及び公報で、柔軟性、弾力性を有する埋め込み可能な電極アレイを開示している。例えば、米国特許出願公開第２００７／００４３４１６号では、複数の電極が標的組織との接触を保持する埋め込み可能な柔軟性を有する弾性支持体を開示している。同様に、国際公開第９８／４９９３６号パンフレットでは、関連する信号（signals associated）（マッピング）を感知し、心臓組織のアブレーションを行う（ablating）ための弾力的な電極アレイを開示している。米国特許第５，６７８，７３７号では、心外膜面及び心内膜面の３Ｄモデルをポテンシャル分布データの動的表示とともに表示するための電気生理学的マッピングシステム（electrophysiology mapping system）を開示している。
【０００５】
[005]米国特許出願公開第２００３／０１４９４５６号では、従来の単一リード心臓ペーシングパルス発生器（single lead cardiac pacing pulse generator）による制御を可能にする多重化回路を組み込んだ多重電極心臓リードアダプタ（multi-electrode cardiac lead adapter）を開示している。同様に、米国特許出願公開第２００６／０１７３３６４号では、従来の集積回路上に組み立てられたデジタル多重化回路を利用する多重チャネル電気生理学的収集システムを開示している。米国特許第６，６６６，８２１号では、無効化されるまでセンサーが周囲環境と相互作用するのを防ぐ関連する保護部材を備える埋め込み型センサーアレイシステムを開示している。
【０００６】
[006]それぞれ個別に参照により本明細書に全体が組み込まれている、国際公開第２００９／１１４６８９号パンフレット及び米国特許出願公開第２０１３／００４１２３５号では、生理活動を記録し、変調するための柔軟性のある拡張可能なセンサーアレイを開示している。すべて参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願公開第２００８／０１５７２３５号、米国特許出願公開第２００８／０１０８１７１号、米国特許出願公開第２０１０／０００２４０２号、及び２００９年７月７日に発行された米国特許第７，５５７，３６７号では、多層の延伸可能な、折り畳み可能な、また印刷可能な半導体デバイスを開示している。
【０００７】
[007]指を動かすことに関連するような高度に複雑な形状を含む、任意の種類の曲面を受け入れることができる表面上に高忠実度の堅牢性を有し信頼性の高い電子機器が当技術分野では求められている。そのような複雑な表面形状と相互作用するように電子機器を設ける上で問題となるのは、電子機器を対応する複雑さを有する表面形状に確実に設けて広い接触面上で電子機器と複雑な表面形状との間に良好な相互作用を達成することが困難な場合があるという点である。本明細書で提示されるのは、この態様の問題を解決するさまざまなデバイス及び方法である。
【発明の概要】
【０００８】
[008]本明細書で提示されるのは、柔軟性を有する表面とともに組み込まれて、時間の経過とともに形状を変えることができる高度に異形の表面を含む、ある範囲の表面及び表面形状との電気的接合を可能にし得る、極薄の柔軟性及び延伸性を有する電子機器に関係するデバイス及び方法である。一実施形態において、本発明は、移動し、移動とともに形状を変える人の付属物などの、少なくとも一方の表面が別の表面に面する複雑な形状を有する完全に３次元的に変化する表面を含む、曲面を被覆し、曲面に形状適合するように整形された囲い部を有する電子デバイスである。或いは、付属物は、リモートセンシングデバイス若しくはロボット装置などの、生き物でない装置又は無生物の一部であってもよい。
【０００９】
[009]一態様において、本発明は、付属物装着可能電子システムを実現し、このシステムは（ｉ）内面及び外面を有し、内面は曲面を有する付属物を受け入れることができる囲い部を定める、柔軟性又は延伸性を有する基材と、（ｉｉ）柔軟性又は延伸性を有する基材の内面又は外面によって支持される１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスとを備え、センサー、アクチュエータ、又はその両方は１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備え、無機半導体構成品、金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、５００ミクロン以下の厚さを有し、柔軟性又は延伸性を有する基材及び電子デバイスは、基材の内面が囲い部内に設けられた付属物の表面との形状適合接触を確立することができるように十分に低いシステムの純曲げ剛性をもたらす。一実施形態において、例えば、付属物は、手、指、指先、頭、足、爪先、脚、胴、又はこれらの任意の部分である。一実施形態において、例えば、本発明のシステムは、外科手術用の医療用手袋などの、手を被覆する装置付き手袋又は指若しくは指先を被覆する装置付き指チューブを含む。一実施形態において、例えば、本発明のシステムは、人間−機械インターフェースシステムを含む。一実施形態において、例えば、本発明のシステムは、ロボット操作のためのデバイスを備える。
【００１０】
[010]一実施形態において、例えば、柔軟性又は延伸性を有する基材及び電子デバイスは、１×１０８ＧＰａμｍ４以下のシステムの純曲げ剛性をもたらす。一実施形態において、例えば、デバイスの純曲げ剛性は、基材の内面によって支持される１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方が囲い部内に設けられた付属物の表面との形状適合接触を確立することができるように十分に低い。一実施形態において、例えば、柔軟性又は延伸性を有する基材及び電子デバイスは、１×１０−４Ｎｍ以下のシステムの純屈曲剛性をもたらす。一実施形態において、例えば、基材は、柔軟性を有する基材であり、電子デバイスは、柔軟性を有する電子デバイスである。一実施形態において、例えば、基材は、延伸性を有する基材であり、電子デバイスは、延伸性を有する電子デバイスである。一実施形態において、例えば、システムは、中立機械面によって特徴付けられ、１つ若しくは複数の無機半導体構成品、又は１つ若しくは複数の金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、中立機械面に近接して位置決めされる。一実施形態において、印加される歪みに対して最も感応性の高い機械的特性を有する材料を含む、歪み感応材料は、中立機械面と一致するか、或いは、中立機械面に近接して位置決めされる。
【００１１】
[011]本明細書に提示されているシステムはどれも、約２〜約１０００個までの範囲内のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を有することができる。一実施形態において、電子デバイスは、少なくとも３つの異なる種類のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える。一態様では、１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方は、目の粗いメッシュの幾何学的形状で形成される。
【００１２】
[012]システムはどれも、１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の設置表面積に関して適宜説明されている。一実施形態において、設置表面積は、０．５ｃｍ２〜１００ｃｍ２の範囲から選択される。一態様では、設置表面積は、センサー、アクチュエータ、又はその両方のアレイに対応し、個別のセンサー又はアクチュエータは、比較的小さい個別の設置面積を有するが、アレイの部材は、より広い設置面積を含む、所望の設置面積が得られるように広げられる。したがって、接合している付属物の表面積などの、注目している適用対象に応じて、設置面積はそれに対応して選択される。このようにして、指先付属物システムは、０．５ｃｍ２〜約２ｃｍ２までの設置面積を有することができるが、腕、脚、又は頭については、設置面積は、望ましくは、１０ｃｍ２〜１００ｃｍ２など広くすることができる。
【００１３】
[013]本明細書で提示されているシステムは、注目する適用対象に応じて、広い範囲のセンサーと互換性を有する。例として、電極、触覚センサー、歪みゲージ、静電容量センサー、温度センサー、圧力センサー、モーションセンサー、ポジションセンサー、変位センサー、加速度センサー、力センサー、化学センサー、ｐＨセンサー、容量センサー、光学センサー、光検出器、水和センサー、撮像システム、並びにこれらのアレイ及び組み合わせからなる群から選択された１つ又は複数のセンサーが挙げられる。
【００１４】
[014]本明細書で提示されているシステムは、注目する適用対象に応じて、広い範囲のアクチュエータと互換性を有する。例として、電気触覚刺激装置、電極、熱源（熱アクチュエータ）、圧電素子、音響素子、ＲＦエネルギー源、磁気アクチュエータ、電磁放射線源、レーザー、光源、発光ダイオード及びアレイ、並びにこれらのアレイ及び組み合わせからなる群から選択された１つ又は複数のアクチュエータが挙げられる。
【００１５】
[015]一実施形態において、センサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、前記柔軟性又は延伸性を有する基材の内面によって支持され、センサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、柔軟性又は延伸性を有する基材の外面によって支持される。一実施形態において、互いに通信してエラストマー基材の厚さを変化させる印加される圧力などにより電子機器表面の間の分離距離とともに変化する出力を発生する内部表面と外部表面の両方において整列され対にされた電子デバイスを有する圧力センサーなどの電子デバイスが両面によって支持され得る。このようにして、これらのデバイスは、静電容量の測定を可能にする電極、温度の測定を可能にする熱源とセンサー、光学的強度などの光特性の測定を可能にする光源と光検出器であってもよい。これらのシステムの共通の態様は、デバイスの出力がデバイス間の基材の厚さに依存し、延いては印加される圧力若しくは力に依存するということである。このようにして、システムは、外部表面での圧力又は力の測定を行うために固有のプラットフォームを備える。
【００１６】
[016]一実施形態において、電子デバイスは、アレイとして構成され、基材の前記表面によって支持される複数の電気触覚刺激装置を備え、これにより囲い部内の付属物を電気的に刺激する。一態様では、機能性電子デバイスは、前記電気触覚刺激装置の多重化されたアレイを備える。一態様では、このアレイの電気触覚刺激装置は、蛇行する電気的相互接続部のネットワークを介して電気的に相互接続される。
【００１７】
[017]一態様において、本明細書で提示されている電気触覚刺激装置はどれも、外側領域によって囲まれている内側領域を有する薄膜金属構造を備え、内側領域と外側領域との間に間隙が設けられている。このような領域は、その寸法に関して適宜説明される。例として、１０μｍ〜１０００μｍの範囲から選択された横寸法を有する内側領域、１０μｍ〜５０００μｍの範囲から選択された横寸法を有する外側リング、及び１０μｍ〜１０００μｍの範囲から選択された横寸法を有する間隙が挙げられる。
【００１８】
[018]一実施形態において、内側領域は、導電性円板形状電極であり、外側領域は、前記円板形状電極と同心となる位置にある導電性リング形状電極である。
【００１９】
[019]一実施形態において、電子デバイスは、アレイとして構成され、基材の外面、内面、又は外面と内面の両方によって支持される複数の触覚センサーを備える。一態様では、電子デバイスは、触覚センサーの多重化されたアレイを備える。整列されているが、反対側のエラストマー基材表面上にある対にされた電子デバイスは、本明細書で提示されているシステムのどれかによって加えられる、又はシステムのどれかに加えられる圧力若しくは力を測定するための一手段を構成する。
【００２０】
[020]一実施形態において、このアレイの触覚センサーは、蛇行する電気的相互接続部のネットワークを介して独立して接続される形で電気的に相互接続される。
【００２１】
[021]一態様において、触覚センサーのそれぞれは、１００μｍ〜５０００μｍの範囲から選択された横寸法を有する薄膜金属構造を備える。一例において、触覚センサーの薄膜金属構造は、導電性円板形状電極である。
【００２２】
[022]別の実施形態において、電子デバイスは、外面によって支持された１つ又は複数の触覚センサーと内面によって支持された１つ又は複数の電気聴覚刺激装置とを備え、１つ又は複数の触覚センサーは、１つ又は複数の触覚センサーからの出力が１つ又は複数の電気触覚刺激装置に供給され、触覚センサーの出力に比例して付属物を電気的に刺激するように１つ又は複数の電気触覚刺激装置と電気的に連通する。一態様では、内面及び外面のアレイは空間的に整列される。「空間的に整列される」は、センサーアレイからの出力が空間的に変化し、センサー出力の大きさがセンサーの位置とともに変化し、付属物への対応する刺激がセンサーからの空間的に変化する出力に従って対応する形で空間的に変化することを指す。
【００２３】
[023]一態様において、電子デバイスは、それぞれの電極が１ｍｍ未満の直径を有する内側円板を備える、複数の電極と、内側円板を囲む外側リングとを具備し、内側円板及び外側リングは、互いに関して同心となるように位置決めされ、内側円板と外側リングとの間の分離距離は１００μｍ以上から５００μｍ以下までの範囲から選択される。
【００２４】
[024]所望に応じて、システムはどれも、適宜、内面、外面、又はその両方によって支持される１つ又は複数の追加の電子部品をさらに備え、これらの追加の電子部品はセンサー、アクチュエータ、電源、ワイヤレス電源、光起電デバイス、ワイヤレス送信機、アンテナ、ナノ電気機械システム、微小電気機械システム、並びにこれらのアレイ及び組み合わせからなる群から選択される。一態様では、１つ又は複数の追加の電子部品は、１つ又は複数の半導体を含む歪みゲージなどの、歪みゲージを備える。
【００２５】
[025]一実施形態において、それぞれの半導体ナノ膜は、独立して、１μｍ〜１０ｍｍの範囲から選択された横寸法及び１００ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択された厚さを有する。
【００２６】
[026]一態様において、歪みゲージは、複数の少なくとも３つの電気的に接続された半導体ナノ膜を備える。
【００２７】
[027]一態様において、半導体ナノ膜は、蛇行する電気的相互接続部のネットワークを介して電気的に相互接続される。
【００２８】
[028]一実施形態において、本明細書で提示されているシステムはどれも、１つ又は複数の無機半導体構成品を備え、例えば、１つ又は複数の無機半導体構成品は独立して多結晶半導体材料、単結晶半導体材料、又はドープ多結晶若しくは単結晶半導体材料を含む。
【００２９】
[029]一態様において、１つ又は複数の無機半導体構成品のそれぞれは、独立して、単結晶半導体材料を含む。一態様では、１つ又は複数の無機半導体構成品のそれぞれは、独立して、１００μｍ以下の厚さを有する。一態様では、電子デバイスの無機半導体構成品のそれぞれは、５０ナノメートル〜１００μｍの範囲から選択された厚さを有する。一態様では、電子デバイスの無機半導体構成品のそれぞれは、１×１０−４Ｎｍ以下の純屈曲剛性、０．５ＭＰａ〜１０ＧＰａの範囲から選択されたヤング率、１×１０８ＧＰａμｍ４以下の純曲げ剛性を有する。
【００３０】
[030]一実施形態において、１つ又は複数の無機半導体構成品のそれぞれは、独立して、ダイオード電子部品であるナノ膜構造などの半導体ナノ膜構造を備える。
【００３１】
[031]別の態様では、本明細書で提示されているシステムはどれも、１つ又は複数の金属構成品を備える。一態様では、１つ又は複数の金属導体構成品は、アレイの形をとる複数の電極を備える。
【００３２】
[032]一実施形態において、アレイなどの中にある、本明細書で提示されている金属電極はどれも、厚さに関して説明される。一態様では、アレイ内の電極は、独立して、１００μｍ以下の、又は５０ナノメートル〜１００μｍの範囲から選択された厚さを有する。一実施形態において、電極アレイ内の電極の数は、１０〜１０，０００個までの範囲の個数から選択される。
【００３３】
[033]一態様において、アレイの電極は、蛇行する電気的相互接続部のネットワークを介して電気的に相互接続される。
【００３４】
[034]一実施形態において、本明細書で提示されているシステムはどれも、電子デバイスの１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を有し、電子デバイスは複数の電極、多重化回路、及び増幅回路を備える延伸性又は柔軟性を有する電極アレイを具備する。一態様では、延伸性又は柔軟性を有する電極アレイは、５０個又はそれ以上の個数の電極ユニットセルなどの、複数の電極ユニットセルを備える。適宜、電極アレイの隣接する電極ユニットセルは、隣接するユニットセルが５０μｍ以下の距離で、又は５００ｎｍから５０μｍまでの範囲の距離で互いに隔てられているなど、分離距離に関してさらに説明される。一実施形態において、電極アレイの電極ユニットセルは、１０ｍｍ２〜１０，０００ｍｍ２の範囲の面積の柔軟性又は延伸性を有する基材によって支持される。
【００３５】
[035]一態様において、電極アレイのそれぞれの電極ユニットセルは、コンタクトパッド、増幅器、及びマルチプレクサを備え、コンタクトパッドは、組織との電気的インターフェースを備え、増幅器及びマルチプレクサと電気的に連通する。一実施形態において、ユニットセルの増幅器及びマルチプレクサは、複数のトランジスタを備える。
【００３６】
[036]１つ又は複数の金属導体構成品はどれも、本明細書では、複数の延伸性を有する電気的相互接続部を備える。適宜、延伸性を有する電気的相互接続部は、少なくとも部分的に自立しているか、又は繋留された幾何学的形状をとる。適宜、延伸性を有する電気的相互接続部は、湾曲した幾何学的形状を有する。適宜、延伸性を有する電気的相互接続部は、蛇行構成を有する。適宜、延伸性を有する電気的相互接続部は、１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品のうちの１つ又は複数の少なくとも一部を含む剛体デバイスアイランドを電気的に接続する。
【００３７】
[037]一態様において、剛体デバイスアイランドの少なくとも一部は、それぞれ独立して、単結晶無機半導体構造、又は単結晶半導体ナノ膜を備える。
【００３８】
[038]一態様において、剛体デバイスアイランドは、１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備え、例えば、このようなセンサー又はアクチュエータは、電極、触覚センサー、歪みゲージ、静電容量センサー、温度センサー、圧力センサー、モーションセンサー、ポジションセンサー、変位センサー、加速度センサー、力センサー、化学センサー、ｐＨセンサー、容量センサー、光学センサー、光検出器、撮像システム、電気触覚刺激装置、電極、熱源、圧電素子、音響素子、ＲＦエネルギー源、磁気アクチュエータ、電磁放射線源、レーザー、発光ダイオード、並びにこれらのアレイ及び組み合わせからなる群から選択される。
【００３９】
[039]本明細書で提示されているシステムはどれも、いずれかの外面によって、柔軟性若しくは延伸性を有する基材の内面によって、又はその両方の表面によって支持される柔軟性若しくは延伸性を有する電子デバイスの少なくとも一部を有することができる。一態様では、内面及び外面は、柔軟性若しくは延伸性を有する基材の内面若しくは外面によって支持される１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の機能性パラメータの実質的な低下を引き起こすことなく互換的にひっくり返すことができる。
【００４０】
[040]例えば、アクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーのアレイを備えるシステムは、アクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーのアレイの機能性パラメータを実質的に低下させることなく、内側と外側の構成、外側と内側の構成とで互換的にひっくり返すことができる。一態様では、ひっくり返すことで、他の方法ではアクセスできないか、又は従来の印刷技術には適していない内面に電子デバイスを配置する作業がしやすくなる。一実施形態において、電子デバイスを支持する外面がひっくり返され、これにより、ひっくり返した後に、外面によって支持されている機能性電子デバイスは、内面によって支持される機能性電子デバイスとなる。一実施形態において、機能性電子デバイスは、電気触覚刺激装置のアレイであり、電気触覚刺激装置の少なくとも９０％は、外向きの表面から内向きの表面の幾何学的形状にひっくり返した後も機能し続ける。
【００４１】
[041]一態様において、柔軟性又は延伸性を有する基材は、閉管幾何学的形状を有する。一実施形態において、閉管幾何学的形状は、１つのアクセス開口部又は２つのアクセス開口部を有する。
【００４２】
[042]一態様において、囲い部は、５ｍｍ〜１０００ｃｍの範囲から選択された断面寸法を有する。注目する適用対象に応じて、断面寸法が適切に選択される。例えば、指先電子機器は、胴又は頭部装着電子機器システムに比べて小さい断面寸法を有し、これはリモートセンシング手段又はこれに接続された計測器表面より小さくてもよい。
【００４３】
[043]一実施形態において、本明細書で提示されている柔軟性若しくは延伸性を有する基材はどれも、エラストマー基材である。
【００４４】
[044]一態様において、柔軟性若しくは延伸性を有する基材は、ポリマー、無機ポリマー、有機ポリマー、プラスチック、エラストマー、バイオポリマー、熱硬化性樹脂、ゴム、又はこれらの組み合わせである。一態様では、柔軟性若しくは延伸性を有する基材は、ＰＤＭＳ、パリレン、ポリイミド、又はエコフレックス（Ｅｃｏｆｌｅｘ）（登録商標）（Ｓｍｏｏｔｈ−Ｏｎ，Ｉｎｃ．）シリコーンなどのシリコーンである。一態様では、柔軟性若しくは延伸性を有する基材は、生体適合性材料若しくは生体不活性材料である。
【００４５】
[045]一実施形態において、柔軟性若しくは延伸性を有する基材は、約１μｍ〜５ｍｍまで、又は約１ｍｍなどの、その部分組み合わせを含む０．２５μｍ〜１０，０００μｍの範囲で選択された平均厚さを有する。
【００４６】
[046]一態様において、柔軟性若しくは延伸性を有する基材は、電子デバイスを支持する実質的に均一な厚さを有するか、又は１つ若しくは複数の横寸法に沿って選択的に変化する電子デバイスを支持する厚さを有する。この文脈において、「実質的に均一な」は、静止状態での基材が約１０％未満、約５％未満、又は約１％未満の変化を示す厚さを有することを指す。或いは、「実質的に均一な」は、囲い部内に付属物を受け入れている基材が約１０％未満、約５％未満、又は約１％未満の変化を示す厚さを有することを指すものとしてもよい。適宜、「実質的に均一な」は、基材の選択された部分にわたって、又は基材全体の表面領域にわたって平均厚さの約１０％、５％、又は１％以内である平均厚さの平均の標準偏差若しくは標準誤差などの統計パラメータを指す。
【００４７】
[047]一実施形態において、柔軟性若しくは延伸性を有する基材は、柔軟性若しくは延伸性を有するメッシュ構造物である。一実施形態において、電子デバイスの少なくとも一部は、メッシュ構造を有する。メッシュ構造の例として、曲がりくねってはいるが一般的な整列方向を有していてもよい縦方向に整列された相互接続部などに対して、関連する部分の実質的部分が開放空間であるか、又は空隙である目の粗いメッシュの幾何学的形状が挙げられる。同様に、基材の縦方向に配置構成された帯状物を設けて、例えば、システムが装着される付属物に対して付加的な空気透過性を付与することができる。或いは、基材に、ミシン目を付けるか、又は通路を有することができる。このメッシュの態様は、注目する適用対象に応じて、約１０％〜９０％までなどの周によって定められる基材設置面積と比較した開放空間の相対量、及び２０％〜８０％、３０％〜７０％などの、その部分範囲に関して定められ得る。
【００４８】
[048]一態様において、柔軟性若しくは延伸性を有する基材は、０．５ＫＰａ〜１０ＧＰａの範囲で選択された平均ヤング率、及び／又は約５００％〜９００％までなど、５００％以上の破壊歪みを有する。
【００４９】
[049]本明細書で提示されているシステムはどれも、機能性デバイスの少なくとも一部を少なくとも部分的に封入する障壁層をさらに備えることができる。例えば、障壁層は、電子デバイスからの正味漏れ電流をシステムと接触している材料に悪影響を及ぼさない量に制限し得るか、又は電子デバイスからの熱伝達をシステムと接触している材料に悪影響を及ぼさない量に制限する。これは、囲い部内で付属物を被覆する生体組織などの、電気又は熱の漏れによる悪影響を受ける可能性のある生体系の文脈において特に有利である場合がある。
【００５０】
[050]障壁層は、電子デバイスの少なくとも一部への外部流体の通過を実質的に防ぐこともできる。これは、電子デバイスの機能性、堅牢性、及び長期的摩耗特性を維持するうえで有利であると思われる。
【００５１】
[051]一実施形態において、障壁層は、ポリマー、無機ポリマー、有機ポリマー、プラスチック、エラストマー、バイオポリマー、熱硬化性樹脂、ゴム、又はこれらの組み合わせである。一実施形態において、障壁層は、ＰＤＭＳ、パリレン、ポリイミド、又はエコフレックス（登録商標）である。一実施形態において、障壁層は、柔軟性又は延伸性を有する基材に対応する組成物を含む。
【００５２】
[052]一態様において、障壁層は、１μｍ〜１００μｍの範囲から選択された平均厚さ、０．５ＫＰａ〜１０ＧＰａの範囲で選択された平均ヤング率を有する。適宜、障壁層は、０．０１〜１の範囲で選択された比などの障壁層の平均厚さと柔軟性又は延伸性を有する基材の平均厚さとの比によって記述される。特定の適用対象により、障壁層は所望に応じて位置決めされる。位置の例として、他の何らかの形で隣接するデバイス層の間、及び／又はデバイス層と付属物、空気、又は外部表面などの周囲環境との間が挙げられる。一態様では、障壁層は、メッシュ構造を有する。
【００５３】
[053]一実施形態において、システムは、前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部を電気的に接続する１つ又は複数の延伸性を有する相互接続部をさらに備える。このような延伸性を有する相互接続部は、延伸性及び／又は柔軟性をシステムに付与するように構成され得る。１つ又は複数の延伸性を有する相互接続部はどれも、曲げられた構成をとる導電性の金属部を備える。
【００５４】
[054]曲げられた構成は、広く使用されており、蛇行構成のナノワイヤを含み得る。ナノワイヤは、矩形の断面を有することができ、５０ｎｍ〜１μｍの範囲から選択された厚さと１０μｍ〜１ｍｍの範囲から選択された幅を有する。蛇行構成は、相互接続端部同士の間の直線によって定められる平均縦方向に関して複数の方向変化を受けて曲がりくねったものであってもよい。一態様では、蛇行構成は、１００μｍ〜１０ｍｍの範囲から選択された平均曲率半径によって特徴付けられる。
【００５５】
[055]一態様において、システムは、少なくとも２つの相互接続層内に配置構成された複数の相互接続部を備え、隣接する相互接続層は電気的絶縁エラストマー層である障壁層によって隔てられている。この構成は、コンパクトな上に載る相互接続配線を容易にする。一態様では、電子デバイスは、少なくとも１つの相互接続部に電気的に接続された剛体デバイスアイランドを備え、相互接続部の曲げられた構成は、薄いエラストマー基材の曲げ及び延伸からの応力に適応する。一態様では、曲げ及び延伸の応力は、柔軟性又は延伸性を有する基材の内面と外面とをひっくり返すことから生じる。
【００５６】
[056]一態様において、システムは、歪み感応構成品の深さに対応する深さに位置決めされた中立機械面（ＮＭＰ）を有する。例えば、ＮＭＰは、半導体又は金属材料である歪み感応構成品などの、歪み感応構成品によって、又は歪み感応構成品内に定められる表面に沿って形成され得る。適宜、ＮＭＰの位置決めは、基材又は障壁層の厚さを変化させることを含めて、基材又は障壁層を備えることによってなされる。
【００５７】
[057]一態様において、１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、印刷可能な構造物である。一実施形態において、１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、転写を用いて柔軟性又は延伸性を有する基材上に組み立てられる。一実施形態において、１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、マイクロ転写、乾燥接触転写、溶液ベースの印刷、ソフトリソグラフィー印刷、レプリカ成形、又はインプリントリソグラフィーを介して前記柔軟性若しくは延伸性を有する基材上に組み立てられる。
【００５８】
[058]一実施形態において、囲い部は、付属物を受け入れ、被覆するための内容積部及び少なくとも１つの開口部を有する。一態様では、囲い部は、１ｃｍ３以上、１０，０００ｃｍ３以下の内容積部を有する。
【００５９】
[059]一態様において、囲い部は、実質的に円筒形の、又は半球状の形状などの形状を有する。一態様では、囲い部は、手、指、指先、又はその一部を受け入れる形状を有する。
【００６０】
[060]一実施形態において、囲い部は、指又は頭部である付属物を受け入れるための１つの開口部、腕、脚、又は胴を受け入れるための２つの開口部などの、付属物を受け入れるための１つ又は２つのアクセス開口部を有し、付属物の一部は、囲い部の第１のアクセス開口部及び第２のアクセス開口部を通って延在する。
【００６１】
[061]一態様において、柔軟性若しくは延伸性を有する基材は、縦方向の張力の下で付属物の周りに巻き付くか、又は円周方向の張力の下で付属物上に転がる。
【００６２】
[062]一実施形態において、付属物は、指、腕、脚、頭、胴、又はこれらの一部などの、生きている動物の一部である。
【００６３】
[063]一態様において、本明細書で提示されているシステムはどれも、内面及び外面などの、対向する表面によって支持される第１及び第２の電子デバイスに関係し、これらのデバイスは、互いに連通する。デバイスの種類に応じて、連通は、デバイス間の基材厚さとともに変化する電気的パラメータ（静電容量）又は熱（温度）などのパラメータによって特徴付けられる。基材はエラストマーであるのが好ましい。このようにして、圧力センサーが設けられ、連通のパラメータは、基材厚さに依存し、延いては、基材に加えられる外力又は圧力に依存する。
【００６４】
[064]一態様において、囲い部は、付属物の対応する寸法より小さい受け入れ寸法を有し、使用中に、柔軟性又は延伸性を有する基材の歪みは受け入れ寸法を増加させ、柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスに悪影響を及ぼすことなく囲い部内に付属物を収容する。一実施形態において、歪みは、エラストマー基材と囲い部内の付属物との間に接触力を発生し、基材の内面によって支持される柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスと付属物の表面との間に密着する形状適合接触を確立し、維持する。一態様では、歪みは、１％以上、１００％以下の範囲から選択される。
【００６５】
[065]一実施形態において、センサー、アクチュエータ、又はその両方のアレイは、約１ｍｍ−２〜１ｃｍ−２の範囲から選択された空間的密度などの、空間的密度に関して説明される。
【００６６】
[066]一態様において、システムはどれも多機能性を有し、内面がアクチュエータ又はセンサーの第１のアレイを支持し、外面がセンサー又はアクチュエータの第２のアレイを支持する。一実施形態において、第１のアレイは、第１のアレイの電子デバイスと形状適合接触する生きている動物の皮膚と接合するように電気触覚刺激装置を備え、第２のアレイは、外部表面との触覚での相互作用からの物理的パラメータを測定する触覚センサーを備える。一態様では、触覚センサーは、内面上と外面上とに対向する電極を備えて、電極間の静電容量を測定し、この静電容量は、対向する電極間の基材厚さとともに変化する。
【００６７】
[067]一態様において、内面は第１の電子デバイスを支持し、外面は第２の電子デバイスを支持し、電子デバイスは対抗する構成をとり、互いに連通し、例えば、これらは圧力センサーを形成する。一態様では、この連通は、電気的連通（静電容量）であり、電気的特性は、第１と第２の対向する電子デバイス間の基材厚さとともに変化する。一態様では、これらのデバイスは熱的に連通し、熱的特性は、対向する電子デバイス間の基材厚さとともに変化する。一態様では、これらのデバイスは機械的に連通（圧力又は力）する。
【００６８】
[068]一実施形態において、第１及び第２の電子デバイスは、互いに熱的に連通する。例えば、一電子デバイスは加熱装置であり、第２の電子デバイスは熱センサーとすることができ、加熱装置は内面又は外面に配置され、熱センサーは対向する表面にあり、加熱装置はその支持面上で温度を一定に保つことができる。このようにして、厚さが基板に対して印加される圧力又は力の大きさに応じて変化する基材に加えられる圧力又は力を評価するために加熱装置とセンサーとの間の熱的連通が使用される。一般的に、印加される圧力が高ければ高いほど、基材厚さは減少し、これにより、加熱装置からセンサーへの熱伝導が増大し、これは熱センサーによって検出される温度の上昇によって検出される。一態様では、加熱装置は、加熱パッドに接続された導電性ワイヤなどにより温度が電流の増大とともに上昇する抵抗加熱装置である。付属物が生きている組織である一態様では、加熱装置は、生きている組織の望ましくない加熱を避けるために外面に配置されることが好ましい。したがって、熱センサーは、内面の加熱装置と整列され得る。一態様では、システムは、周囲温度の変動に適応するように対でない熱センサーを使用して較正され得る。或いは、この連通は、光学的に、光源と光検出器との間にあってもよく、光の透過は、光源と検出器との間の基材厚さの関数として変化する。
【００６９】
[069]一態様において、センサーは、本明細書で説明されているシステムのどれかの内面に設けられる。１つ又は複数のセンサーは、身体中央部の温度の測定としてのものを含む体温を測定するための熱センサー、全身の水和の測定としてのものを含む水和レベルを測定するための水和センサー、又は注目している生体パラメータ（例えば、ｐＨ、酸素化レベルなど）を検出するための別のセンサーのうちの１つ又は複数であってもよい。このような測定は、日射病又は脱水などの、有害事象の発生する潜在的危険性に関する警告を発するうえで有益である。
【００７０】
[070]一実施形態において、第１及び第２の電子デバイスは、互いに電気的に連通し、基材厚さが変化すると、電子デバイス間の静電容量又は電気抵抗も変化する。このようにして、圧力又は力は、内面及び外面に付けられている一対の整列された電極の間の静電容量を測定することによって決定される。一態様では、センサーの第２のアレイは、アクチュエータの第１のアレイに入力される電気出力を発生し、アクチュエータの第１のアレイは、使用者の皮膚である付属物表面と接合し、外部表面に関する情報を使用者に提供する。この文脈において、「情報」は、センサーによって検出される特性を指し、したがって、表面接触によって生じる接触力若しくは圧力などの物理的特性又は化学若しくは生物由来物質の温度、ｐＨ、水和、又は存在などの外部表面に固有の特性とすることができる。
【００７１】
[071]付属物装着可能電子システムの一例は、（ｉ）内面及び外面を有し、内面は曲面を有する付属物を受け入れることができる囲い部を定める、エラストマー基材と、（ｉｉ）内面によって支持される第１の電子デバイスと、（ｉｉｉ）外側基材によって支持される第２の電子機器であって、第１及び第２の電子デバイスは互いに関して対向する構成をとりエラストマー基材の厚さ分だけ隔てられ、出力がエラストマー基材厚さの関数として変化する機能性圧力センサーを形成する、第２の電子機器とを備え、第１及び第２の電子デバイスのそれぞれは、１ｍｍ未満の厚さ、及び５ｍｍ未満の横寸法を有する薄い導電性材料を備えることができ、エラストマー基材は、電極が通電されたときに静電容量となる出力に対して１０ｍｍの静止時の厚さを有する。
【００７２】
[072]別の実施形態において、付属物装着可能電子システムは、内面と外面とを有するエラストマー基材であって、内面は、曲面を有する付属物を受け入れることができる囲い部を定め、１０ｍｍの未満の静止時の厚さを有する、エラストマー基材と、内面によって支持される第１の電子デバイスと、外側基材によって支持される第２の電子デバイスであって、第１及び第２の電子デバイスは互いに関して対向する構成をとりエラストマー基材の厚さ分だけ隔てられ、出力がエラストマー基材厚さの関数として変化する圧力センサーを形成する、第２の電子デバイスとを備え、第１及び第２の電子デバイスのそれぞれは、１ｍｍ未満の厚さ及び５ｍｍ未満の横寸法を有する、１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備える。
【００７３】
[073]一態様において、システムは、第１の電極のアレイのそれぞれの部材を電気的に接続するための第１の複数の電気的相互接続部と、電極の第２のアレイのそれぞれの部材を電気的に接続するための第２の複数の電気的相互接続部とをさらに備え、電気的相互接続部は、蛇行構成をとる。電気的相互接続部は、封緘層によって独立して封入され得る。障壁層は、第１の複数の電気的相互接続部を第２の複数の電気的相互接続部から電気的に絶縁することができる。エラストマー基材に印加される圧力は、その対の電極の間の基材厚さを減少させ、それによって、静電容量を増大させる。別の例は、互いに熱的に連通する第１及び第２の電子デバイスであり、電子デバイスのうちの一方は、熱源であり、もう１つの電子デバイスは、温度を測定する熱検出器であり、熱源と熱検出器との間のエラストマー基材厚さが変化すると、熱検出器によって測定される温度が変化する。
【００７４】
[074]本明細書で説明されているシステムは、「付属物装着可能電子システム」又は「付属物形状適応システム」とも称され、内面及び外面を有する薄い柔軟性及び／又は延伸性を有する基材を備えることができる。基材内面は、囲い部内の付属物に関連付けられている表面を被覆し、形状適合接触することなどによって曲面（例えば、付属物表面）を受け入れるための囲い部を定める。適宜、基材は、１０ｍｍ未満の厚さ、１ｍｍ未満の厚さ、５００μｍ未満の厚さ、又は１００μｍ以上、１ｍｍ未満の範囲で選択された厚さなどの、厚さに関して説明される。厚さは、動作条件及び関連する適用対象に基づき選択され得る。例えば、実質的な表面摩耗を有する適用対象では、基材は、それに対応してより厚い、及び／又はより高い耐久性を有することができる。機能性電子デバイスは、弾力的な基材内面又は弾力的な基材外面によって支持される。機能性電子デバイスは、１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品であるデバイス構成品を備える。機能性電子デバイスは、そのデバイス構成品を含めて、延伸性を有し、曲げることができる。機能性電子デバイスは、そのデバイス構成品を含めて、１０μｍ以下の厚さなどの、厚さを有する。デバイスの薄いレイアウト幾何学的形状及びエラストマー基材の特性により、対象物表面と電子デバイスとの間の相互作用に関して多くの機能性に関する利点が得られ、また中にデバイスのどれかを形成するためのいくつかの固有の転写プロセスが容易にもなる。
【００７５】
[075]例えば、基材の内面は、囲い部の３次元形状が内容積部を定める閉じた表面であるという点で視覚的に、及び／又は物理的にアクセス不可能である場合がある。そのような囲い部は、特に小さい場合、アクセスが困難であり、機能性電子デバイスを囲い部表面に置くことは困難である。そのような囲い部は、１つ又は２つの開口部を有し得るけれども、いぜんとして、転写を受けるように囲い部を開くために使用され得る自由端を有する開いた囲い部と比較して、機能性電子デバイスの転写のために容易にアクセスできるものではない場合がある。本発明のエラストマー基材の特性により、外面上の特別構成の機能性電子デバイスをひっくり返して機能性電子デバイスが囲い部を定める内面に載るようにすることが可能である。これは、特別な構成の薄いデバイス構成品レイアウト、及びそれに対応して薄い機能性電子デバイスによって達成され、これはデバイスの機能性に悪影響を及ぼすことなく実質的に延伸され、曲げられ、及び／又は折り畳まれ得る。したがって、本発明の一態様は、従来の電子デバイス転写プロセスからは物理的にアクセス可能でない内面に関係する。本明細書で説明されている基材のどれかの外面は、それとは対照的に、内側から見て外方に向き、外力いっさいなしで、又は最小限度の外力で、視覚的に、また物理的にアクセス可能である。例えば、外面は、基材を延伸し、比較的真っ直ぐに前方に最小限度の力を印加して所望の領域上で陥入又は折り目を除去することによって物理的にアクセス可能になる陥入部を有することができる。機能性電子デバイスアレイを外面に転写し、その後、基材表面をひっくり返すことで、機能性電子デバイス及びアレイを他の方法では従来の転写技術からアクセスできない極端に密閉されている内容積部及び囲い部内に配置することが容易になる。
【００７６】
[076]一実施形態において、本明細書で提示されているデバイス及び方法のどれかにおける基材はどれも、内面又は外面によって支持されている機能性電子デバイスの機能性パラメータの実質的低下なしで互換的にひっくり返すことができる内面及び外面を有する。この実施形態では、どの表面が機能性電子デバイスを支持しているかどうかは問題でなく、基材表面は、外向きの電子デバイスが基材表面をひっくり返すことによって内向きにひっくり返せるように容易にひっくり返すことができる。同様に、内側に向いている電子デバイスは、基材表面をひっくり返すことによって外方向にひっくり返すことができる。したがって、一態様では、エラストマー基材材料及び付着されている機能性電子デバイスは、基材の完全性又はデバイスの機能性に悪影響を及ぼすことなくひっくり返すことができる適切な物理的特性を有するように選択される。例えば、材料は、比較的低弾性であり、例えば、１ＭＰａ未満、５００ｋＰａ未満、１００ｋＰａ未満であるか、又は１０ｋＰａ以上、２００ｋＰａ以下の範囲から選択され得る。同様に、基材は、約２００％以上、５００％、８００％、又は４００％以上、１，２００％以下である範囲から選択される破壊歪みなどの、比較的高い破壊歪みを有することができる。一態様では、使用者の皮膚と接合するなどのために、基材は、エコフレックス（登録商標）シリコーン（ショア００〜３０硬度（Ｓｍｏｏｔｈ−Ｏｎ，Ｉｎｃ））などのシリコーン材料とすることができる。
【００７７】
[077]一態様において、本明細書で提示されている電子デバイスはどれも、機能性電子デバイスのアレイを備える。一実施形態では、機能性電子デバイスは、センサー、アクチュエータ、又はセンサーとアクチュエータの両方である。例えば、センサーは、センサーの運動、速度、加速度などの電子デバイスに関係する物理的パラメータに関する情報、又は電子デバイスが物理的に接触する表面に関連付けられている物理的パラメータ、例えば、圧力、力、温度、電位、伝導率、水和、水分、電磁放射線、又はセンサーが測定することができるパラメータに関する情報を提供することができる。アクチュエータは、対照的に、信号又は刺激を表面に付与する機能を有する。適宜、複数のアクチュエータは、内面に付けられているアクチュエータ及び外面若しくは別の基材の外面のいずれかに付けられているセンサーなどの、複数のセンサーによって制御され得る。このようにして、遠隔制御機器又は中に設けられているデバイスのどれかで被覆されている表面を有するロボットデバイスなどによって、別の表面がどのような「感触」かを表面に実際にタッチすることなく使用者が感じ取るなどの、仮想現実システムが実現される。或いは、手袋などの、多機能性デバイスは、その後使用者の皮膚と形状適合接触している内面に付けられている刺激装置に伝送されるパラメータを感知するために外面にセンサーを有することができる。このようにして、手袋の外部の状態に関する情報は、内面に付けられている刺激装置を介して使用者によって検出される。
【００７８】
[078]デバイスの機能性を犠牲にすることなく、整形された表面に、それがたとえ高度に異形であっても、適応するように基材表面をひっくり返し、及び／又は延伸することができる一方法は、破壊の影響を最も受けやすい剛体材料が高い応力から絶縁されるように電子機器のレイアウト及び幾何学的形状を特に製作し、パッケージすることによるものである。例えば、柔軟性及び延伸性を有する相互接続部を機能性電子デバイス内に組み込み、曲げ及び屈曲応力に適応するように位置決めされ、これにより、剛体若しくは脆い材料を過度に高い応力から絶縁することができる。相互接続部は、剛体デバイスアイランドとして構成され得る、複数の機能性電子デバイスを含む、機能性電子デバイスを電気的に接続する。一実施形態において、柔軟性及び延伸性を有する電気的相互接続部は、曲げられた構成をとる導電性の金属部を備える。曲げられた構成の例として、波状幾何学的形状（例えば、米国特許第７，６２２，３６７号（３８−０４Ａ）を参照）、バックル状の幾何学的形状（例えば、米国特許第８，２１７，３８１号（１３４−０６）を参照）、及び／又は蛇行構成（例えば、米国特許出願公開第２０１０／０００２４０２号（２１３−０７）、国際公開第２０１１／０８４４５０号パンフレット（１２６−０９ＷＯ）、米国特許出願公開第２０１３／００４１２３５号（２９−１１）を参照）が挙げられる。
【００７９】
[079]適宜、相互接続部は、蛇行構成のナノワイヤを備える。特に相互接続部が接続するより剛性の高い構成品に関して小さい相互接続部断面寸法とすることによって高い柔軟性及び曲げ性が達成される。例えば、ナノワイヤは、矩形の断面を有することができ、厚さは５０ｎｍ以上、１μｍ以下の範囲から選択され、幅は１μｍ以上、１ｍｍ以下の範囲から選択される。一態様では、蛇行構成は、１００μｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲から選択されるような、平均曲率半径によって特徴付けられる。
【００８０】
[080]一態様において、電子デバイスは、少なくとも２つの相互接続層内に配置構成された複数の相互接続部を備え、隣接する相互接続層は電気的絶縁エラストマー層である障壁層によって隔てられ、これにより、上に重なる相互接続部を使用したコンパクトな配線が実現される。
【００８１】
[081]電気的相互接続部は、薄い層などの半導体構成品を含む、比較的脆い構成品から作られるような、機能性電子デバイスが比較的高い剛性を有する実施形態では特に有利である。一態様では、機能性電子デバイスは、少なくとも１つの相互接続部に電気的に接続されている剛体デバイスアイランドを備える。この態様では、相互接続部の曲げられた構成は、薄いエラストマー基材の曲げ及び延伸からの応力に適応し、これにより、剛体デバイスアイランドを印加される応力から絶縁する。一態様では、曲げ及び延伸の応力は、薄いエラストマー基材の内面と外面とをひっくり返すことから生じる。
【００８２】
[082]本明細書で提示されている電子デバイスはどれも、２以上、１０００以下の範囲から選択された数などの、機能性電子デバイスの総数によって特徴付けられた機能性電子デバイスのアレイを備えることができる。一態様では、この数は、約４〜１００の範囲内である。一態様では、この数は、約４〜２０の範囲内である。一態様では、本明細書で説明されているアレイはどれも、設置面積に関してさらに定められ、設置面積は、アレイによって被覆される表面積であり、アレイ内の個別のデバイスの一番外側の部分として定められ得る。したがって、機能性電子デバイスの個数及び設置面積に基づき、空間的密度が決定される。細かい空間分解能を必要とする適用対象については、１ｍｍ２当たり約１〜１０個のデバイスがあってもよい。細かい空間分解能が必要でない他の適用対象については、デバイスは、１ｃｍ２当たりデバイス１〜１０個など、より疎らに分配され得る。
【００８３】
[083]一態様において、機能性電子デバイスは、曲面と接合するために電気触覚刺激装置の多重化されたアレイを備え、曲面は生きている組織に対応する。
【００８４】
[084]一実施形態において、明細書で提示されている電子デバイスはどれも、装置付き手袋又は外科手術用の医療用手袋などの、人間−機械インターフェースの一部である。電子デバイスは、他の適用対象でも容易に使用され、これは表面に加えられる力又は圧力を測定するための力又は圧力センサーのアレイを含む。このような適用対象は、例えば、表面に対して加えられる力の非常に正確な理解をもたらすことができ、それに応じて、閾値を超えた場合に警告又はアラームを発生することができる。これは、例えば、生体表面で生じ得る。
【００８５】
[085]一態様において、無機半導体構成品及び金属導体構成品は、独立して、１μｍ以下の厚さを有する１つ又は複数の薄膜構造物を備える。
【００８６】
[086]一実施形態において、電子デバイスは、１つ又は複数の無機半導体構成品を備え、例えば、無機半導体構成品は独立してナノ膜構造、多結晶半導体材料、単結晶半導体材料、又はドープ多結晶若しくは単結晶半導体材料を備える。
【００８７】
[087]一態様において、デバイスは、中立機械面（ＮＭＰ）を有し、ＮＭＰは、ナノ膜である無機半導体などの、デバイス内の無機半導体位置に対応する深さに位置決めされる。このようなＮＭＰの位置決めをすることで、基材の内面及び外面をひっくり返すときなどに生じるような、曲げ及び延伸応力に対してデバイスはさらに耐えやすい。
【００８８】
[088]一態様において、デバイスは、湾曲した幾何学的形状を有する電気的相互接続部である金属導体構成品などの１つ又は複数の金属導体構成品を備える。湾曲した幾何学的形状は、少なくとも部分的に自立していてもよい。湾曲した幾何学的形状は、曲がり部分が平面内にあるか、平面外にあるか、又はこれらの組み合わせである蛇行構成を含み得る。一実施形態において、電気的相互接続部は、剛体デバイスアイランドを電気的に接続する。一態様では、剛体デバイスアイランドは、シリコンナノ膜などの、無機半導体を含む。
【００８９】
[089]一態様において、剛体デバイスアイランドは、比較的脆く、物理的破壊の影響を受けやすいさまざまな部分があるため歪み感応性を有する傾向のあるセンサー又はアクチュエータ構成品の位置に対応する。一態様では、センサー又はアクチュエータは、電気触覚デバイス、モーションセンサー、圧力センサー、圧力アクチュエータ、熱センサー、熱源、又はこれらの組み合わせであり、その構成は、湾曲した相互接続部が他の方法では剛体デバイスアイランドが十分に耐えられない応力に適応するように構成されているという点で、メッシュ幾何学的形状として記述され得る。
【００９０】
[090]説明されているように、機能性電子デバイスは、特に、基材がひっくり返せるものである実施形態を考えたときに、基材外面によって、又は基材内面によって支持され得る。一態様では、機能性電子デバイスを支持する外面がひっくり返され、これにより、ひっくり返した後に、外面によって支持されている機能性電子デバイスは、内面によって支持される機能性電子デバイスとなる。一態様では、ひっくり返した後、内面に付けられている機能性電子デバイスの少なくとも９０％は、内向き表面幾何学的形状に面する外面からひっくり返した後も機能を保つ。このようにして、内面によって定められた囲い部は、実際に、元は外面であった基材表面に対応する。
【００９１】
[091]一実施形態において、例えば、１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、印刷可能な構造物である。一実施形態において、例えば、１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、転写を用いて前記柔軟性又は延伸性を有する基材上に組み立てられる。一実施形態において、例えば、前記１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方の少なくとも一部は、マイクロ転写、乾燥接触転写、溶液ベースの印刷、ソフトリソグラフィー印刷、レプリカ成形、又はインプリントリソグラフィーを介して前記柔軟性若しくは延伸性を有する基材上に組み立てられる。
【００９２】
[092]一実施形態において、薄いエラストマー基材内面は、曲面を受け入れ、被覆するための囲い部又は少なくとも１つの開口部を有する内容積部を定める。一態様では、囲い部で被覆され、囲い部内に収容されるべき表面は、付属物、指、腕部分、脚部分、頭部分、又は胴部分などの、生きている動物の一部である対象物である。
【００９３】
[093]一実施形態において、曲面及び基材を受け入れるための囲い部を定める薄いエラストマー基材内面は、自己発生接触力の下で、曲面を受け入れ、曲面に適合し、曲面と形状適合接触する物理的特性を有する。一態様では、これらの物理的特性は、５００ｋＰａ以下の基材ヤング率、及び５００％以上の基材破壊歪みに対応する。機能性については、これは、構造的完全性に悪影響を及ぼすことなく基材が高度に異形の表面であっても形状適合接触し、また表面をひっくり返す作用を受けることもできることを保証する。
【００９４】
[094]一態様において、囲い部は、曲面の対応する寸法より小さい受け入れ寸法を有し、使用中に、薄いエラストマー基材の歪みは受け入れ寸法を増加させ、機能性電子デバイスに悪影響を及ぼすことなく囲い部内に受け入れた表面を収容する。例えば、基材が指を受け入れるためのものである場合、囲い部は、指の直径より小さい直径を有することができる。したがって、使用時に、指がエラストマー基材を延伸し、それによって、指の表面と基材との間に半径方向の接触力が発生する。このようにして、歪みは、薄いエラストマー基材と囲い部内の曲面との間に密着する接触力を発生し、基材内面に付いているデバイス構成品と曲面との間に密着する形状適合接触を確立し、維持する。
【００９５】
[095]基材における歪みの量を変化させることで、基材と、したがって基材内面に付いている機能性デバイスと、囲い部内の表面との間の接触力を制御することができる。より大きい接触力が必要とされる適用対象については、囲い部の特性寸法は、収容される対象物のサイズに関して対応する形で縮小される。例えば、囲い部の容積は、囲い部の直径を縮小することによって縮小される。一態様では、電子デバイスは使用時に、１％以上、１００％以下の範囲から選択された歪みを有する。もちろん、エラストマー基材の破壊歪みが大きいだけでなく、電子デバイスの柔軟性及び弾力性が高いため、柔軟性及び延伸性を有する相互接続部及び薄いレイアウトの幾何学的形状を使用するなどによって、本発明は、所望に応じてなおいっそう高い歪み及び応力に適応することができる。
【００９６】
[096]電子デバイスは、内部部分の長さ、幅、深さ、及び／又は容積を含めて、囲い部（本明細書では、内部部分又は内容積部とも称され、取り替えて使用される）に関してさらに説明され得る。例えば、囲い部は、５ｍｍ〜３０ｃｍの平均直径、及び／又は５ｍｍ〜３０ｃｍの平均長の円筒形の形状を有し得る。一態様では、囲い部は、１ｃｍ３以上、１０，０００ｃｍ３以下の容積を有する。
【００９７】
[097]一態様において、電子デバイスは、約１ｍｍ−２（高密度被覆率）〜１ｃｍ−２（低密度被覆率）の範囲から選択された電子デバイス空間的密度を有する電子デバイスのアレイである。
【００９８】
[098]一実施形態において、囲い部は、実質的に円筒形であるか、又は部分的に球状であるか、又は半球状の形状を有する。円筒形の形状は、適宜一端のところで被覆され、例えば、指先を被覆する。したがって、電子デバイスはどれも、指又は指先を受け入れる形状の内部部分を有するものとしてもよい。円筒形の形状は、両端のところで開いている管であってもよい。
【００９９】
[099]一態様において、囲い部は、部分的に閉じられた容積であり、これにより、曲面は、曲面を内部分に押し込むことなどによって被覆される。対照的に、開放容積は、基材の別の部分と連続的に接続されていない自由に移動できる少なくとも１つの端部を有する囲い部を指す。このようにして、開放容積は、内面を曲面の周りに巻き付け、基材のくくりつけられていない端部を固定して内部部分を形成することに対応し得る。これは、基材の自己発生力の下で、薄いエラストマー基材を縦方向に張力のかかった状態で曲面の周りに巻き付けて表面の被覆及び形状適合接触を確実にすることによって達成され得る。或いは、薄いエラストマー基材が、部分的に閉じられている容積部の開口部を強制的にさらに開いて生体表面を受け入れるようにすることなどによって、円周方向の張力の下で生体表面の上に転がされ得る。
【０１００】
[0100]一実施形態において、本明細書で説明されている電子デバイスはどれも、多機能性を有していてもよい。多機能性とは、電気触覚刺激装置及びセンサーデバイスなどの、異なる機能を備える少なくとも２つの異なる種類の機能性電子デバイスがあることを指す。一態様では、内面は機能性電子デバイスの第１のアレイを支持し、外面は機能性電子デバイスの第２のアレイを支持し、第１のアレイは第２のアレイと異なる機能性を有する。例えば、第１のアレイは、第１のアレイの電子デバイスと形状適合接触する生きている動物の皮膚と接合するように電気触覚刺激装置を備えることができ、第２のアレイは、第２のアレイの電子デバイスと外部表面との間の触覚での相互作用からの物理的パラメータを測定するセンサーを備えることができる。センサーの例として、圧電抵抗、圧電、容量、及び電気抵抗センサーなどの歪みゲージセンサー及び触覚センサーが挙げられる。
【０１０１】
[0101]一態様において、電気触覚刺激装置の第１のアレイは、指を被覆する基材の外側及び内側のセンサー及び刺激装置などの、センサーの第２のアレイによって測定された物理的パラメータに従って生きている動物の皮膚と接合する。
【０１０２】
[0102]一実施形態において、機能性電子デバイスのアレイは、アレイの一番外側の部材によって定められる設置面積を有する。デバイスを製作する方法は、注目する適用対象に応じて、広い範囲の設置表面積と互換性を有する。一例において、設置面積は、０．５ｃｍ２％以上、１００ｃｍ２以下の範囲から選択される。
【０１０３】
[0103]一実施形態において、機能性電子デバイスのアレイは、生きている組織と接合するために電気触覚刺激装置の多重化されたアレイを備える。一態様では、機能性電子デバイスのアレイは、電気的パラメータを感知し、及び／又は電位などの電気的パラメータを適用するための電極などの、電極のアレイを含む。一実施形態において、それぞれの電極は１ｍｍ未満の直径を有する内側円板と内側円板を囲む外側リングとを備え、内側円板及び外側リングは、互いに関して同心となるように位置決めされ、内側円板と外側リングとの間の分離距離は１００μｍ以上から５００μｍ以下までの範囲から選択される。一態様では、電極の厚さは、数百ナノメートル程（例えば、１００ｎｍ〜９００ｎｍ）など、１μｍ未満である。一態様では、半導体構成品はどれも、１μｍ未満、又は数百ナノメートル程（例えば、１００ｎｍ〜９００ｎｍ）の厚さを有するダイオードなどの、ダイオードである電子デバイスの一部であるシリコンナノ膜を備える。これらのダイオード及び電極は多重化回路の一部を備え、これにより、特に多数の機能性電子デバイスを備えるアレイに対する、デバイス制御及び出力処理がしやすくなる。
【０１０４】
[0104]別の実施形態において、本発明は、本明細書で説明されているデバイスのどれかを作製する方法である。一態様では、提示されているのは、内向きの表面と外向きの表面とを有するエラストマー基材を備えることによって曲面を被覆し、曲面と接合するように電子デバイスを作製する方法である。機能性電子デバイスのアレイなどの、機能性電子デバイスは、エラストマー基材の外向きの表面に転写される。エラストマー基材はひっくり返され、ひっくり返した後に、外向きの表面は内向きの表面になり、内向きの表面は外向きの表面になり、それによって、内向きの表面にデバイス構成品のアレイが形成され、ひっくり返した後も、機能性電子デバイスのアレイはそのまま機能する。そのまま機能するというのは、ひっくり返した後に少なくとも９０％の、少なくとも９５％の、又はすべての機能性電子デバイスが機能を維持することを指す。所望の機能性レベルは、極薄のデバイス及びデバイス構成品（例えば、１μｍ未満）、蛇行幾何学的形状を含む柔軟性及び延伸性を有する相互接続部、並びに中立機械面（ＮＭＰ）レイアウトを使用することを含む、本明細書で提示されているデバイスの幾何学的形状のうちの１つ又は複数を組み込むことによって達成される。したがって、これらのデバイスのレイアウト及び幾何学的形状のうちの１つ又は複数は、表面をひっくり返すことに関連する応力が加わった後でも堅牢なデバイスを実現するために本明細書で開示されている方法のうちの１つ又は複数に組み込まれ得る。
【０１０５】
[0105]一態様において、内向きの表面は、曲面を受け入れ、被覆し、接合するための内容積部又は部分を定める。一態様では、エラストマー基材の囲い部は、曲面又はその鋳型に当ててエラストマー前駆体を鋳造し、エラストマー前駆体を硬化して内向きの表面と外向きの表面とを有するエラストマー基材を形成することによって得られる。このようにして、基材は、システムにおいて使用される特定の曲面に合わせて手直しされ得る。特に、曲面に対応する静止状態の表面曲率を有するエラストマー基材が生成され得る。適宜、その結果得られる硬化した基材は、受け入れられるべき曲面を有する対象物の対応する寸法に比べてわずかに小さい内容積部寸法を有する。例えば、表面の鋳型は、それに対応してサイズがわずかに縮小され得る。これは、受け入れられるべき曲面に適応するようにエラストマー基材の歪みによって生成される自己発生接触力があることを保証するための一手段である。一態様では、鋳型のサイズは、１％以上、１００％以下、又は約１％〜２０％の範囲から選択された歪みをエラストマー基材中に生じるように選択される。或いは、静止状態の基材の湾曲は、押出成形などの、当技術分野で知られている別のプロセスによって形成され得る。
【０１０６】
[0106]一態様において、転写は、転写などによるアレイの機能性電子デバイスを転写スタンプから弾力的な基材の外面に転写するステップを含む（例えば、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第７，９４３，４９１号（４１−０６）、米国特許第７，７９９，６９９号（４３−０６）、米国特許第７，９３２，１２３号（１５１−０６）、米国特許第８，２１７，３８１号（１３４−０６）、米国特許第８，１９８，６２１号（３８−０４Ｄ）、米国特許第７，６２２，３６７号（３８−０４Ａ）を参照）。一実施形態において、特に、曲面を有するエラストマー基材については、転写は、エラストマー基材を平坦化して平面的幾何学的形状にすることと、機能性電子デバイスのアレイを平面的幾何学的形状の弾力的な基材に転写することとを含む。転写した後、エラストマー基材は解放され、弛緩して曲面幾何学的形状に戻ることができる。別の態様では、転写は、転写スタンプを湾曲した幾何学的形状の前記弾力的な基材の外面の上に転がすステップを含む。
【０１０７】
[0107]一態様において、内容積部又は部分内に受け入れられるべき曲面は、指又は指先の表面形状に対応する表面形状を有する。
【０１０８】
[0108]一態様において、電子デバイスは、手袋の指又は指先内に組み込まれる。一態様では、機能性電子デバイスは、センサー、アクチュエータ、又はセンサーとアクチュエータのアレイを備える。
【０１０９】
[0109]一実施形態において、機能性電子デバイスは、メッシュ構成の電気触覚電極のアレイを備え、電気的相互接続部は、電気触覚電極に電気的に接続される。
【０１１０】
[0110]一態様において、本発明は、対象物の表面と接合する方法などの、本明細書におけるデバイスのどれかを使用する方法である。一実施形態において、この方法は、囲い部を定める内向きの表面、及び外向きの表面を有する薄いエラストマー基材を構成するステップを含む。機能性電子デバイスは、内向きの表面又は外向きの表面で支持される。機能性電子デバイスは、１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品であるデバイス構成品を備える。機能性電子デバイスは、延伸性及び曲げ性を有し、厚さは１０μｍ以下である。機能性電子デバイスを支持する表面は、対象表面と物理的に接触して、機能性電子デバイスを対象物の対象表面と接合させる。一態様では、囲い部は、対象物及び関連する表面を受け入れて、基材の物理的支持を行う。一態様では、この方法は、囲い部内に受け入れられている対象物及び曲面に適合するように囲い部の容積を拡大することに関係する。
【０１１１】
[0111]内側基材表面に付けられているデバイスについては、この方法は、接合するために対象物の表面を囲い部に導入するステップをさらに含む。例えば、対象物は、生きている動物の一部であってもよく、対象表面は、皮膚又は表皮層に対応する。機能性電子デバイスは、センサー、アクチュエータ、又はセンサーとアクチュエータの両方のアレイを備えることができる。一実施形態において、デバイスは、電気触覚刺激装置の下にある皮膚又は表皮層中の神経を刺激するなどのための電気的触覚刺激装置のアレイを備える。
【０１１２】
[0112]或いは、外向きの表面によって支持される機能性電子デバイスについては、物理的に接触するステップは、基材囲い部の外部にある対象物の表面を外向きの表面に導入するステップを含み得る。この態様では、外面に付けられている機能性電子デバイスは、触感を測定するセンサーを含む、外部に配置された対象表面と接合する。一態様では、この方法は、支持対象物を内部部分の中に挿入してエラストマー基材を物理的に支持するステップをさらに含む。例えば、リモートセンシングでは、支持対象物は、遠隔制御される対象物又はロボット制御されるデバイスの一部であってもよい。この態様では、機能性電子デバイスは、注目する適用対象に応じて、触覚発生力パラメータから温度、伝導率、硬度、弾性、又は別のパラメータなどの固有の表面に関係するパラメータまでの範囲の、対象表面の物理的パラメータを測定するためのセンサーのアレイを備えることができる。
【０１１３】
[0113]別の実施形態において、第１の機能性電子デバイスは、内向きの表面によって支持され、第２の機能性電子デバイスは、外向きの表面によって支持され、物理的に接触するステップは、第１の対象物の表面を内側部分に導入し、第２の対象物の表面を外面に導入するステップを含む。例えば、第１の対象物は、生きている人の付属物に対応し、第１の機能性電子デバイスは、付属物の上に載る組織と接合する電気触覚刺激装置のアレイの一部である。付属物は、指又は指先であり、そこに、第２の対象表面を有する外面で支持されている第２の機能性電子デバイスの相互作用に依存する電気触覚刺激が与えられる。外科手術用手袋の場合、第２の対象表面は、生体組織などの、患者の一部であってもよい。
【０１１４】
[0114]本明細書で提示されているデバイス及びプロセスはどれも、指、指先、又は本明細書で開示されている他の部分を含む、人体の一部を受け入れる囲い部に関係し得る。
【０１１５】
[0115]本明細書で提示されているのは、表皮層又は皮膚層を含む、使用者の生体表面に形状適合するように構成された電子デバイスである。一実施形態において、生体表面は、付属物に対応する。一実施形態において、生体表面は、指先を含む、１本の指又は複数本の指である。一実施形態において、生体表面は、表皮又は皮膚を含む、人体の一部である。デバイスは、移動し、及び／又は変形する使用者の体表を含む、使用者の体表の形状を伴う部分に装着するのに特に有用である。本発明の一態様は、電子デバイスが、適切に使用者に装着されたときに自己発生力を付与し電子デバイスが使用者の体表と確実に良好な接触をするようにする柔軟性、変形性、及び／又は曲げ性を有する基材上に設けられ、接点は適切に維持され、数分から数時間又は数日までの範囲の長い期間にわたるとしても注目する適用対象により、所望に応じて耐久性を有する態様である。
【０１１６】
[0116]一実施形態において、電子デバイスは、生体表面の湾曲に一致する３次元的湾曲のある基材を有する。「３次元的湾曲」は、（ｘ，ｙ，ｚ）座標によって定義される表面、又はその変換を指す。湾曲は、特に構成品のアレイを支持する表面を受け入れる基材のその部分について、基材表面と生体表面との間に実質的な対応関係があるときに生体表面に「一致する」と考えられる。この実施形態では、基材の受け入れ表面、及び構成品のアレイは、生体表面との、形状適合接触を含む、物理的接触を行うことができる。基材受け入れ表面は、内向きの方向に配向されたときに、指、付属物、又は使用者の他のアクセス可能な部分などの、生体表面を受け入れるように構成されている内容積部を有する囲い部を定める。
【０１１７】
[0117]使用者の身体の一部を受け入れるための囲い部及び内容積部をもたらすデバイス構成の機能性に関する利点は、デバイス基材が自己発生力を付与して生体表面とアレイの構成品とを確実に密着させることができる点である。一態様では、自己発生力は、粘着構成品又は外力発生が必要ないくらいに十分大きく、それらの構成品がなくても、形状適合接触を確実に発生し、維持する能力は影響を受けない。
【０１１８】
[0118]デバイス基材からの自己発生力は、構成品のアレイ内の個別の構成品に関して法線方向に印加される物理的力であってもよい。力は、複数の方向に印加され、その方向及び大きさは生体表面の至るところで変化し得るけれども、個別の構成品については、その構成品上の法線力は、この力の分布から算出することができる。この法線力は、さまざまな実施形態によって生成され得る。一実施形態では、電子デバイスは、張力の下で生体表面上に巻き付けられ、それによって、所望の力をもたらす。或いは、電子デバイスは、デバイスと下にある生体表面との間の形状適合接触を、その表面が３つの空間次元のそれぞれで空間的に変化するいくつもの曲面にわたっていても、確実に行うように法線力をもたらす有効な円周方向の張力により、表面上に転がされ得る。
【０１１９】
[0119]このデバイスの構成は、デバイスが皮膚、指、又は身体の他の領域に貼り付けられているときなどにデバイスが実質的な応力を受ける場合であっても、アレイ内の大半の構成品は、そのまま機能を維持することを保証する。一態様では、構成品又は機能性電子デバイスの少なくとも７０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、又はほぼすべては、構成品のアレイが内向きであり、皮膚との物理的及び／又は形状適合接触をするように位置決めされることを確実にするため表面配向を操作することを含むステップによって、生体表面に貼り付けた後も機能を維持する。
【０１２０】
[0120]一態様において、デバイスの内容積部は、受け入れ表面によって支持される構成品のアレイを外向き構成から内向きへの構成にひっくり返すことによって形成される。この態様は、構成品のアレイが物理的にアクセス可能な表面、例えば、外向きの表面に転写されるデバイスに対して特に関連するものである。そのような外向きの表面は、基材をすでに位置決めされている外向きの表面が内向きの表面に対応するようにひっくり返すことによって形状適合接触を形成するように適切に構成される。
【０１２１】
[0121]一実施形態において、基材は、開管容積を形成し、基材は２つの開放端を有し、それらの開放端の間に、生体表面との形状適合接触がある。そのような構成は、指スリーブ（例えば、指先のない手袋）、腕バンド、脚バンド、又は額バンド、又はこれらのラップなどの、付属物先端の一部が被覆されていない、付属物の上で滑るデバイスに対して関連する。この態様では、内容積部は、物理的端面を有しないが、その代わりに、基材の縁によって定められる端部を有する。或いは、基材は、手袋の指先部分によって閉じ込められている指などに対して、部分的に閉じられた容積を形成する。この態様では、内容積部の一方の端部は、それに対応する物理的表面を有し、他方の端部は開いており生体表面を受け入れる。いずれかの実施形態において、内容積部は、例えば込み入った（例えば、非円筒形の）基材形状について基材全体にわたって平均することを含むステップによって、深さ及び直径、又はその特徴的な尺度で定められ得る。
【０１２２】
[0122]デバイスは、所望の適用対象に応じて、材料、本明細書で開示されているような、構成品、構成、並びに作製及び使用の方法について参照により本明細書に明示的に組み込まれている、１２６−０９、２９−１１Ｐ、１３４−０６、３−１１、７−１１、１５０−１１、３８−０４Ｃ、３８−０４Ｄ、及び以下で提示されているような他のもののうちのどれかに開示されているようなものを含む、多数の、又はさまざまな種類のセンサー、エフェクタ、アクチュエータ、又は回路素子と互換性を有する。
【０１２３】
[0123]一態様において、デバイスは、寸法、構成品の数及び密度を含むアレイ特性、及び設置面積を含む１つ又は複数の関連するパラメータによってさらに特徴付けられる。設置面積は、アレイの被覆面積、及び構成品のアレイと形状適合接触している生体表面の対応する面積を指す。デバイスは、比較的小さい面積（例えば、０．５ｃｍ２）から比較的大きい面積（例えば、１００ｃｍ２以上）までの範囲の、任意のサイズの領域にわたる構成に対して適している。
【０１２４】
[0124]また本明細書で提示されているのは、本明細書で開示されているデバイスのどれかを作製し、使用するための関連する方法である。デバイスのさまざまな物理的特性から、機能性に関する利点が得られるようにデバイスを特に操作する能力が得られる。例えば、基材は、所望の表面に合わせて整形され、電子的活性材料がそれに転写される。転写に関して、基材の外面は、外向きの表面が内向きの表面よりも一般的にアクセスしやすいので、電子的活性材料の受け入れ表面として構成される。基材が変形可能であることにより、その後、受け入れ表面を外向き構成から内向き構成にひっくり返すことができ、それによって、デバイスが生体表面に装着されるか貼り付けられたときに電子活性材料と生体表面との間の密着した接触が容易になる。
【０１２５】
[0125]一態様において、本発明は、付属物装着可能電子システムを作製する方法を提供し、この方法は（ｉ）元の囲い部を定める最初は内向きである表面、及び最初は外向きである表面を有する薄い柔軟性及び延伸性を有する基材を備えるステップと、（ｉｉ）１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを柔軟性又は延伸性を有する基材の最初は外向きである表面に転写するステップであって、センサー、アクチュエータ、又はその両方は１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備え、無機半導体構成品、金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、５００ミクロン以下の厚さを有する、ステップと、（ｉｉｉ）エラストマー基材をひっくり返して、ひっくり返した後に最初は外向きである表面がその後内向きである表面となり、付属物を受け入れるための最終的囲い部を定め、最初の内向きの表面はその後外向きである表面になるようにし、それによって、電子デバイスをその後内向きになる表面上に形成するステップであって、基材をひっくり返すステップの後も、柔軟性又は延伸性を有するデバイスは機能を維持する、ステップとを含む。
【０１２６】
[0126]一実施形態において、例えば、付属物は、手、指、指先、頭、足、爪先、脚、胴、又はこれらの任意の部分である。一実施形態において、例えば、柔軟性又は延伸性を有する基材を構成するステップは、（ｉ）エラストマー前駆体を付属物又はその鋳型の表面に当てて鋳造するステップと、（ｉｉ）エラストマー前駆体を硬化させて、付属物の形状に対応する静止時の囲い部形状を有する柔軟性又は延伸性を有する基材を形成するステップとを含む。一実施形態において、例えば、転写するステップは、マイクロ転写、乾燥接触転写、溶液ベースの印刷、ソフトリソグラフィー印刷、レプリカ成形、及びインプリントリソグラフィーからなる群から選択された技術を介してアクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーのアレイを転写するステップを含む。一実施形態において、例えば、転写するステップは、アクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーのアレイをエラストマー転写スタンプから弾力的な基材の最初は外向きである表面に転写するステップを含む。一実施形態において、例えば、転写するステップは、エラストマー基材を平面的幾何学的形状に平坦化するステップと、アクチュエータ、センサー、又はアクチュエータとセンサーのアレイを平面的幾何学的形状の弾力的な基材に転写するステップとをさらに含む。一実施形態において、例えば、転写するステップは、エラストマー転写スタンプを湾曲した幾何学的形状の弾力的な基材の外面の上に転がすステップをさらに含む。一実施形態において、例えば、最終的な囲い部は、指又は指先の表面形状に対応する内面形状を有する。一実施形態において、例えば、システムは、手袋の指又は指先内に組み込まれる。
【０１２７】
[0127]一実施形態において、例えば、１つ又は複数のアクチュエータ、センサー、若しくはその両方を柔軟性又は延伸性を有する基材のその後外向きになる表面に転写し、それによって、第１のセンサー、若しくはアクチュエータ、又はその両方をその後の内面上に形成し、第２のセンサー、若しくはアクチュエータ、又はその両方をその後の外面上に形成するステップを含む。一実施形態において、例えば、第１のセンサー、若しくはアクチュエータ、又はその両方は、電気触覚刺激装置のアレイを備え、センサー、若しくはアクチュエータ、又はその両方は、触覚センサーのアレイを備える。一実施形態において、例えば、この方法は、触覚センサーを電気触覚センサーと連通可能に接続して、電気触覚センサーが触覚センサーからの出力によって制御されるようにするステップをさらに含む。一実施形態において、例えば、電気触覚センサーのアレイは、電気的刺激の空間的に変化するパターンを生成する。
【０１２８】
[0128]一態様において、基材の湾曲は、ポリマーを所望の形状に当てて鋳造することによって得られる。所望の形状は、適合するように特別に作られた適用対象などの、生体表面それ自体であってもよい。或いは、所望の形状はそれ自体が、生体表面形状の鋳型であってもよい。或いは、基材の湾曲は、市販の基材（例えば、外科手術用手袋）を使用するステップを含む、非鋳造プロセスによって達成される。
【０１２９】
[0129]そのような鋳造プロセスによって付属物装着可能電子システムを作製する方法の一例は、（ｉ）付属物又はその鋳型を構成することと、（ｉｉ）１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを付属物又はその鋳型の表面に付与するステップであって、前記センサー、アクチュエータ、又はその両方は１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備え、前記無機半導体構成品、金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、５００ミクロン以下の厚さを有する、ステップと、（ｉｉｉ）プレポリマーを付属物又はその鋳型の表面によって支持される柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスに導入するステップと、（ｉｖ）プレポリマーを重合させて、柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを支持する内面を有する柔軟性又は延伸性を有する基材を形成するステップとによるものである。適宜、この方法は、基材及び柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを付属物又はその鋳型の表面から除去するステップをさらに含む。
【０１３０】
[0130]これらの方法はどれも、１つ若しくは複数のセンサー、アクチュエータ、又はその両方を備える柔軟性又は延伸性を有する電子デバイスを柔軟性又は延伸性を有する基材の外面に転写するステップであって、前記センサー、アクチュエータ、又はその両方は１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属構成品を備え、前記無機半導体構成品、金属構成品、又はその両方の少なくとも一部は、５００ミクロン以下の厚さを有する、ステップをさらに含むことができる。このようにして、電子デバイスは、基材表面をひっくり返さなくても内部表面と外部表面の両方に付けられる。
【０１３１】
[0131]一実施形態において、転写は、電子的活性材料を平坦化されている基材に転写するステップを含む。或いは、使用者の体表又はその鋳型に当てて位置決めされたままである基材などについては、転写は、曲面の上のスタンプの回転運動又は転動などによって、曲面に対してなされ得る。
【０１３２】
[0132]特定の理論によって拘束されることを望むことなく、本明細書で開示されているデバイス及び方法に関係する基礎となる原理の確信又は理解の説明が本明細書にはあり得る。機械に関する説明又は仮説の最終的な正しさに関係なく、本発明の一実施形態は、それでも動作可能であり、有用であり得る。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】相互接続されたデバイス構造をそれが製作されている基材からエラストマーシートに転写するためのプロセスの概略図である。（ａ）目の粗いメッシュの幾何学的形状のシリコンウェハ上に形成された相互接続されたセンサー及び電子機器がＰＤＭＳスラブ（すなわち、スタンプ）の表面上に載せられている。（ｂ）メッシュの裏側及び支持するＰＤＭＳスタンプは、ＳｉＯ２の薄い層でコーティングされ、次いで、エラストマーシート（エコフレックス）に押し付けられる。（ｃ）ＰＤＭＳを除去すると転写は完了する。
【図２】延伸性を有するメッシュ幾何学的形状の電気触覚刺激装置の多重化されたアレイをエラストマー指チューブの内面に製作するためのプロセスの図である。（ａ）エラストマー前駆体をモデルの手の指上で鋳造し、硬化させて、薄い（厚さ〜５００μｍ）の閉じた形態の膜、すなわち、指チューブ。（ｂ）ＰＤＭＳスタンプ（ここでは、顕微鏡用スライドガラスで支持されている）は、平坦化された幾何学的形状に圧縮されながら、電気触覚デバイスをこの指チューブの外面に送出する。（ｃ）自立する指チューブの外側にある電気触覚アレイ。（ｄ）チューブを回すか、又はひっくり返すことで、ここではこのひっくり返すプロセスの中ほどの地点に示されている、指チューブの内面のアレイを再配置し、これにより、以前の外面は内面になり、以前の内面は外面になる。
【図３】Ｓｉ  ＮＭダイオードと多重化された電気触覚刺激装置のアレイへの「ひっくり返し」プロセス及び適用の機構モデリングの図である。（ａ）チューブを裏返しすることに関連する曲げにおけるエコフレックスの指チューブの計算された（解析的及びＦＥＭ）プロファイルは、チューブの半径（Ｒｒａｄｉａｌ＝７．５ｍｍ）と最小曲げ半径（Ｒａｘｉａｌ）との間の直線関係を示す。（ｂ）このプロセスにおける内面と外面にかかる最大の歪みに対するＦＥＭ結果。（ｃ）ＰＩＮ  Ｓｉ  ＮＭダイオードの拡大図（右上）及び画像（右下）（ひっくり返した後）とともに、蛇行するメッシュ相互接続部との多重化された電気触覚アレイの概略図。（ｄ）赤色破線で示されたＮＭＰの位置、及びひっくり返すプロセスにおける最大の歪みに対する解析結果を伴う、デバイスの２つの領域を概略断面図。（ｅ）ひっくり返す前及び後のＳｉ  ＮＭダイオードのＩ−Ｖ特性。（ｆ）Ｓｉ  ＮＭの厚さの関数としてのＳｉ  ＮＭダイオードにおける最大の歪み及びｈＮＭＰ（中立機械面とＳｉ  ＮＭの下面との間のオフセット）。
【図４】指チューブ上の２×３の多重化された電気触覚アレイの機構及び電気的特性を示す図である。（ａ）刺激周波数の関数としての電気触感に必要な電圧。差し込み図：実験中の人間の指の電気触覚アレイ。（ｂ）人間の親指と接触している多重化された電気触覚電極のＩ−Ｖ特性。（ｃ）ダイオード多重化方式の回路図、（ｄ）６本のチャネルのそれぞれをアドレッシングするための入力を示す関数テーブル（Ｈ＝高、Ｌ＝低）。
【図５】延伸性を有するＳｉ  ＮＭ歪みゲージのアレイを備える指の運動の検出を示す図である。（ａ）縦方向（ｙ）に沿って印加される全体的な１０％の歪みによるゲージの１×４アレイ（蛇行する相互接続メッシュの頂部の近くの真っ直ぐな垂直構造物）に対する最大値原理の歪みのＦＥＭ結果。上側の差し込み図は、黄色の破線のボックスで強調表示されたゲージで歪みを示している。下側の差し込み図は、ＦＥＭ結果のレイアウトと一致するレイアウトを有する製作されたデバイスの画像を示す。（ｂ）縦方向に沿って印加された歪みの関数としての代表的なＳｉ  ＮＭ歪みゲージに対する実験で測定され、解析的に計算された抵抗の変化。差し込み図は、破線のボックス内に配置されているＳｉ  ＮＭゲージとともに、デバイスの一部のＳＥＭ画像を示している。（ｃ）真っ直ぐの（Ｉ）及び曲げられた（ＩＩ）位置における、親指に装着されている指チューブの歪みゲージアレイの画像。（ｄ）３つの曲げサイクル（黒色）と左右の運動（赤色）における代表的なゲージの抵抗の変化。（ｅ）真っ直ぐの（ＩＩＩ）及び横向きの（ＩＶ）位置にある親指の中手部上に積層された薄いエラストマーシートに載る歪みゲージの画像。（ｆ）左右の運動の３つのサイクルにおけるアレイの２つの端部のところにあるゲージの抵抗の変化。
【図６】集積化された静電容量センサーによる触感を示す図である。（ａ）親指の前部にあるセンサー。（ｂ）センサーの２×３アレイに対する内側電極（電気触覚電極）。（ｃ）同じアレイに対する外側電極。（ｄ）印加された圧力及び引っ張り歪みによる単一センサーの測定され、解析的に計算された静電容量の変化。
【図７】基本的な製作プロセスの概略図である。（ａ）Ｓｉ基板。（ｂ）犠牲ＰＭＭＡをスピンコートする。（ｃ）不活性雰囲気中でポリイミド（ＰＩ）前駆体をスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｄ）Ａｕ蒸着／パターニング。（ｅ）不活性雰囲気中でＰＩ前駆体をスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｆ）Ｏ２  ＲＩＥでＡｕ電極を露出し、ＰＩメッシュ構造を形成する。（ｇ）アセトン中で切り落とされたＰＭＭＡ／ＰＤＭＳスタンプの適用。（ｈ）ＰＤＭＳスタンプに転写されたデバイス。（ｉ）デバイスの裏に蒸着されたＣｒ／ＳｉＯ２。（ｊ）ＵＶ露光エコフレックスに押し付けられているＰＤＭＳスタンプ。（ｋ）ＰＤＭＳスタンプ除去で転写は完了。
【図８】プラスチックハンドモデルにおけるひっくり返されたエラストマーエコフレックスチューブの概略図である。
【図９】エラストマー基材の内面に付けられた機能性電子デバイスのアレイの概略図である。
【図１０】シリコン転写の概略図である。（ａ）シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基材。（ｂ）Ｓｉ層中のＲＩＥエッチング液放出穴（３μｍ）。（ｃ）Ｓｉ層を剥離するＳｉＯ２層のウェットエッジング（緩衝酸化物エッチング）。（ｄ）押されてＳｉと接触するＰＤＭＳスタンプ。（ｅ）除去した後のＰＤＭＳスタンプへのＳｉ転写。（ｆ）ＰＩ層に押し付けられている転写されたＳＩを有するＰＤＭＳスタンプ。（ｇ）４分間１５０℃で加熱した後に、スタンプを除去してデバイスに転写されたＳｉ。
【図１１】電気触覚刺激装置のための製作プロセスの概略図である。（ａ）シリコン基板。（ｂ）１００ｎｍの犠牲ＰＭＭＡをスピンコートする。（ｃ）１．２μｍのポリイミドをスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｄ）ＰＩＮダイオードによるＳｉ層の転写（放出穴は図示せず）。（ｅ）Ｓｉナノ膜ＰＩＮダイオードのＲＩＥ分離、及びＡＵ蒸着／パターニング。（ｆ）１．２μｍのポリイミドをスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｇ）Ｏ２  ＲＩＥでＰＩ中に形成されたダイオードに対する接点ビア。（ｈ）Ａｕ蒸着／パターニング。（ｉ）１．２μｍのポリイミドをスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｆ）Ｏ２  ＲＩＥでポリイミドメッシュ構造を形成し、電気触覚電極を露出する。
【図１２】歪みゲージのための製作プロセスの概略図である。（ａ）シリコン基板。（ｂ）１００ｎｍの犠牲ＰＭＭＡをスピンコートする。（ｃ）１．２μｍのポリイミドをスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｄ）ｐ型ドープＳｉの転写（放出穴は図示せず）。（ｅ）Ｓｉ歪みゲージナノ膜のＲＩＥ分離。（ｆ）Ａｕ蒸着／パターニング。（ｇ）１．２μｍのポリイミドをスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｈ）Ｏ２  ＲＩＥでポリイミドメッシュ構造を形成する。
【図１３】触覚電極のための製作プロセスの概略図である。（ａ）シリコン基板。（ｂ）１００ｎｍの犠牲ＰＭＭＡをスピンコートする。（ｃ）１．２μｍのポリイミドをスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｄ）Ａｕ蒸着／パターニング。（ｅ）１．２μｍのポリイミドをスピンコートし／２５０℃で焼成する。（ｆ）Ｏ２  ＲＩＥでポリイミドメッシュ構造を形成する。
【図１４】Ａ〜Ｃは、本発明の付属物装着可能電子システムの異なる視点の図である。
【図１５】付属物を収容し、外部表面と相互作用する本発明の付属物装着可能電子システムの図である。
【図１６】基材の内面３０で支持されている電子デバイスを有するシステムを示す図である。
【図１７】本発明の付属物装着可能電子システムを作製する方法を示す図である。
【図１８】本明細書で開示されているシステムのどれかを作製するための一実施形態のプロセスの流れを示す要約図である。
【図１９】基材の内面及び外面の両方の静電容量ベースの触覚センサーの概略図である。
【図２０】基材を対象表面に当てて鋳造することにより本明細書で開示されているシステムのどれかを作製するための一実施形態のプロセスの流れを示す要約図である。
【発明を実施するための形態】
【０１３４】
[0153]一般に、本明細書で使用されている語及び語句は、当技術分野で認識される意味を有し、これは当業者に知られている標準的な教科書、定期刊行物文献、及び文脈を参照することで見つけられる。以下の定義は、本発明の文脈における特定の使用を明確にするために提供されている。
【０１３５】
[0154]「囲い部」、「内容積部」、又は「内部部分」は、互換的に使用され、エラストマー基材の内面を境界とする空間を指す。したがって、内面が小さな囲い部を定める、又は小さいアクセス開口部を有する、態様において、囲い部の内容積部は、それに対応して、制限され、外部から容易にアクセスすることができない。この制限により、囲い部を定める内面に機能性電子デバイスを確実に配置し、位置決めすることが実用的でなくなり得る。本発明は、広範な基材と互換性を有する。例えば、基材は、縦弾性係数又は厚さなどの、さまざまな物理的特性に関して記述され得る。一実施形態において、この縦弾性係数は、約１００ｋＰａ〜５０ＭＰａの範囲など、約５０ＭＰａ未満であるヤング率である。一実施形態において、厚さは、約０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲など、１ｍｍ未満である。
【０１３６】
[0155]本明細書で使用されているように、「形状適合する」は、基材が、デバイス、材料、又は基材を所望の輪郭外形、例えば、時間の経過とともに、又は使用中に変化し得る湾曲を含む、３次元の湾曲を有する表面と形状適合接触することを可能にする輪郭外形に適応させられる十分に低い曲げ剛性を有することを意味する。表面の湾曲は、被覆されるべき表面が向かい合う主要表面を有することができるという点で、高度に異形であるものとしてもよい。したがって、形状適合する態様は、単に実質的に２次元の表面の重ね合わせではなく、むしろ、定められた容積を有する３次元対象物の表面を被覆することに関係する。
【０１３７】
[0156]「付属物」は、本明細書では広い意味で使用され、３次元容積部が１つ又は複数の曲面及び／又は平面の表面によって定められる３次元対象物を指す。いくつかの実施形態において、付属物は、生きている組織に対応する。一態様では、付属物は、生きている動物の一部など、生物環境内の生きている組織である。一実施形態において、付属物表面は、人間を含む、生きている動物の骨、皮膚、又は表皮層に対応し、これにより、柔軟性又は延伸性を有する基材の内面は生きている組織の１つ又は複数の表面（複数可）に形状適合する。生きている動物からの付属物の例として、限定はしないが、手、指、指先、骨、頭蓋骨、歯、頭、足、爪先、脚、腕、胴、鼻、耳、生殖器、又はその一部分が挙げられる。いくつかの実施形態において、付属物は、リモートセンシング適用対象を含む、遠隔制御機器、ロボット機器、及び同様のものの対象物などの生きていない対象物に対応する。「形状適合可能」は、デバイス、材料、又は基材が、デバイス、材料、及び／又は基材を所望の曲面に適応させる、例えば高い曲率を有する表面と形状適合接触するようにできる十分に低い曲げ剛性を有することを指す。いくつかの実施形態において、曲面は、使用者の付属物である。
【０１３８】
[0157]「形状適合接触」は、デバイスと受け入れ表面との間で確立される接触を指す。一態様では、形状適合接触は、デバイスの１つ又は複数の表面（例えば、接触表面）を表面の全体的形状に巨視的に適応させることを伴う。別の態様では、形状適合接触は、デバイスの１つ又は複数の表面（例えば、接触表面）を表面に微視的に適応させ、その結果実質的に空隙のない密着した接触をもたらすことを伴う。一実施形態において、形状適合接触は、密着した接触が達成されるようにデバイスの接触表面（複数可）を受け入れ表面（複数可）に適応させることを伴い、例えば、デバイスの接触表面の表面積の２０％未満が、受け入れ表面と物理的に接触しないか、又は適宜、デバイスの接触表面の１０％未満が、受け入れ表面と物理的に接触しないか、又は適宜、デバイスの接触表面の５％未満が、受け入れ表面と物理的に接触しない。一実施形態において、本発明の方法は、囲い部を定めるエラストマー基材の内面と囲い部内に挿入される対象物との間に形状適合接触を確立するステップを含む。適宜、形状適合接触は、エラストマー基材の内面と囲い部内の曲面とによって支持される１つ若しくは複数の単結晶無機半導体構造、１つ若しくは複数の誘電体構造、及び／又は１つ若しくは複数の金属導体構造をさらに含む。
【０１３９】
[0158]本明細書で使用されているような「被覆」は、エラストマー基材の内面とエラストマー基材の内面によって定められる囲い部内にある対象表面との間の、特にこれら２つの表面の間の相対運動を妨げる自己発生接触力の下での、形状適合接触領域を指す。一態様では、被覆する基材部分は、一定の均一な厚さを有していてもよい。一態様では、被覆は、基材の厚みの空間的分布を有することができる。或いは、被覆は、基材が、メッシュ又は織られた構成など、ミシン目を有する実施形態を含み、これにより、表面空気透過性を実現することができる。接触力は、被覆領域全域に均一に分配されるか、或いは、より高い接触力を有する互いに関して表面が移動しないことが重要であるいくつかの配置など空間的に分配され得る。その位置は、例えば、高い機能性電子デバイス密度を有する位置に対応することもあり得る。
【０１４０】
[0159]「目の粗いメッシュ幾何学的形状」は、材料の外周によって定められるように、開いている、又は何もない空間である材料の表面領域の少なくとも２０％、少なくとも４０％、少なくとも６０％、又は約２０％〜８０％の範囲を有する材料を指す。したがって、材料は、連続的な表面であり得るか、又はそれ自体メッシュであり得る基材に重なる電気的相互接続部を指す。そのような目の粗いメッシュ幾何学的形状を有する相互接続部は、直接的に、又は基材に接着された剛体デバイスアイランドに接続されている端部などで間接的に基材表面に適宜繋留される。そのようなメッシュ幾何学的形状は、異なるアライメントを有する複数の軸を含む目立つ縦方向に定められた軸を有することができ、これにより、複数の方向の曲げ及び延伸が容易になる。一態様では、メッシュは、互いに関して直交するか、又は実質的に直交する２つの方向を有する。一態様では、「実質的に直交する」は、絶対的な垂直方向から約１０°の範囲内であることを指す。
【０１４１】
[0160]「閉管幾何学的形状」は、制約され、基材の他の部分に実質的に影響を及ぼさずに移動することができない端部を有する基材を指す。閉管幾何学的形状の一例は、例えば、円筒形チューブ内に結合される矩形の基材の端部である。
【０１４２】
[0161]柔軟性又は延性を有する基材はどれも、付属物表面を受け入れるための横寸法などの、「横寸法」に関してさらに定められ得る。横寸法の例として、選択された断面に沿った長さ、直径、又は周が挙げられる。基材は、付属物の表面との形状適合接触又は外部表面との接触に利用可能な表面積などの表面積に関して定められ得る。本明細書で提示されているシステム及び方法の一利点は、これらが広範な寸法と互換性があり、小規模な適用対象に対する１ｍｍ〜１０ｃｍからより大規模な適用対象に対する１０ｃｍ〜１０００ｃｍまで範囲の規模の注目する適用対象に応じて選択される。
【０１４３】
[0162]さまざまな実施形態の中心的態様は、囲い部内の対象表面と密着する形状適合接触をもたらし、維持する自己発生力を付与するエラストマー基材である。したがって、本明細書で提示されているデバイス及び方法の一態様は、静止状態の囲い部の容積又はサイズより大きい対象物を収容し、又は受け入れる拡張可能で調整可能である（大きさと形状の両方に関して）内容積部を有する囲い部である。例えば、基材は、囲い部又は内部部分内に曲面を収容するように延伸するか、又は能動的に延伸され、これにより、内面は表面と形状適合接触する。これは、閉じた表面である内容積部に対する受け入れられるべき表面より小さいサイズの基材内容積部などによって達成され得る。或いは、開いている内容積部などの場合、基材は、張力の下で表面に巻き付けられ、これにより、内面と収容される表面との間に密着した形状適合接触を確実にする。基材の端部は、接着剤、結合機構（例えば、スナップ、ベルクロ、フック、及び同様のもの）によって、又は自己接着を介して適切な位置に固定され得る。形状適合接触をもたらし維持する自己発生接触力のこの態様は、他の方法では形状適合接触に、従ってデバイス忠実度に悪影響を及ぼすであろう激しい動作状態の下で特に有用である。例えば、比較的高い接触力は、活発で実質的な運動及び力を伴う状態で使用され得る。
【０１４４】
[0163]「互換的にひっくり返すことができる」は、基材の機械的特性に永続的な影響を及ぼす、又は機能性電子デバイスの機能性パラメータに悪影響を及ぼすことなく、裏返しにできる基材を指す。
【０１４５】
[0164]「機能性パラメータ」は、電子デバイスがいぜんとして機能しているかどうか、及び／又は機能性若しくは損傷の程度を評価するために使用される。例えば、本明細書で掲示されているデバイス及び方法の多くは、機能性電子デバイスを支持する表面をひっくり返すことに関係する。このようなひっくり返すステップは、比較的高い局部応力及び曲げモーメントと関連する。本発明の重要な機能性に関する利点の１つは、関連付けられているデバイス又はデバイス構成品に悪影響を及ぼすことなくそのようなひっくり返すステップを実行することができることである。曲げ性及び柔軟性を有しない従来の電子デバイスは、表面をひっくり返す動作によって完全に壊れるか、又は機能性がひどく影響を受ける。この機能性の利点を定量化する一方法は、ひっくり返す前と後とでデバイス性能を比較することによる方法であり、これは本明細書では広い意味で「機能性パラメータ」と称されている。一態様では、機能性パラメータは、（センサーに対する）物理的信号である入力又は（アクチュエータに対する）電子入力に基づき出力を評価することによって、機能性電子デバイスが動作しているかどうかを反映することができる。この指示は、ひっくり返す前の等価な入力に対する偏差の分だけ機能していない程度、又は全く機能していないことを評価するのに適している。この場合、機能性の条件を満たすものとして反映される、２０％以内、１０％以内、又は５％以内である出力などの、使用者側で選択した許容差が選択される。機能性パラメータの「実質的な低下を引き起こすことなく」は、個別の機能性電子デバイスを参照したときに２０％、１０％、又は５％の許容差を満たすデバイスを指す。アレイの一態様では、これは、ひっくり返した後にアレイのデバイスの少なくとも８０％、少なくとも９０％、又は少なくとも９５％が機能を維持することを指す。
【０１４６】
[0165]「機能性電子デバイス」は、デバイスと接触させられる表面と接合する、センサー又はアクチュエータなどの、電子デバイスを指す。機能性電子デバイスは、接合に関する有用な情報を提供する。例えば、触覚センサーでは、デバイスは、センサーと表面との間の力に比例する出力を発生する。電気触覚刺激装置では、刺激装置の下にある神経の電気的な刺激又は作動がある。測位センサーは、それと対照的に、センサーの移動に基づく出力を発生し、したがって、それ自体表面と接合しないが、それでも動的電子デバイスの範囲内に含まれる。したがって、「機能性電子デバイス」は、本明細書では広い意味で使用され、高い柔軟性及び延伸性を維持し利用しやすくする適度に薄い幾何学的形状及びレイアウトを有するセンサー又はアクチュエータを含む。機能性電子デバイスの例としては、電極、アクチュエータ、歪みセンサー、モーションセンサー、変位センサー、加速度センサー、圧力センサー、力センサー、化学センサー、ｐＨセンサー、触覚センサー、光学センサー、電磁放射線源、温度センサー、熱源、容量センサー、及びこれらの組み合わせが挙げられる。触覚センサーは、センサーと表面との間の力に比例する出力を発生する。電気触覚刺激装置は、刺激装置の下にある神経の電気的な刺激又は作動を引き起こし、それにより、ある種の仮想現実システムを実現する。
【０１４７】
[0166]「デバイス構成品」は、デバイスの個別の部分を指すために広い意味で使用されるが、それ自体は、機能性情報を提供するには不十分である。「相互接続部」は、構成品の一例であり、別の構成品との、又は構成品同士の間の電気的接続を確立することができる導電性構造物を指す。特に、相互接続部は、分離している構成品同士の間の電気接触を確立することができる。所望のデバイス仕様、動作、及び適用に応じて、相互接続部は、好適な材料から作製される。好適な導体材料としては、半導体及び金属導体が挙げられる。別の有用なデバイス構成品は、薄いナノ膜であり、これはダイオードの一部を形成し得る。したがって、機能性電子デバイスは、デバイス構成品から構成されるものとして特徴付けられ得る。
【０１４８】
[0167]他の構成品として、限定はしないが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、トランジスタ、ダイオード、電極、集積回路、回路素子、制御素子、光起電素子、光起電素子（例えば、太陽電池）、センサー、発光素子、アクチュエータ、圧電素子、受信器、送信器、マイクロプロセッサ、トランスデューサ、アイランド、ブリッジ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。構成品は、当技術分野で知られているような１つ又は複数のコンタクトパッドに、例えば金属蒸着、ワイヤボンディング、及び固形物又は導体ペーストの適用などによって接続され、これにより、デバイスアイランドを形成することができる。本発明の電子デバイスは、適宜相互接続された構成で設けられる、１つ又は複数の構成品を備えることができる。
【０１４９】
[0168]「電子デバイス」は、一般的に、複数の構成品及び機能性電子デバイスを組み込んだデバイスを指し、面積の広い電子機器、プリント配線基板、集積回路、アレイ、生体及び／又は化学センサー、物理センサー（例えば、温度、歪み、など）、ナノ電気機械システム、微小電気機械システム、光起電デバイス、通信システム、医療用デバイス、光学デバイス、及び電気光学デバイスを含む。電子デバイスは、表面の特性を感知し、及び／又は表面の特性を制御することができる。
【０１５０】
[0169]「感知」及び「センサー」は、物理的、生物学的状態、及び／又は化学的特性の存在、非存在、量、大きさ、又は強度を検出するために使用される機能性電子デバイス又はデバイス構成品を指す。感知に使用される有用な電子デバイス構成品としては、限定はしないが、電極素子、化学又は生体センサー素子、ｐＨセンサー、温度センサー、触覚センサー、歪みセンサー、メカニカルセンサー、ポジションセンサー、光学センサー、及び容量センサーが挙げられる。有用な機能性電子デバイスは、隣接電位を検出するための電極、生物学的状態（例えば、病状、細胞の種類、細胞の状態）又は化学物質、ｐＨ、温度、圧力、位置、電磁放射線（組織内に注入される蛍光色素に関連するような所望の波長帯を含む）、電位を検出するためのセンサーを備えるように動作可能に配置構成されたさまざまなデバイス構成品を含む。
【０１５１】
[0170]「作動」及び「アクチュエータ」は、外部構造物、材料、又は流体、例えば、生体組織である標的組織と相互作用するか、刺激するか、制御するか、又は他の何らかの形で影響を及ぼすために使用される有用な機能性電子デバイス又はデバイス構成品を指す。有用な作動素子として、限定はしないが、電極素子、電磁放射線放出素子、発光ダイオード、レーザー、及び加熱素子が挙げられる。機能性電子デバイスは、電圧又は電流を組織に印加するための電極、電磁放射線を組織に印加するための電磁放射線源、そのようなＬＥＤであるアクチュエータを含む。アクチュエータは、組織のアブレーションを行うためのアブレーション源、組織を加熱するための熱源、組織を変位又は他の何らかの形で移動するための変位源、生物製剤又は化学薬品を放出して生物製剤又は化学薬品の投与による細胞死、細胞増殖、又は細胞療法を含む生物学的反応などの生物学的機能に影響を与えるための生物製剤又は化学薬品の貯蔵槽も含む。アクチュエータは、電気触覚センサーであってもよい。
【０１５２】
[0171]「触覚センサー」は、力又は圧力をセンサーからの電圧出力に変換することなどによって、タッチを感知するトランスデューサを指す。「電気接触刺激装置」は、皮膚の神経を電気的に刺激して感覚をシミュレートする電子デバイスを指し、アクチュエータとして分類され得る。
【０１５３】
[0172]「半導体」は、極低温で絶縁体であるが、約３００ケルビンの温度ではかなりの電気伝導率を有する材料を指す。本明細書の説明では、半導体という用語の使用は、マイクロエレクトロニクス及び電子デバイスの分野におけるこの用語の使用と一致することが意図されている。有用な半導体としては、ケイ素、ゲルマニウム、及びダイヤモンドなどの元素半導体、並びにＳｉＣ及びＳｉＧｅなどのＩＶ族化合物半導体、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、及びＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族三元半導体合金、ＣｓＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、及びＺｎＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族半導体、ＣｕＣｌなどのＩ−ＶＩＩ族半導体、ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、及びＳｎＳなどのＩＶ−ＶＩ族半導体、ＰｂＩ２、ＭｏＳ２、及びＧａＳｅなどの層半導体、ＣｕＯ及びＣｕ２Ｏなどの酸化物半導体、などの化合物半導体を含むものが挙げられる。半導体という用語は、真性半導体、及び所定の適用対象又はデバイスに役立つ有益な電子物性をもたらすようにｐ型ドープ材料及びｎ型ドープ材料を有する半導体を含む１つ又は複数の選択された材料でドープされた外因性半導体を含む。半導体という用語は、半導体及び／又はドーパントの混合物を含む複合材料を含む。いくつかの実施形態に対して有用な特定の半導体材料として、限定はしないが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ダイヤモンド、フラーレン、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＩｎ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳ、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、Ａｓ２Ｓ３、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｓＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｃｄ３Ｐ２、Ｃｄ３Ａｓ２、Ｃｄ３Ｓｂ２、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、Ｚｎ３Ｐ２、Ｚｎ３Ａｓ２、Ｚｎ３Ｓｂ２、ＺｎＳｉＰ２、ＣｕＣｌ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＦｅＯ、ＦｅＳ２、ＮｉＯ、ＥｕＯ、ＥｕＳ、ＰｔＳｉ、ＴｌＢｒ、ＣｒＢｒ３、ＳｎＳ、ＳｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＭｏＳ２、ＧａＳｅ、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＩ２、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＳｒＳ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｓ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｔｅ３、ＢｉＩ３、ＵＯ２、ＵＯ３、ＡｇＧａＳ２、ＰｂＭｎＴｅ、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｌａ２ＣｕＯ４、Ｌａ０．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＭｎＴｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、ＨｇＣｄＴｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＨｇＺｎＳｅ、ＰｂＳｎＴｅ、Ｔｌ２ＳｎＴｅ５、Ｔｌ２ＧｅＴｅ５、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＮ、ＧａＭｎＡｓ、ＧａＡｓＳｂＮ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＭｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＩｎＡｌＡｓＮ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂＰ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。多孔質シリコン半導体材料は、本明細書で説明されている態様に対して有用である。半導体材料の不純物は、半導体材料（複数可）それ自体以外の原子、元素、イオン、及び／又は分子、又は半導体材料に加えられるドーパントである。不純物は、半導体材料の電子物性に負の影響を及ぼす可能性のある半導体材料中に存在する望ましくない材料であり、限定はしないが、酸素、炭素、及び重金属を含む金属類が挙げられる。重金属不純物としては、限定はしないが、周期表上の銅から鉛までの間にある元素群、カルシウム、ナトリウム、及びこれらのすべてのイオン、化合物、及び／又は錯体が挙げられる。
【０１５４】
[0173]「半導体構成品」は、広い意味で、半導体材料、組成物、又は構造物を指し、明示的に、高品質単結晶及び多結晶半導体、非常に高い温度での処理により加工された半導体材料、ドープされた半導体材料、無機半導体、及び化合物半導体材料を含む。
【０１５５】
[0174]「ナノ構造材料」及び「微細構造材料」は、それぞれ、１つ若しくは複数のナノメートルサイズ及びマイクロメートルサイズの物理的寸法（例えば、厚さ）又は１つ若しくは複数のナノメートルサイズ及びマイクロメートルサイズのチャネル、空隙、微細孔、ピラーなどの、陥凹又は浮き彫り特徴部などの特徴部を有する材料を指す。ナノ構造材料の浮き彫り特徴部又は陥凹特徴部は、１〜１０００ｎｍの範囲から選択された少なくとも１つの物理的寸法を有するが、微細構造材料の浮き彫り特徴部又は陥凹特徴部は、１〜１０００μｍの範囲から選択された少なくとも１つの物理的寸法を有する。ナノ構造材料及び微細構造材料は、例えば、薄膜（例えば、マイクロフィルム及びナノフィルム）、多孔質材料、陥凹特徴部のパターン、浮き彫り特徴部のパターン、摩耗又は粗面を有する材料、及び同様のものを含む。ナノフィルム構造は、ナノ構造材料の一例でもあり、マイクロフィルム構造は、微細構造材料の一例である。一実施形態において、本発明は、１つ若しくは複数のナノ構造又は微細構造無機半導体構成品、１つ若しくは複数のナノ構造又は微細構造金属導体構成品、１つ若しくは複数のナノ構造又は微細構造誘電体構成品、１つ若しくは複数のナノ構造又は微細構造封緘層、及び／又は１つ若しくは複数のナノ構造又は微細構造基材層を備えるデバイスを実現する。
【０１５６】
[0175]構成品は、ナノ膜材料であってもよい。「ナノ膜」は、１〜１０００ｎｍの範囲から選択された厚さ、或いは、いくつかの適用対象については、１〜１００ｎｍの範囲から選択された厚さを有する、例えば、リボン、円筒、又はプレートレットの形態で設けられる、構造物である。いくつかの実施形態において、ナノリボンは、電子デバイスの半導体、誘電体、又は金属導体構造物である。いくつかの実施形態において、ナノリボンは、１０００ｎｍ未満、適宜１００ｎｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態において、ナノリボンは、０．１〜０．０００１の範囲から選択された厚さと横寸法（例えば、長さ又は幅）の比を有する。
【０１５７】
[0176]「中立機械面」（ＮＭＰ）は、デバイスの横方向ｂ、及び縦方向Ｉで存在する仮想的平面を指す。ＮＭＰは、デバイスの縦軸ｈに沿って、及び／又はデバイスのより曲げ性の高い層内で、より遠い位置に置かれているデバイスの他の平面に比べて曲げ応力の影響を受けにくい。したがって、ＮＭＰの位置は、デバイスの厚さとデバイスの層（複数可）を形成する材料の両方によって決定される。一実施形態において、本発明のデバイスは、デバイスの中立機械面と一致するか、又は近接する場合に１つ若しくは複数の無機半導体構成品、１つ若しくは複数の金属導体構成品、又は１つ若しくは複数の無機半導体構成品と１つ若しくは複数の金属導体構成品を備える。複数の層を組み込んださまざまなＮＭＰシステムの例は、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０００２４０２号（整理番号２１３−０７）に提示されており、これはＮＭＰを位置決めする方法に対する参照によって特に組み込まれる。
【０１５８】
[0177]「一致する」は、２つ又はそれ以上の対象物、平面、又は表面、例えば、機能性層、基材層、又は他の層などの、層内に位置決めされた、又は隣接する、中立機械面などの、表面の相対的位置を指す。一実施形態において、中立機械面は、歪み感応性が最も高い層又は層内の材料に対応するように位置決めされる。
【０１５９】
[0178]「近接する」は、２つ又はそれ以上の対象物、平面、又は表面、例えば、機能性層、基材層、又は他の層などの、層の位置に密接に従う、中立機械面の相対的位置を指すが、その一方で、歪み感応性材料の物理的特性に悪影響を及ぼすことなく所望の形状適合性をもたらす。「歪み感応性」は、比較的低いレベルの歪みに応答して破壊するか、又は他の何らかの形で損なわれる材料を指す。一般に、高い歪み感応性を有し、したがって破壊する第１の層である傾向のある層は、比較的脆い半導体又は他の歪み感応性デバイス要素を含む機能性層などの、機能性層内に配置される。層に近接する中立機械面は、その層内に制約される必要はないが、デバイスが組織表面に形状適合するときに歪み感応性デバイス要素にかかる歪みを低減する機能性に関する利点をもたらすように近接するか、又は十分に近いものとすることができる。いくつかの実施形態において、「近接する」は、第２の要素から１００ミクロン以内、又は適宜、いくつかの実施形態では１０ミクロン以内、又は適宜、いくつかの実施形態では１ミクロン以内の第１の要素の位置を指す。
【０１６０】
[0179]「構成品」は、広い意味で、デバイスにおいて使用される材料又は個別の構成品を指すために使用される。「相互接続部」は、構成品の一例であり、構成品との、又は構成品同士の間の電気的接続を確立することができる導電性材料を指す。特に、相互接続部は、分離している構成品同士の間の電気接触を確立することができ、及び／又は互いに関して移動することができる。所望のデバイス仕様、動作、及び適用に応じて、相互接続部は、好適な材料から作製される。高伝導率が必要とされる適用対象では、典型的な相互接続金属が使用され、これは限定はしないが銅、銀、金、アルミニウム、及び同様のもの、並びに合金を含む。好適な導体材料は、シリコン及びＧａＡｓなどの半導体、及びインジウムスズ酸化物などの他の導電性材料をさらに含む。
【０１６１】
[0180]「延伸性を有する」か、又は「柔軟性を有する」相互接続部は、本明細書では、広い意味で、デバイス構成品への、又はデバイス構成品からの電気的接続に悪影響を及ぼすことなく、１つ又は複数の方向の延伸、曲げ、及び／又は圧縮などの、さまざまな力及び歪みを受けることができる相互接続部を指すために使用される。したがって、延伸性を有する相互接続部は、ＧａＡｓなどの、比較的脆い材料から形成され得るが、いぜんとして、相互接続部の幾何学的形状構成により著しい変形力（例えば、延伸、曲げ、圧縮）に曝されたときでも機能し続けることができる。例示的な一実施形態では、延伸性を有する相互接続部は、破壊することなく１％、適宜１０％、又は適宜３０％より大きい、又は適宜１００％までの歪みを受けることができる。一例において、歪みは、相互接続部の少なくとも一部が結合されている下にあるエラストマー基材を延伸することによって生じる。いくつかの実施形態について、柔軟性又は延伸性を有する相互接続部は、波状の、曲がりくねった、又は蛇行する形状を有する相互接続部を含む。
【０１６２】
[0181]この説明の文脈において、「曲げ構成」は、力を加えた結果生じる湾曲した立体構造を有する構造を指す。曲げ構造は、１つ又は複数の折り畳まれた領域、凸領域、凹領域、及びこれらの組み合わせを有することができる。有用な曲げ構造は、例えば、コイル状立体構造、皺状立体構造、座屈立体構造、及び／又は波状（すなわち、波の形の）構成で形成され得る。延伸性を有する曲げ相互接続部などの、曲げ構造物は、曲げ構造が歪みを受けている立体構造で、ポリマーの及び／又は弾力的な基材などの、柔軟性を有する基材に結合され得る。いくつかの実施形態において、曲げリボン構造などの、曲げ構造は、いくつかの適用対象について好ましい実施形態において３０％以下の歪み、適宜１０％以下の歪み、適宜５％以下の歪み、及び適宜１％以下の歪みを受ける。いくつかの実施形態において、曲げリボン構造などの、曲げ構造は、０．５％〜３０％の範囲から選択された歪み、適宜０．５％〜１０％の範囲から選択された歪み、及び適宜０．５％〜５％の範囲から選択された歪みを受ける。或いは、延伸性を有する曲げ相互接続部は、それ自体は柔軟性を有しない基材を含む、デバイス構成品の基材である基材に結合され得る。基材それ自体は、平面状、実質的に平面状、曲面、鋭利な縁を有する、又はこれらの組み合わせとすることができる。延伸性を有する曲げ相互接続部は、これらの複雑な基材表面形状のうちの１つ又は複数に転写するために利用可能である。
【０１６３】
[0182]「デバイス構成品」は、広い意味で、電気的、光学的、機械的、又は熱的なデバイス内の個別の構成品を指すために使用される。構成品としては、限定はしないが、フォトダイオード、ＬＥＤ、ＴＦＴ、電極、半導体、他の集光／光検出構成品、トランジスタ、集積回路、デバイス構成品を受け入れることができるコンパクトパッド、薄膜デバイス、回路素子、制御素子、マイクロプロセッサ、トランスデューサ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。デバイス構成品は、当技術分野で知られているような１つ又は複数のコンタクトパッドに、例えば金属蒸着、ワイヤボンディング、及び固形物又は導体ペーストなどで接続され得る。電気デバイスは、一般的に、複数のデバイス構成品を組み込んだデバイスを指し、面積の広い電子機器、プリント配線基板、集積回路、デバイス構成品アレイ、生体及び／又は化学センサー、物理センサー（例えば、温度、光、放射線、など）、太陽電池若しくは光起電アレイ、ディスプレイアレイ、集光装置、システム、及びディスプレイを含む。
【０１６４】
[0183]「アイランド」又は「デバイスアイランド」は、複数の半導体素子又は能動的半導体構造物を備える電子デバイスの比較的剛性のあるデバイス要素又は構成品を指す。「ブリッジ」又は「ブリッジ構造物」は、２つ若しくはそれ以上のデバイスアイランド又は１つのデバイスアイランドを別のデバイス構成品に相互接続する延伸性へ又は柔軟性を有する構造物を指す。特定のブリッジ構造物は、柔軟性を有する半導体相互接続部を含む。
【０１６５】
[0184]「封入する」は、１つの構造物が少なくとも部分的に、またいくつかの場合には、完全に、基材、接着剤層、又は封緘層などの、１つ又は複数の他の構造物によって囲まれるような１つの構造物の配向を指す。「部分的に封入される」は、１つの構造物が１つ複数の他の構造物によって部分的に囲まれる、例えば、構造物の外部表面の３０％、又は適宜５０％、又は適宜９０％が１つ又は複数の構造物によって囲まれるような１つの構造物の配向を指す。「完全に封入される」は、１つの構造物が１つ又は複数の他の構造物によって完全に囲まれるような１つの構造物の配向を指す。本発明は、例えば、エラストマー封止材などの、ポリマー封止材を組み込むことによる、部分的に又は完全に封入された無機半導体構成品、金属導体構成品、及び／又は誘電体構成品を有するデバイスを備える。
【０１６６】
[0185]「障壁層」は、２つ又はそれ以上の他のデバイス構成品を空間的に分離するか、又はデバイス構成品をデバイスの外部にある構造物、材料、又は流体から隔てるデバイス構成品を指す。一実施形態では、障壁層は、１つ又は複数のデバイス構成品を封入する。いくつかの実施形態では、障壁層は、１つ又は複数のデバイス構成品を水溶液、生体組織、及び／又は生物環境から分離する。いくつかの実施形態において、障壁層は、受動的デバイス構成品である。いくつかの実施形態において、障壁層は、機能性を有するが、非能動的デバイス構成品である。特定の実施形態において、障壁層は、防湿層である。本明細書で使用されているような「防湿層」という用語は、体液、イオン溶液、水、又は他の溶媒からの保護を他のデバイス構成品に対して行う障壁層を指す。一実施形態では、障壁層は、例えば、漏れ電流が封入されたデバイス構成品から漏れて外部構造物、材料、又は流体に到達するのを防ぐことによって外部構造物、材料、又は流体に対する保護を行う。特定の実施形態において、障壁層は、熱障壁である。本明細書で使用されているような「熱障壁」という用語は、一方のデバイス構成品から別のデバイス構成品に、又はデバイス構成品から外部構造物、流体、又は材料への熱の伝達を防ぐか、低減するか、又は他の何らかの形で制限する、断熱材として働く障壁層を指す。有用な熱障壁としては、０．００１〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋの範囲で選択されるような０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する材料含むものが挙げられる。いくつかの実施形態において、熱障壁は、電子冷却デバイス及びシステムなどの、温度管理の技術分野で知られている構成品などの、能動的冷却構成品を含む。熱障壁は、デバイス又は組織の一部から熱を輸送するために使用される構造物などの、温度管理構造物を備える障壁も含み、これらの実施形態及び他の実施形態において、熱障壁は、熱伝導材料、例えば、金属の熱伝導率特性などの、高い熱伝導率を有する材料を含む。
【０１６７】
[0186]「生体適合性」は、生体内生物環境内に配設されたときに、反対免疫応答として本明細書で称されている、拒絶反応又は有害な影響を誘発しない材料を指す。例えば、生体適合性を有する材料が人間又は動物の体内に埋め込まれたときの免疫応答を示す生物学的マーカーの変化は基礎値から１０％未満、又は２０％未満、又は２５％未満、又は４０％未満、又は５０％未満である。或いは、免疫応答は、組織学的に決定されてもよく、局部免疫応答は、免疫細胞又は埋め込まれたデバイス内にあり、隣接する、免疫応答経路に関わるマーカーを含む、マーカーを目視で評価することによって評価される。一態様では、生体適合性を有するデバイスは、組織学的に決定されるように免疫応答を観察可能に変化させない。いくつかの実施形態において、本発明は、反対免疫応答を引き起こすことなく、数週間から数ヶ月程度などの、長期の埋め込みを行うように構成された生体適合性を有するデバイスを実現する。埋め込みでは、免疫応答が局部に制限され、一時的であり、大規模な炎症及び関連する悪影響を引き起こさず、また埋め込まれたデバイスが対応する身体外傷のみと比較して応答を実質的に高めることのない限り、低侵襲的処置について生じうるような何らかの免疫応答及び関連する瘢痕化を企図する。
【０１６８】
[0187]「生体不活性」は、生体内生物環境内に配設されたときに、人間又は動物に拒絶反応又は有害な影響を誘発しない材料を指す。例えば、免疫応答を示す生物学的マーカーは、生体不活性を有する材料が人間又は動物の体内に埋め込まれたときに実質的に一定である（基礎値の±５％）。いくつかの実施形態において、本発明は、生体不活性を有するシステム、デバイス、及び関連する方法を実現する。
【０１６９】
[0188]「多重化」は、要素のアレイに対して都合のよい制御を行うための電子回路を指す。例えば、国際公開第２０１１／０８４４５０号パンフレット（１２６−０９ＷＯ）では、電気生理学の適用対象における多重化回路を説明しており、参照により特に組み込まれる。他の例については、米国特許出願公開第２００３／０１４９４５６号で、従来の単一リード心臓ペーシングパルス発生器による制御を可能にする多重化回路を組み込んだ多重電極心臓リードアダプタを開示している。同様に、米国特許出願公開第２００６／０１７３３６４号では、従来の集積回路上に組み立てられたデジタル多重化回路を利用する多重チャネル電気生理学的収集システムを開示している。
【０１７０】
[0189]「極薄」は、曲げ性の極端なレベルを示す薄い幾何学的形状のデバイスを指す。一実施形態において、極薄は、１μｍ未満、６００ｎｍ未満、又は５００ｎｍ未満の厚さを有する回路を指す。一実施形態において、極薄の多層デバイスは、２００μｍ未満、５０μｍ未満、又は１０μｍ未満の厚さを有する。
【０１７１】
[0190]「薄い層」は、下にある基材を少なくとも部分的に被覆する材料を指し、その厚さは、３００μｍ以下、２００μｍ以下、又は５０μｍ以下である。或いは、層は、電子デバイスにかかる歪みを絶縁するか、又は実質的に低減するのに十分な厚さなどの、機能性パラメータに関して記述され、より詳細には、歪みに対して感応性のある電子デバイス内の機能性層である。
【０１７２】
[0191]「ポリマー」は、共有化学結合によって結合された繰り返し構造ユニットからなる高分子又は高分子量で特徴付けられることの多い、１つ又は複数のモノマーの重合生成物を指す。ポリマーという用語は、ホモポリマー、すなわち本質的に単一の繰り返しモノマーサブユニットからなるポリマーを含む。ポリマーという用語は、コポリマー、すなわち、ランダム、ブロック、交互、セグメント、グラフト、テーパー、及び他のコポリマーなどの、２つ又はそれ以上のモノマーサブユニットから本質的になるポリマーも含む。有用なポリマーは、アモルファス、半アモルファス、結晶性、若しくは部分的に結晶性の状態をとり得る有機ポリマー又は無機ポリマーを含む。架橋モノマー鎖を有する架橋ポリマーは、いくつかの適用対象について特に有用である。方法、デバイス、及び構成品において使用可能なポリマーとしては、限定はしないが、プラスチック、エラストマー、熱可塑性エラストマー、弾塑性体、熱可塑性物質、及びアクリレートが挙げられる。例示的なポリマーとしては、限定はしないが、アセタールポリマー、生分解性ポリマー、セルロースポリマー、フッ素ポリマー、ナイロン、ポリアクリロニトリルポリマー、ポリアミドイミドポリマー、ポリイミド、ポリアリレート、ポリベンゾイミダゾール、ポリブチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリエチレンコポリマー及び変性ポリエチレン、ポリケトン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリメチルペンテン、ポリフェニレン酸化物及びポリフェニレン硫化物、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリウレタン、スチレン樹脂、スルホン系樹脂、ビニル系樹脂、ゴム（天然ゴム、スチレンブタジエン、ポリブタジエン、ネオプレン、エチレンプロピレン、ブチル、ニトリル、シリコーン）、アクリル、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、又はこれらの組み合わせが挙げられる。
【０１７３】
[0192]「エラストマースタンプ」及び「エラストマー転写デバイス」は、互換的に使用され、材料を受け入れるだけでなく転写することもできる表面を有するエラストマー材料を指す。本発明のいくつかの方法で使用される例示的な形状適合転写デバイス（conformal transfer devices）は、エラストマースタンプ、鋳型、及びマスクなどのエラストマー転写デバイスを含む。転写デバイスは、供与側材料から受容側材料への材料転写に影響を及ぼし、及び／又は円滑にする。一実施形態において、本発明の方法では、エラストマー転写デバイス（例えば、エラストマースタンプ）などの形状適合転写デバイスを微細転写プロセスにおいて使用して、例えば、１つ若しくは複数の単結晶無機半導体構造物、１つ若しくは複数の誘電体構造物、及び／又は１つ若しくは複数の金属導体構造物を製作基材からデバイス基材に転写する。
【０１７４】
[0193]「エラストマー」は、実質的な永続的変形なしで延伸されるか、又は変形され、元の形状に戻ることができるポリマー材料を指す。エラストマーは、一般に、実質的弾性変形を受ける。有用なエラストマーとしては、ポリマー、コポリマー、複合材料、又はポリマーとコポリマーとの混合物を含むものが挙げられる。エラストマー層は、少なくとも１つのエラストマーを含む層を指す。エラストマー層は、ドーパント及び他の非エラストマー材料も含み得る。有用なエラストマーとして、限定はしないが、熱可塑性エラストマー、スチレン材料、オレフィン材料、ポリオレフィン、ポリウレタン熱可塑性エラストマー、ポリアミド、合成ゴム、ＰＤＭＳ、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、ポリ（スチレンブタジエンスチレン）、ポリウレタン、ポリクロロプレン及びシリコーンが挙げられる。いくつかの実施形態において、エラストマースタンプは、エラストマーを含む。例示的なエラストマーとして、限定はしないが、ポリ（ジメチルシロキサン）（すなわち、ＰＤＭＳ及びｈＰＤＭＳ）、ポリ（メチルシロキサン）、部分的にアルキル化されたポリ（メチルシロキサン）、ポリ（アルキルメチルシロキサン）、及びポリ（フェニルメチルシロキサン）を含むポリシロキサンなどのケイ素含有ポリマー、シリコン変性エラストマー、熱可塑性エラストマー、スチレン材料、オレフィン材料、ポリオレフィン、ポリウレタン熱可塑性エラストマー、ポリアミド、合成ゴム、ポリイソブチレン、ポリ（スチレンブタジエンスチレン）、ポリウレタン、ポリクロロプレン、及びシリコーンが挙げられる。一実施形態において、ポリマーは、エラストマーである。
【０１７５】
[0194]「ヤング率」は、与えられた物質に対する応力と歪みとの比を指す材料、デバイス、又は層の機械的特性である。ヤング率は、式
【数１】
2015521303.tif 000003
で与えることができ、
但し、Ｅはヤング率であり、Ｌ０は、平衡状態の長さであり、ΔＬは、印加される応力の下での長さの変化であり、Ｆは、印加される力であり、Ａは、力が印加される面積である。ヤング率は、式
【数２】
2015521303.tif 000004
を介してラメ定数に関して表すこともでき、但し、λ及びμは、ラメ定数である。高ヤング率（又は「高縦弾性係数」）及び低ヤング率（又は「低縦弾性係数」）は、与えられた材料、層、又はデバイスにおけるヤング率の大きさの相対的記述子である。いくつかの実施形態において、高ヤング率は、低ヤング率より大きく、好ましくはいくつかの適用対象については約１０倍大きく、より好ましくは他の適用対象については約１００倍大きく、なおいっそう好ましくはさらに他の適用対象については約１０００倍大きい。一実施形態において、低縦弾性係数層は１００ＭＰａ未満、適宜１０ＭＰａ未満のヤング率、及び適宜０．１ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲から選択されたヤング率を有する。一実施形態において、高縦弾性係数層は１００ＭＰａ超、適宜１０ＧＰａ超のヤング率、及び適宜１ＧＰａ〜１００ＧＰａの範囲から選択されたヤング率を有する。一実施形態において、本発明のデバイスは、基材、封緘層、無機半導体構造物、誘電体構造物、及び／又は金属導体構造物などの、低ヤング率を有する、１つ又は複数の構成品を有する。一実施形態において、本発明のデバイスは、全体として低いヤング率を有する。
【０１７６】
[0195]「不均一なヤング率」は、空間的に変化する（例えば、表面の配置とともに変化する）ヤング率を有する材料を指す。不均一なヤング率を有する材料は、適宜、材料全体に対する「バルク」又は「平均」ヤング率に関して記述され得る。
【０１７７】
[0196]「低縦弾性係数」は、１０ＭＰａ以下、５ＭＰａ以下、又は１ＭＰａ以下のヤング率を有する材料を指す。一態様では、機能性層は、低縦弾性係数を有し、送出基材は、機能性層のヤング率よりも１０倍、１００倍、又は１０００倍大きい、より高いヤング率を有する。
【０１７８】
[0197]「曲げ剛性」は、印加される曲げモーメントへの材料、デバイス、又は層の抵抗を記述する材料、デバイス、又は層の機械的特性である。一般的に、曲げ剛性は、材料、デバイス、又は層の縦弾性係数と断面２次モーメントとの積として定義される。不均一な曲げ剛性を有する材料は、適宜、材料の層全体に対する「バルク」又は「平均」曲げ剛性に関して記述され得る。
【０１７９】
[0198]デバイスの一例は、図９に概略として示されている。電子デバイス１０は、内面３０と外面４０とを有する薄いエラストマー基材２０を備える。機能性電子デバイス５０のアレイは、内面３０によって支持されるように図示されている。アレイは、湾曲した構成４５の柔軟性及び延伸性を有する相互接続部などのさまざまなデバイス構成品を備える。内面３０は、端部９０と９５との間の直径７０又は長さ８０などの特徴的な寸法を有する囲い部６０、すなわち容積部を定める。内部部分６０は、基材２０が、自由に移動する拘束されていない端部を有していないので閉じた容積部と考えられる。その代わりに、端部８０及び９０の移動は制約される。端部８０及び９０が、自由に移動できる場合（チューブが縦割された場合のように）、デバイスは、開管容積を有すると考えられる。内部部分６０は、曲面を有する対象物、さらには指などの異形の対象物も収容することができる。直径７０は、内部部分６０によって受け入れられている対象物の最大直径よりわずかに小さいことが好ましい。そのようなサイズの違いがあるため、基材２０は対象物を受け入れるために延伸する必要があり、これにより、基材２０、機能性電子デバイス５０、内部部分６０内の対象表面の間の形状適合接触が確実になされる。わかりやすくするため、デバイス５０は、外面４０では示されていない。しかし、実施例１でさらに説明されるように、デバイス５０の内面は、最初に機能性電子デバイスを外面４０に印刷することによって設けることができる。次いで、基材表面は、物理的にひっくり返され、外側が内側になり、内側が外側になって、図９に示されている電子デバイス１０が形成され得る。
【０１８０】
[0199]実施例１：指先電子機器用のシリコンナノ膜
【０１８１】
[0200]この実施例は、特に指先に装着するように形成された、閉管幾何学的形状の薄いエラストマーシートの内面及び外面に一体化することができる電子機器のクラスに対して半導体ナノ材料、高度な製作方法、及び普通でないデバイス設計を使用することに関係する。この種類の多機能性システムでは、シリコンナノ膜（Ｓｉ  ＮＭ）ダイオード、Ｓｉ  ＮＭゲージによる高感度歪み監視機能、及びエラストマーコンデンサによる触覚感知機能を使用して多重化された電極アレイを用いて電気触覚刺激を与えることができる。機構の解析計算及び有限要素モデリングにより、製作／組み立て、装着、及び使用時に重要な挙動を定量的に取り込む。これらの結果から、ＮＭ幾何学的形状の重要性を強調する設計ガイドラインが得られ、これにより、必要な機械的特性が達成される。この種類の技術は、人間−機械インターフェースから「装置付き」外科手術用手袋及び他の多くのものに至るさまざまな適用対象と互換性を有している。
【０１８２】
[0201]電気触覚刺激装置及び触覚センサーは、シミュレートされた外科手術、治療用デバイス、ロボット操作機能、及び他の機能における応用を伴う、コンピュータシステムへのタッチベースのインターフェースにおける機能を著しく拡張することが可能な方法による、人間の操作者と仮想環境との間の双方向情報リンクとして興味深いものである［１〜５］。電気触覚刺激を使用すると、情報は皮膚を通じて、振動又はうずく感じとして一般的に知覚される、人工的触知覚として提示され得る［６，７］。そのような応答は、適切に変調された電流を組織に通した結果として皮膚機械受容器の励起を通じて現れる［８］。開発が１９５０年代に始まり、１９７０年代にはさらに発展した、電気触覚刺激は、伝統的に、視覚障害者向けの、さらには前庭障害を患っている個人のバランス制御のための、プログラム可能な点字読取装置及びディスプレイとして研究されてきた［５，９〜１２］。その一方で、触覚センサーは、電気触覚プロセスによるフィードバックループにおける潜在的使用のための補完情報を提供する方法で、物理的接触によって生じる圧力を測定する。この文脈において重要であると思われるセンサーの追加のクラスは、運動と温度に対するものを含む。したがって、そのような技術を、指先に密着するように非侵襲的に装着することができる皮膚に似た形状適合デバイスに組み込むことで、有用な成果が得られる可能性がある。柔軟性及び延伸性を有する電子機器の最近の進歩によって、この種類のデバイスを組み込む機会が出現している［１３〜１７］。
【０１８３】
[0202]本明細書で開示されているのは、エラストマー閉管構造の内面及び外面に装着し、指先に直接一体化させることができる極薄の延伸性を有するシリコンベースの電子機器及びセンサーの材料、製作戦略、及びデバイス設計である。能動的構成品及び相互接続部は、使用中のチューブの自然な変形だけでなく、指先の形状に一致するように特別に形成されたチューブがひっくり返されて裏返しにされる製作プロセスの重要なステップにおけるチューブの自然な変形によって誘発される大きな歪みに適応することができる、高度な機構設計を組み込む。この「ひっくり返し」プロセスは、最初にチューブの外面に装着されていたデバイスを内面に反転させることができ、これらは指に装着されたときに皮膚を直接圧迫し得る。解析計算及び有限要素モデリング（ＦＥＭ）により、塑性変形又は破壊を回避する設計レイアウトについて定量的な洞察が得られる。われわれは、Ｓｉナノ膜（ＮＭ）ダイオードと多重化された電気触覚電極アレイ、Ｓｉ  ＮＭゲージに基づく歪みセンサー、及び低縦弾性係数のエラストマー誘電体を備えるコンデンサを使用する触覚センサーアレイを具備する多機能性指先デバイスにおけるこれらの概念を実証する。
【０１８４】
[0203]図１は、別のところで説明されている手順の構成されたバージョンに従って、延伸性を有する相互接続された幾何学的形状のＳｉ  ＮＭに基づくデバイスをエラストマー基材と一体化するためのステップの概略を示している［１３，１８］。この製作では、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の厚さ１００ｎｍのコーティングを含むＳｉウェハをプロセスの初期部分に対する一時的基材として使用する。ポリ（アミド酸）前駆体をスピンコートし、２５０℃の不活性雰囲気中で焼成することによって形成されるポリイミドの層（ＰＩ、厚さ１．２５μｍ）は、デバイスの支持体として使用される。電子的活性材料は、ＰＩ上に堆積されるか（例えば、金属化）、又は転写され（例えば、Ｓｉ  ＮＭ）、フォトリソグラフィ及びエッチングによってパターン形成される。デバイス層の上にスピンキャストされ、硬化されたＰＩの別の層（厚さ１．２５ｍｍ）は、封入機能を備え、デバイスを中立機械面（ＮＭＰ）の近くに配置する。次に、多層スタックを通じてのパターン形成される反応性イオンエッチング（すなわち、ＰＩ／デバイス／ＰＩ）が、目の粗いメッシュ構造を定める。この同じプロセスで、電気触覚刺激電極の領域内のＰＩを除去し、皮膚と直接接触できるようにする。アセトン槽内に浸漬して下にあるＰＭＭＡを洗い流し、それによって、すでに説明されている手順を使用して、メッシュ全体を持ち上げて離し、単一の個片で、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の平坦なスラブの表面上に載せることができる［１９，２０］。ＳｉＯ２の層をメッシュ／ＰＤＭＳ上に蒸着し、シリコーンの標的基材（エコフレックス００３０、Ｓｍｏｏｔｈ−Ｏｎ，Ｉｎｃ．）をＵＶオゾンに曝す（表面に反応性−ＯＨ基を形成する）ことで、物理的接触後に、これらの２つの間の結合を可能にする［２１］。（低圧では、ＰＤＭＳと指チューブとの間の接触が回避され、これにより、メッシュにのみ結合できる。）図１ｃに示されているように、スタンプを除去すると、転写プロセスは完了する。
【０１８５】
[0204]電気触覚電極では、２つの間の間隙の幅が２５０μｍである外側リング（半径１０００μｍ）によって囲まれている内側円板（半径４００μｍ）からなる同心設計の厚さ６００ｎｍのＡｕの層を使用する。相互接続部は、蛇行幾何学的形状（曲率半径〜８００μｍ）の幅１００μｍのＡｕのトレースからなり、これらのトレースは、電気触覚電極をＳｉ  ＮＭダイオードに接続する（横寸法２２５μｍ×１００μｍ及び厚さ３００ｎｍ）。１．２５μｍのＰＩ層によって絶縁され、エッチングされたＰＩビアを通じて接続される、Ａｕの２つの層（厚さ２００ｎｍ及び６００ｎｍ）によって、重なる相互接続部を使用するコンパクトな配線方式が確立される。厚さ６００ｎｍのＡｕの相互接続層は、ＰＩビアを通じて堅牢な電子機器の接触を可能にする。歪みゲージアレイは、蛇行形状（曲率半径〜４００μｍ）でパターン形成された厚さ２００ｎｍ、幅６０μｍのＡｕトレースによって電気的に接続される４つのＳＩ  ＮＭ（横寸法１ｍｍ×５０μｍ及び厚さ３００ｎｍの帯状物）からなる。触覚センサーは、電気触覚アレイの幾何学的形状の厚さ２００ｎｍのＡｕ電極及び相互接続部を使用するが、但し、同心電極対は単一の円板形状の電極（半径〜１０００μｍ）で置き換えられている。
【０１８６】
[0205]われわれが指チューブと称するエコフレックス基材は、手のプラスチックモデル上で指の形態と特に一致する３次元形態を使用する。製作は、エコフレックスへのポリマー前駆体をモデルの指に注ぎ込むステップと、室温で１時間かけて硬化させ、厚さ〜１２５μｍの形状適合シートを形成するステップとを伴う。前駆体の第２のコーティングをこのシート上に注ぎ、さらに１時間かけて硬化させると、厚さが倍になり、このプロセスを４回繰り返すと、結果として、厚さは〜５００μｍになる。モデルからエコフレックスを取り除き、７０℃で２時間かけて加熱することによって硬化を完了させると、図２に示されているような、自立構造、すなわち、指チューブが形成される。エコフレックスは、縦弾性係数が低く（〜６０ｋＰａ）、破壊歪みが大きい（〜９００％）ので、この目的のために魅力的な材料である。前者は、皮膚との柔らかく、密着する接触を可能にし、後者は、すでに参照され、以下の節で定量的に詳しく説明される「ひっくり返し」プロセスを可能にする。転写で、平坦化された幾何学的形状内に押し込みながら、デバイスのメッシュ構造を指チューブの外面に送出する（図２ｂ）。次いで、図２ｃ、ｄに示されているように、この一体化されたシステム全体がひっくり返されて裏返しになり、メッシュがチューブの外面から内面に移動する。多機能性デバイスは、電気触覚刺激装置を内側に組み込み、歪みゲージアレイ及び触覚センサーを外側に組み込む。
【０１８７】
[0206]すでに説明されているデバイス設計は、電子機器を指チューブ（この場合電気触覚刺激電極）の内面に自然に押し付けて皮膚と密着接触させる方法により、指に対して形状適合するという利点を有する。ひっくり返すプロセスは、デバイスのメッシュ内の機構を慎重に設計することによって可能になる、重要なステップである。定量的機構モデリングから重要な洞察が得られる。指チューブは、２次元対称性を有する自己平衡軸対称チューブとして近似することができる。線形弾性シェル理論を使用するエネルギー最小化により、結果として得られる形状が決定される。図３ａは、ひっくり返すプロセスの中間点で、反り返ったときの半径（Ｒｒａｄｉａｌ）が７．５ｍｍ、厚さが５００μｍであるエコフレックスシリンダーに対する解析及びＦＥＭの結果を示している。図３ａに示されているような５９６μｍの最小軸曲率半径（Ｒａｘｉａｌ）は、チューブがひっくり返されたときに最大の誘発される歪みの配置を定める。図３ｂのカラーマップに示されているような、この構成における内面及び外面の最大歪みは、〜３０〜４０％である（ｓｔａｃｋｓ．ｉｏｐ．ｏｒｇ／Ｎａｎｏの補足ファイルを参照）。したがって、デバイスのメッシュ構造は、この範囲内の歪みに適応することができなければならない。この要件は、シリコン（破壊歪み〜１％）などの脆い材料を組み込むせいで、本明細書で説明されているものと似たシステムについては非自明である。
【０１８８】
[0207]理論によって導かれる、回路レイアウトは、これらの要件を満たすように識別され得る。一例として、図３ｃは、狭い蛇行相互接続部を持つメッシュ構成の多重化電気触覚アレイの図を示している。オレンジ色と青色の領域は、それぞれ、ＰＩの層によって隔てられたＡｕ層に対応し、赤色領域は、ＰＩＮ（ｐ型ドープ／真性／ｎ型ドープ）構成のＳｉ  ＮＭ（厚さ３００ｎｍ）ダイオードを示している。これらのダイオードの短い寸法は、ひっくり返す方向に対して平行であり、このプロセスにおいてＳｉ中の歪みを最小にする。これらの最適化により、計算で求められる最大歪みは、それぞれ、Ａｕ、ＰＩ、及びＳｉに対して０．０５１％、０．１０％、及び０．０４０％にすぎない（図３ｄを参照）。ＮＭＰの計算された位置も、図３ｄに示されている。デバイス層の縦弾性係数は、エコフレックスと比べて数桁大きいので、ＮＭＰ平面の配置は、エコフレックスとは大きく独立している。ＰＩ層の厚さを適切に選択することで、ＮＭＰをＳｉ  ＮＭの配置に位置決めすることができ、これにより、この脆い材料中に誘発される歪みが最小になる［２１，２２］。Ｓｉ  ＮＭダイオードの厚さは、図３ｆの解析計算に示されているように、それらのダイオードが受ける最大歪みに影響する。ＮＭＰをＳｉ  ＮＭダイオードからの最短距離（すなわち、ｈＮＭＰ）のところに置く厚さで最小値が生じる。この最小値の位置も、例えば、ＰＩ層の厚さを変更することによって調整され得る。歪みのさらなる低減は、デバイスの長さを縮小することによって達成され得る。これらの考慮事項を組み込み、最適化された蛇行レイアウトを持つ相互接続部を利用する設計を実装することで、堅牢なデバイス挙動が製作手順全体を通して確実になる。例えば、図３ｅは、ひっくり返すプロセスの前及び後のＳｉ  ＮＭダイオードのＩ−Ｖ特性（アジレント（Ａｇｉｌｅｎｔ）４１５５Ｃ半導体パラメータアナライザ）の変化は無視できるくらい小さいことを示している。
【０１８９】
[0208]実験結果は、電気触覚アレイにおける予想される機能性をはっきり示している。図４ａは、内側ドットと外側リング電極との間に印加される、電圧及び周波数の関数としての人間の乾燥している親指のタッチの知覚を示している。刺激には、カスタム設定を使用して発生される、デューティサイクル２０％の単相方形波が使用される。差し込み図は、柔軟性を有する異方性導電膜（ＡＣＦ）を介して外部駆動電子機器に接続する、デバイスの画像を示している。感覚に必要な電圧は、周波数が高くなるとともに減少し、これは並列に接続されている抵抗器とコンデンサを伴う皮膚インピーダンスの等価回路モデルと一致する。これらの電圧の絶対値は、皮膚水和レベル、電極設計、及び刺激波形に強く依存する［２３］。図４ｂは、多重化ダイオードを通じて測定される、人間の水和された親指と接触している間の電気触覚電極対のＩ−Ｖ特性を示している。高い正の電圧では、ダイオードの抵抗は、皮膚に比べて無視できるくらい小さく、ここでは、Ｉ−Ｖ特性の勾配から、皮膚−電極間接触と皮膚の抵抗の推定値が得られる。値（〜４０ｋΩ）は、従来のデバイスを使用した測定と一致する範囲内にある［２４，２５］。ダイオードは、０．２５ｍＡの電流に対応して少なくとも２０Ｖまで安定しており、皮膚と舌の電気触覚刺激には十分である［２，６，７］。
【０１９０】
[0209]これらのダイオードは、図４ｃに概略が示されている方法に従って、多重化アドレッシングを可能にする。それぞれのユニットセルは、１つのダイオードと１つの電気触覚電極対とからなる。図４ｄは、６つの電気触覚チャネルのそれぞれをアドレッシングするのに必要な入力を表にしたものである。例えば、チャネルＳＤＡは、高い電位（＋５Ｖ）を入力Ａ及びＥに、低い電位（０Ｖ）を入力Ｂ、Ｃ、及びＤに印加することによって作動し、それによって、このチャネルの外側リング（＋５Ｖ）及び内側リング電極（０Ｖ）に＋５Ｖのバイアスが生じる。この構成では、Ｓｉ  ＮＭダイオードに順方向バイアスをかけ、その結果、図４ｂに示されているように、刺激電流が発生する。それと同時に、チャネルＳＥＢ及びＳＥＣは、電極間で−５Ｖのバイアスを受けるが、これらの場合には、Ｓｉ  ＮＭダイオードは、逆バイアスがかかり、これにより、刺激電流が妨げられる。チャネルＳＤＢ、ＳＤＣ、及びＳＥＡは、内側電極及び外側電極上で同じ電位を有し、その結果バイアスはゼロである。隣接するチャネルの電気的遮蔽は、チャネル間の距離（６０００μｍ）と比較して小さい内側と外側との電極分離（２５０μｍ）の結果である。刺激チャネル１つ当たり複数のダイオードを使用する高度な多重化方式、すなわちアクティブトランジスタは、本明細書で概要を述べている製作プロセス及び設計原理と互換性を有する。
【０１９１】
[0210]図５は、真っ直ぐな、均一にドープされたＳｉ  ＮＭの集合をメッシュ幾何学的形状の相互接続部でアドレッシングされる歪みゲージとして示している。図５に要約されているＦＥＭ計算は、１０％の一軸平面内歪みの下で、エコフレックス上のゲージの１×４アレイ（垂直帯状部、黄色の破線のボックス及び上側差し込み図は個別のデバイスを協調している）で歪みプロファイルを示している。これらの結果から、全体的な歪みは、蛇行相互接続部及び、もちろん、エコフレックスそれ自体の形状の変化によって大部分受け入れられることがわかる。Ｓｉ  ＮＭゲージは、図５ａの差し込み図に示されているように、印加される歪みより１０倍低い歪み（〜１０−３）を受ける。
【０１９２】
[0211]蛇行レイアウトと組み合わされた、Ｓｉの圧電抵抗特性が強い結果、延伸性を有する形態のＳｉ  ＮＭを高性能歪みゲージとして使用することができる。これらの特性は、一緒に合わせて、印加される歪み毎の抵抗のわずかな変化を決定する。関連する有効ゲージ係数（ＧＦｅｆｆ）と、シリコンゲージの固有のゲージ係数ＧＦＳｉ＝ΔＲ／（ＲεＳｉ）との関係は、但し、ΔＲを抵抗の変化とし、Ｒを初期抵抗とし、εＳｉをシリコン中の歪みとして、式ＧＦｅｆｆ＝ＧＦＳｉ（εＳｉ／εａｐｐ）を使用して定めることがきるが、ただし式中、εａｐｐは一体化されたシステム全体に印加される歪みである。ここで報告される設計では、εＳｉ／εａｐｐの値は、１よりかなり小さく、これにより、特に、歪みの生理学的に関連する範囲にわたって製作、装着、及び使用時に破壊誘発歪みを回避する。図５ｂは、ＧＦｅｆｆ〜１に対応する、εａｐｐの関数としてΔＲの実験により測定された値（アジレント４１５５Ｃ半導体パラメータアナライザを使用して、１Ｖで評価）を示している。実験及びＦＥＭ結果を図５ｂに当てはめることによって、プラスチックの柔軟性を有するシート上で、他の点では類似する設計を使用して、ＧＦＳｉは〜９５となり、Ｓｉ  ＮＭ歪みゲージに関する最近の報告と一致している［２６］。われわれが重視しているのは、ゲージのサイズ及び蛇行相互接続部の寸法などのデバイス設計パラメータが、ＧＦＳｉ程度の大きさの値からかなり小さい値までのＧＦｅｆｆを工学的に制御することを可能にし、それに対応する形で測定が可能である歪みの範囲が拡大されることである。
【０１９３】
[0212]図５ｃは、真っ直ぐの（Ｉ）及び曲げられた（ＩＩ）位置における、親指のナックル部の近くに配置された指チューブの歪みゲージアレイを示している。曲げた後、ゲージは引っ張り歪みを受け、その結果、図５ｄの３つの曲げサイクルについて示されているように、抵抗が増大する。この相対的抵抗変化は、曲げに関連する歪みが〜６％に達することを示唆している。予想されるとおり、左右方向の運動はいっさい変化を誘発しなかった。図５ｅは、親指の中手部の近くに装着されたエコフレックスの薄いシート上の類似のアレイを示している。ここで、デバイスは、表皮電子システムで観察される作用に類似する、ファンデルワールス相互作用によって皮膚に付着する［１３］。図５ｅの画像は、真っ直ぐな位置（ＩＩＩ）及び横にたわむ位置（ＶＩ）の親指に対応する。３つの左右の運動サイクルに対する１×４アレイの対向端部上の２つのゲージに対する抵抗の変化が図５ｆに示されている。サイクル毎に、一番右のゲージの抵抗の変化は、圧縮歪みを示し、一番左は、対応する引っ張り歪みを示している。これらの結果は、ゲージのアレイが、運動の大きさだけでなく種類も識別するために使用され得ることを示唆している。
【０１９４】
[0213]最終的な実証として、われわれは、指チューブプラットフォーム上に一体化するのに適しているある種の触覚（圧力）センサーを組み立てた。これらのデバイスは、エコフレックスの内面及び外面に付いている対向する電極に関連する静電容量の変化を利用する。印加される圧力は、エコフレックスの厚さを減少させ、これによって、この構造物の静電容量が増加する。ここで、電気触覚デバイスに対するものと同様のレイアウトが、内側電極として使用され、外面上で整列された構成で装着されるこのアレイの鏡像は、エコフレックスを備える平行板コンデンサの集合体を誘電体として定める。手のモデルの前面にあるそのようなデバイスのアレイは、図６ａに示されている。図６ｂ及び６ｃは、内側及び外側の電極アレイの画像を示している。代表的なデバイスに対する印加された圧力による静電容量の相対的変化は図６ｄに示されている（黒色の記号）。ここで、静電容量は、寄生容量の影響を最小にし、グランドループをなくすよう注意しながら、一定の接触面積を有するプラットフォーム上に載せられた一連の重みで印加される圧力の関数として測定された（アジレントＥ４９８０Ａ  ＬＣＲメーター）。線形に近い挙動が、調べた範囲で観察され、これは単純な力学モデル
【数３】
2015521303.tif 000005
と一致し、ただし式中、ΔＣは、静電容量の変化であり、Ｃ０は、初期静電容量であり、Ｐは、印加される圧力であり、
【数４】
2015521303.tif 000006
は、有効エコフレックス縦弾性係数である。この単純なモデルでは、誘電力に電気歪み又は歪み誘発変化がないと仮定している（図６ｄ、黒色線）。ポワソン効果により、デバイスは、図６ｄ（赤色）に示されているように、平面内歪み（εａｐｐｌｉｅｄ）にも応答し、これは単純なモデルΔＣ／Ｃ０＝［（ＥＡ）ｓｙｓｔｅｍ／（ＥＡ）ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ］νεａｐｐｌｉｅｄと一致しており、ただし式中、ポワソンの比（ｖ）は、０．４９６であり、（ＥＡ）ｓｙｓｔｅｍ及び（ＥＡ）ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓは、それぞれシステム及び電極の引張剛性である。この種類の技術は、類似の機能性を、ただし柔軟性を有する基材上に備える、有機トランジスタ内の導電性エラストマー、エラストマー誘電体、又は圧縮可能ゲート誘電体に基づく、最近報告されているデバイスの単純な代替えとなる［１４，１６，１８，２７，２８］。
【０１９５】
[0214]ここに提示されている結果は、指に形状適合するように装着され得る。身体の他の付属物も、類似の様式で取り扱われ得る。さらに、機構及び製作の考慮事項の大半は、特定のデバイスの機能性又は装着配置に対して不可知である。その結果、これらの概念の多くは、一般的に、他の種類のシステム及び使用法に適用され得る。将来の課題としては、ワイヤレス電源及びデータ転送の機能を開発することが挙げられる。
【０１９６】
[0215]実施例２：電子デバイスを作製する方法：
【０１９７】
[0216]１．電気触覚アレイ：
【０１９８】
[0217]ａ．１’×１’のＳＯＩウェハ（（１１０）、３００ｎｍのＳｉ）を切断して、アセトン及びＩＰＡで洗浄する。
【０１９９】
[0218]ｂ．ＳｉＯ２の９００ｎｍの層をＰＥＣＶＤによってｐ型ドープ拡散マスクとして形成する。
【０２００】
[0219]ｃ．拡散マスクを以下によってパターン形成する。ｉ．フォトレジストのパターン形成（ＰＲ）ＡＺ５２１４：ＰＲ  ＡＺ５２１４をスピンコートし（３０００ｒｐｍ、３０ｓ）、前焼成し（１１０℃、１分）、マスクを整列し、露光し、ＭＩＦ３２７で現像し（４０ｓ）、後焼成する（１１０℃、３分）。ｉｉ．緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ）（ＮＨ４Ｆ：ＨＦ＝６：１）で、１．５分間ウェットエッチングして、ＰＲをアセトンで除去する。
【０２０１】
[0220]ｄ．Ｐ型ドーピング：ｉ．ウェハをナノストリップ（Ｎａｎｏ−ｓｔｒｉｐ）（商標）（Ｃｙａｎｔｅｋ）で洗浄し、ホウ素ドーピング源の隣に置き、３０分間炉に入れる（１０００℃）。ｉｉ．ＨＦでＳｉＯ２マスクを完全にエッチングし、ＳｉＯ２の別の９００ｎｍの層をＰＥＣＶＤによってｎ型ドープ拡散マスクとして形成する。ｉｉｉ．拡散マスクをパターン形成する。１ｃと同じ。
【０２０２】
[0221]ｅ．Ｎ型ドーピング：ｉ．ウェハをナノストリップ（商標）で洗浄し、１０分間１０００℃の温度でリンドーピング源の隣に置く。ｉｉ．ＳｉＯ２マスクをＨＦで完全にエッチングする（３０秒）。
【０２０３】
[0222]ｆ．Ｓｉ膜を解放するための穴（直径３μｍ、間隔３０μｍ）をあける。ｉ．ＰＲシプリー（Ｓｈｉｐｌｅｙ）Ｓ１８０５をスピンコートし（３０００ｒｐｍ、３０ｓ）、前焼成し（１１０℃、１分）、マスクを整列し、露光し、ＭＩＦ３２７で現像し（９ｓ）、後焼成する（１１０℃、３分）。ｉｉ．ＳｉをＲＩＥでエッチングする（５０ｍｔｏｒｒ、４０ｓｃｃｍのＳＦ６、１００Ｗ、１分）。
【０２０４】
[0223]ｇ．ＳＯＩの酸化物層を切り落とす。ｉ．ウェハをＨＦ溶液中に１５〜２０分間、Ｓｉ層が基材から脱着するまで浸漬する。
【０２０５】
[0224]ｈ．ＰＤＭＳスタンプでＳＯＩウェハからＳｉ膜を拾い上げる。
【０２０６】
[0225]ｉ．標的Ｓｉウェハを準備する。ｉ．Ｓｉウェハをポリメチルメタクリレートでスピンコートし（ＰＭＭＡ、３０００ｒｐｍ、３０ｓ、〜１００ｎｍ）、１．５分間１８０℃で硬化させる。ｉｉ．ポリイミド前駆体をスピンコートし（４０００ｒｐｍ、３０ｓ）、４０秒間１５０℃で部分的に硬化させる。
【０２０７】
[0226]ｊ．Ｓｉを標的Ｓｉウェハに転写する。ｉ．スタンプを圧迫して標的ウェハに接触させ、手で１０ｓ間力を加える。ｉｉ．スタンプ及び標的ウェハを１１０℃のホットプレートに置き、スタンプの熱膨張が観察されたらスタンプをゆっくりと剥離する。ｉｉｉ．標的ウェハ（今はＳｉ膜付き）をさらに５分間１５０℃のホットプレート上に置き、アセトンでＰＲを除去する（２ｓ）。ｉｖ．１時間２５０℃の温度により不活性雰囲気中で焼成する。
【０２０８】
[0227]ｋ．Ｓｉダイオード分離：ｉ．ＰＲ  ＡＺ５２１４をパターン形成する。ｉｉ．露出したＳｉをＲＩＥでエッチングし（５０ｍｔｏｒｒ、４０ｓｃｃｍのＳＦ６、１００Ｗ、１分）、アセトンでＰＲを剥ぎ取る。
【０２０９】
[0228]ｌ．第１のＡｕ相互接続層：ｉ．Ｃｒ（５ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）を電子ビーム蒸着装置で堆積する。ｉｉ．ＰＲ  ＡＺ５２１４をパターン形成する。ｉｉｉ．Ａｕ及びＣｒをウェットエッチングする。ｉｖ．ＰＲをアセトンで剥ぎ取る。
【０２１０】
[0229]ｍ．ビアを備えるＰＩ絶縁層：ｉ．ポリイミド前駆体をスピンコートする（４０００ｒｐｍ、３０ｓ）。ｉｉ．ホットプレートで事前焼成する（１５０℃、５分）。ｉｉｉ．１時間２５０℃の温度により不活性雰囲気中で焼成する。ｉ．ＰＩをＰＲ  ＡＺ４６２０でスピンコートし（３０００ｒｐｍ、３０ｓ）、前焼成し（１１０℃、１分）、マスクを介して整列し、露光し、３：１希釈ＭＩＦ４００で現像する（４０ｓ）。ｖ．露出したポリイミドをＲＩＥでエッチングする（１００Ｗ、１５０ｍＴｏｒｒ、２０ｓｃｃｍ  Ｏ２、２０分）。ｖｉ．ＰＲをアセトンで剥ぎ取る。
【０２１１】
[0230]ｎ．第２のＡｕ相互接続層：ｉ．Ｃｒ（１０ｎｍ）／Ａｕ（６００ｎｍ）を電子ビーム蒸着装置で堆積する。ｉｉ．ＰＲ  ＡＺ５２１４をパターン形成する。ｉｉｉ．Ａｕ及びＣｒをウェットエッチングする。ｉｖ．ＰＲをアセトンで剥ぎ取る。
【０２１２】
[0231]ｏ．最終的ＰＩ封入及びエッチング：ｉ．ＰＩ層を形成する：１ｎと同じ。ｉｉ．ＰＲ  ＡＺ４６２０をパターン形成する。ｖ．露出したポリイミドをＲＩＥでエッチングして（１００Ｗ、１５０ｍＴｏｒｒ、２０ｓｃｃｍ  Ｏ２、５０分）ＰＩメッシュ構造を形成する。ｉｖ．ＰＲをアセトンで剥ぎ取る。
【０２１３】
[0232]ｐ．転写：ｉ．デバイスを加熱されたアセトン槽（１００℃）に浸漬してＰＭＭＡを切り落とす。ｉｉ.ＰＤＭＳスタンプを圧迫してデバイスと接触させ、素早く取り外してデバイスをスタンプに転写する。ｉｉｉ．Ｃｒ（５ｎｍ）／ＳｉＯ２（２０ｎｍ）を電子ビーム蒸着装置で堆積する。ｉｖ．紫外線／オゾン（ＵＶ−Ｏ）で、４分間標的基材（エコレックス指チューブ）を処理する。ｖ．ＰＤＭＳスタンプをエコフレックスに押し付け、スタンプをゆっくりと剥離する。
【０２１４】
[0233]２．歪みゲージアレイ：
【０２１５】
[0234]ａ．１’×１’（１１０）のＳＯＩウェハ（３００ｎｍのＳｉ）を切断して、アセトン及びＩＰＡで洗浄する。
【０２１６】
[0235]ｂ．Ｐ型ドーピング：１ｄと同じであるが、ドーピング時間は４分である。
【０２１７】
[0236]ｃ．Ｓｉを標的ウェハに転写する。１ｆ〜ｊと同じ。
【０２１８】
[0237]ｄ．Ｓｉ歪みゲージ分離：１ｋと同じ。
【０２１９】
[0238]ｅ．Ａｕ相互接続層：１ｌと同じ。
【０２２０】
[0239]ｆ．最終的な封入：１ｏと同じであるが、Ｏ２  ＲＩＥは３０分である。
【０２２１】
[0240]ｇ．転写：１ｐと同じ。
【０２２２】
[0241]３．接触センサーアレイ：
【０２２３】
[0242]ａ．１’×１’のＳｉウェハを切断して、アセトン及びＩＰＡで洗浄する。
【０２２４】
[0243]ｂ．犠牲層としてＰＭＭＡをスピンコートする（３０００  ｒｐｍ、３０ｓ）。
【０２２５】
[0244]ｃ．ポリイミド層を基材として形成する：１ｍと同じ。
【０２２６】
[0245]ｄ．Ａｕ相互接続層：１ｌと同じ。
【０２２７】
[0246]ｅ．最終的な封入：２ｆと同じ。
【０２２８】
[0247]ｆ．転写して電気触覚電極と重ねる：１ｐと同じ。
【０２２９】
[0248]本明細書で提示されているデバイス及び方法で使用されるセンサー及びアクチュエータを作製するためのさまざまな方法の要約は、図１０〜１３にまとめられている。
【０２３０】
[0249]機構モデリング：ひっくり返すプロセスにおける多重化電気触覚アレイの歪み。厚さｔｓｕｂを有するエラストマーエコフレックス指チューブは、半径Ｒｆｉｎｇｅｒを有する指モデル上で２回ひっくり返される。図８は、ひっくり返すプロセスにおいて自己平衡軸対称エコフレックスチューブを示しており、ＡＢは、プラスチックの手の表面と接触している円筒形部分を表し、外面ＤＥも円筒であり、これら２つの間の遷移は、半円ＢＣ（図８において決定されるべき半径Ｒ１を有する）及び正弦曲線ＣＤ（決定されるべき半波長Ｌを有する）によって近似され得る。図８に示されているプロファイルについて、線形弾性シェル理論は、曲げエネルギーと膜エネルギーを与える。次いで、全エネルギーの最小化により、Ｒ１及びＬが得られる。Ｒｆｉｎｇｅｒ＝７．５ｍｍ及びｔｓｕｂ＝５００μｍでは、エネルギー最小化により、エコフレックスのポワソンの比ｖ＝０．４９６に対して曲げ半径Ｒ１＝５９６μｍ及びＬ＝２．４７ｍｍが得られる。エコフレックスにおける最大引っ張り及び圧縮歪みは、εｔｅｎｓｉｌｅ＝３４．４％及びεｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ＝−４９．５％であり、これはＦＥＭ結果（εｔｅｎｓｉｌｅ＝３５．１％及びεｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ＝−４６．９％）とよく一致している。
【０２３１】
[0250]多重化電気触覚アレイは、複数の層を持つ複合ビームとしてモデル化される。上記の解析モデルから得られる曲げモーメント及び膜力は、多重化電気触覚アレイに印加される。これは、Ｓｉ及びＡｕ中の最大歪みの解析的表現を与え、これらは比較的長いＳｉダイオードに対してＦＥＭによって妥当性が確認される。比較的短いＳｉダイオードについては、解析的表現は、Ｓｉ及びＡｕ中の最大歪みを過大評価する。
【０２３２】
[0251]触覚（圧力）センサーの力学解析：内側ドット及び外側リング電極は、平行コンデンサの対を形成する。静電容量の変化は、結果としてエコフレックス誘電体の厚さの減少を引き起こす印加された圧力に関係し、
【数５】
2015521303.tif 000007
但し、
【数６】
2015521303.tif 000008
は、一軸延伸の下でのエコフレックス誘電体の有効縦弾性係数であり、Ｅ＝６０ｋＰａは、エコフレックスのヤング率である。図６ｄに示されているように、式（Ｓ１）は実験とよく一致している。
【０２３３】
[0252]印加される引っ張り歪みεａｐｐｌｉｅｄについて、電極間のエコフレックス誘電体の歪みは、εａｐｐｌｉｅｄ（ＥＡ）ｓｙｓｔｅｍ（ＥＡ）ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓによってシステムの引張剛性（ＥＡ）ｓｙｓｔｅｍ及び電極の引張剛性（ＥＡ）ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓに関係付けられる。圧力センサーアレイの単一要素の静電容量の変化も、エコフレックス誘電体の厚さの減少によって決定され、
【数７】
2015521303.tif 000009
によって与えられる。
実施例１〜２に対する参考文献
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６．  Ｋａｃｚｍａｒｅｋ  Ｋ  Ａ，  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｊ  Ｇ，  Ｂａｃｈｙｒｉｔａ  Ｐ  ａｎｄ  Ｔｏｍｐｋｉｎｓ  Ｗ  Ｊ  １９９１  Ｉｅｅｅ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ３８  １
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１０．  Ｊｏｎｅｓ  Ｌ  Ａ  ａｎｄ  Ｓａｆｔｅｒ  Ｎ  Ｂ  ２００８  Ｈｕｍａｎ  Ｆａｃｔｏｒｓ  ５０  ９０
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１２．  Ｖｉｄａｌ−Ｖｅｒｄｕ  Ｆ  ａｎｄ  Ｈａｆｅｚ  Ｍ  ２００７  Ｉｅｅｅ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｅｕｒａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  １５  １１９
１３．  Ｋｉｍ  Ｄ  Ｈ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１１  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３３３  ８３８
１４．  Ｌｉｐｏｍｉ  Ｄ  Ｊ，  Ｖｏｓｇｕｅｒｉｔｃｈｉａｎ  Ｍ，  Ｔｅｅ  Ｂ  Ｃ，  Ｈｅｌｌｓｔｒｏｍ  Ｓ  Ｌ，  Ｌｅｅ  Ｊ  Ａ，  Ｆｏｘ  Ｃ  Ｈ  ａｎｄ  Ｂａｏ  Ｚ  ２０１１  Ｎａｔｕｒｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈ．  ６  ７８８
１５．  Ｒｏｇｅｒｓ  Ｊ  Ａ  ａｎｄ  Ｈｕａｎｇ  Ｙ  Ｇ  ２００９  Ｐｒｏｃ．  Ｎａｔｌ．  Ａｃａｄ．  Ｓｃｉ．  Ｕ．  Ｓ．  Ａ．  １０６  １６８８９
１６．  Ｓｏｍｅｙａ  Ｔ，  Ｓｅｋｉｔａｎｉ  Ｔ，  Ｉｂａ  Ｓ，  Ｋａｔｏ  Ｙ，  Ｋａｗａｇｕｃｈｉ  Ｈ  ａｎｄ  Ｓａｋｕｒａｉ  Ｔ  ２００４  Ｐｒｏｃ．  Ｎａｔｌ．  Ａｃａｄ．  Ｓｃｉ．  Ｕ．  Ｓ．  Ａ．  １０１  ９９６６
１７．  Ｒｏｇｅｒｓ  Ｊ  Ａ，  Ｌａｇａｌｌｙ  Ｍ  Ｇ  ａｎｄ  Ｎｕｚｚｏ  Ｒ  Ｇ  ２０１１  Ｎａｔｕｒｅ  ４７７  ４５
１８．  Ｋｉｍ  Ｄ  Ｈ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１１  Ｎａｔ．  Ｍａｔｅｒ．  １０  ３１６
１９．  Ｍｅｉｔｌ  Ｍ  Ａ  ｅｔ  ａｌ．  ２００６  Ｎａｔ．  Ｍａｔｅｒ．  ５  ３３
２０．  Ｙｕ  Ｊ  ａｎｄ  Ｂｕｌｏｖｉｃ  Ｖ  ２００７  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ９１
２１．  Ｋｉｍ  Ｄ  Ｈ  ｅｔ  ａｌ．  ２００８  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３２０  ５０７
２２．  Ｒｏｇｅｒｓ  Ｊ  Ａ，  Ｓｏｍｅｙａ  Ｔ  ａｎｄ  Ｈｕａｎｇ  Ｙ  Ｇ  ２０１０  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３２７  １６０３
２３．  Ｋａｃｚｍａｒｅｋ  Ｋ  Ａ  ａｎｄ  Ｈａａｓｅ  Ｓ  Ｊ  ２００３  Ｉｅｅｅ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｅｕｒａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  １１  ９
２４．  Ｗｏｏ  Ｅ  Ｊ，  Ｈｕａ  Ｐ，  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｊ  Ｇ，  Ｔｏｍｐｋｉｎｓ  Ｗ  Ｊ  ａｎｄ  Ｐａｌｌａｓａｒｅｎｙ  Ｒ  １９９２  Ｍｅｄｉｃａｌ  ＆  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ＆  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ３０  ９７
２５．  Ｈｕａ  Ｐ，  Ｗｏｏ  Ｅ  Ｊ，  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｊ  Ｇ  ａｎｄ  Ｔｏｍｐｋｉｎｓ  Ｗ  Ｊ  １９９３  Ｉｅｅｅ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ４０  ３３５
２６．  Ｗｏｎ  Ｓ  Ｍ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１１  Ｉｅｅｅ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ５８  ４０７４
２７．  Ｓｏｍｅｙａ  Ｔ  ｅｔ  ａｌ．  ２００５  Ｐｒｏｃ．  Ｎａｔｌ．  Ａｃａｄ．  Ｓｃｉ．  Ｕ．  Ｓ．  Ａ．  １０２  １２３２１
２８．  Ｔａｋｅｉ  Ｋ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１０  Ｎａｔ．  Ｍａｔｅｒ．  ９  ８２１
【０２３４】
[0253]実施例３：生体表面への形状適合可能な付属物装着可能電子デバイス
【０２３５】
[0254]付属物装着可能電子システムの一例は、指又は指先に対応する付属物を含めて、図１４〜１７に概略として要約されている。付属物装着可能電子システム１０の異なる図は、図１４（Ａ〜Ｃ）に提示されており、上面図（Ａ）、側断面図（Ｂ）、及び端部（Ｃ）から見た断面図が含まれる。図１４の異なる図を参照すると、システム１０は、内面３０と外面４０とを有する柔軟性及び延伸性を有する基材２０を備えていることがわかる。この例では、電子デバイス５０は、外面４０によって支持されている複数の柔軟性又は延伸性を有するセンサー５４、及び内面３０によって支持されている複数の柔軟性又は延伸性を有するアクチュエータ５５を備える。電子デバイスは、所望の機能性及び動作特性をもたらすためのさまざまな構成品をさらに備える。例えば、図１４は、リング形状の電極内に位置決めされ、リング形状の電極と同心である内側円板形状電極を有する電極５４などの、より剛性の高い構成品（例えば、剛体デバイスアイランド）を電気的に相互接続する湾曲又は蛇行構成の電気的相互接続部５３を示している。図１４Ｂ及び１４Ｃに提示されている断面図は、電子デバイス５０が内面３０、外面４０、又は両面によって支持され得ることを示している。適宜、電子デバイスは、外面によって支持されている、触覚センサーなどの、センサー５４のアレイ、及び付属物の表面と接合するための、内面３０によって支持されている、電気触覚刺激装置などの、刺激装置５５のアレイを備えることができる。
【０２３６】
[0255]囲い部６０は、内面３０によって定められる。図１５を参照すると、囲い部６０は、付属物の表面６２が基材２０の内面３０と形状適合接触するように付属物６１を受け入れる。図１５は、外部表面６３による接触力又は圧力などの触覚パラメータを評価するための、触覚センサーなどの、外面支持センサーを有するシステム１０である外面４０上の電子デバイス５０を示している。適宜、基材２０は、囲い部６０内に付属物６１を収容するように延伸することができる。適宜、囲い部は、付属物を収容するようには延伸しない。
【０２３７】
[0256]比較のため、図１６は、基材２０の内面３０で支持されている電子デバイスを有するシステム１１を示している。電子デバイスは、囲い部内の付属物の生きている組織と接合する電気触覚刺激装置、又は付属物の注目するパラメータ（例えば、温度、水和）を測定するためのセンサーであってもよい。図１５〜１６の右側のパネルは、囲い部の形状が、システム１０の端面断面図によって示されているように付属物を受け入れた後に変化する態様を示している。所望に応じて、１つ若しくは複数の障壁又は封緘層２１は、外面（図１５の右上パネルに示されている）によって支持されているもの、及び／又は内面によって支持されているものを含む、センサー及び／又はアクチュエータなどの電子デバイスの少なくとも一部を封入することができる。
【０２３８】
[0257]外面装着センサーの有用な一態様は、外部表面６３と接合するためのものである。触覚センサーであるセンサー５４については、触覚センサーインターフェースが、センサー５４と外部表面６３との間の接触力又は圧力の測定を行う。温度、光、ｐＨ、又は本明細書で開示されている他のものなどの、他の種類のセンサーについては、センサーは、センサーの機能性に対応する出力を発生する。これは、一般的に、「外部インターフェーシング」又は外部インターフェースパラメータと称され、６４によって示されている。対照的に、図１６を参照すると、内面によって支持されているアクチュエータ５５は囲い部内の付属物の生きている組織と接合することができる。これは、一般的に、「内部インターフェーシング」又は内部インターフェースパラメータと称される。一態様では、本明細書で提示されているシステムはどれも、外部インターフェーシング（図１５）、内部インターフェーシング（１６）、又は外部と内部の両方のインターフェーシング用である（図１４Ｂ及びＣの電子デバイスによって示されているような、図１５及び１６の組み合わせ）。
【０２３９】
[0258]本明細書で提示されているデバイスのどれかを作製するための方法の一例は、図１７に概略として示されている。図１７Ａは、囲い部６０を定める内面３０とともに基材２０の外面４０上で支持されている電子デバイス５０を有する付属物装着可能電子システム１０を示している。囲い部６０は、端部９０と９５との間の直径７０又は長さなどの特徴的な寸法、すなわち６０の容積によって記述され得る。一実施形態において、直径７０は、内部部分６０によって受け入れられている対象物の最大直径よりわずかに小さい。そのようなサイズの違いがあるため、基材２０は対象物を受け入れるために延伸する必要があり、これにより、基材２０、電子デバイス５０、内部部分の囲い部６０内の付属物表面の間の形状適合接触が確実になされる（例えば、図１５〜１６を参照）。
【０２４０】
[0259]図１７Ｂは、図１７Ｃに示されているように、外面４０を内面４１にひっくり返し、それに対応して、内面３０を外面３１にひっくり返す基材表面のひっくり返す力２１０の印加を示している。図１７Ｄは、新しい外面が別の電子デバイスを受け入れ、これにより、デバイスの第１のアレイ２７１は、外面によって支持され、デバイスの第２のアレイ２７２は、内面によって支持され、これにより、多機能性システム１２を実現することができることを示している。
【０２４１】
[0260]図１８は、本明細書で開示されているシステムのどれかを作製するための一実施形態のプロセスの流れを示す要約図である。ステップ１８００で、基材の内面によって定められる囲い部を有するなどの、柔軟性及び延伸性を有する基材が用意される。電子デバイスは、基材の外面１８１０に設けられる。デバイスは、障壁層によって部分的に封入され得る。注目する適用対象に応じて、付属物は、１８２０で概要が示されているように、囲い部内に配置され得る。次いで、このデバイスは、表面感知を行う適用対象などのために、囲い部の外部にある対象物と接合するために使用され得る。或いは、システムが、付属物との接合を行うための適用対象用である場合、ひっくり返すステップ１８３０が実行され、これにより、電子デバイスは、内面に載る。付属物との接合のみが望まれている場合、ステップ１８４０に従う。或いは、別の電子デバイスが、１８５０に示されているように外面に設けられ、これは、適宜少なくとも部分的に又は完全に障壁層内に封入される。このようにして、外部及び内部インターフェーシング１８６０に対して二重機能性が得られる。対照的に、１８２０は、外部インターフェーシングのみであり、１８４０は、内部インターフェーシングのみである。本明細書で概要が述べられているように、電子デバイスはどれも、さまざまな金属及び半導体構成品、好ましくは曲げ及び延伸に適応できるレイアウトの薄い構成品の転写などによって表面に設けられる。
【０２４２】
[0261]図２０は、付属物に対応する対象物１９００、又はモデル若しくはその鋳型を用意することによって本明細書で開示されているシステムのどれかを作製するための別の実施形態のプロセスの流れを示す要約図である。電子デバイスは、対象物１９１０の表面に設けられる。プレポリマー又は他の基材前駆体は、対象表面及び電子デバイス１９２０に当てて鋳造される。次いで、注目する適用対象に応じて、デバイスは、使用１９３０に備えられるか、又は外側基材１９４０上に別の電子デバイスを受け入れることができる。ステップ１９５０、１９６０、及び１９７０によって示されているように、外部表面への印刷は、ステップ１９１０で提示されている対象物からの除去の前又は後であってもよい。
【０２４３】
[0262]実施例４：外部及び内部表面上の触覚センサー
【０２４４】
[0263]別の例では、本明細書で提示されているシステムはどれも、内面と外面の両方に電子デバイスを有し、内面及び外面のデバイスは、互いに連通して、圧力又は力センサーを機能するように実現する。一実施形態では、この連通は、対向する電極の対に対する電気的連通である。機能性通信の別の例は、直接的な電気接触を含み、一方の表面にあるデバイスからの出力は、外面にあるデバイスに供給される。別の態様では、デバイスは、熱源と熱又は温度センサーとの間など、互いに熱的接触する。
【０２４５】
[0264]本発明の一態様は、２つの対向する電極の間の材料の厚さの変化に基づく接触力又は圧力に関する情報を提供する触覚センサーである。例として、静電容量又は熱感知に基づく圧力センサーが挙げられる。図１９を参照すると、第１の電子デバイス６１０及び第２の電子デバイス６２０は、エラストマー基材２０の内面及び外面によって支持されていることがわかる。簡単のため、システムの側断面の一部のみが図１９に示されており、囲い容積部は第１の電子デバイス６１０のアレイに隣接する付属物（図示せず）と形状適合接触する。簡単のため、図１９は、電極６１０及び６２０である電子デバイスの例を示している。電気的相互接続部６４０（第１の複数の電気的相互接続部）及び６５０（第２の複数の電気的相互接続部）は、それぞれの電極に対して独立して、又は多重化構成で、電気的接続を形成する。相互接続部は、蛇行幾何学的形状などの、曲げ構成をとり得る。相互接続部は、第１及び第２の封緘層６６０、６７０内にそれぞれ埋め込むことができる。適宜、障壁層６８０が、相互接続部を互い及び／又は周囲環境からさらに電気的に絶縁するために使用される。障壁層及び封緘層の位置は、一部は所望の適用対象によって決定される。例えば、熱障壁である障壁層は、熱源／熱センサーと付属物／外部環境との間で、センサー及び源の位置に応じて位置決めされ得る。
【０２４６】
[0265]電子デバイス、例えば、熱センサー／源、又は電極６１０及び６２０は、互いに関して空間的に整列され、定められた厚さ６３０のエラストマー基材２０によって分離され、これによって、静電容量が厚さ６３０とともに変化するコンデンサを機能的に形成する。このようにして、厚さ６３０の変化に基づき圧力又は力を測定する圧力又は力センサーが実現される。この態様では、基材２０は、印加される接触力又は圧力に従って厚さを変化させる弾性材料から形成されることが重要である。材料は、応答特性が反転可能であり、静止厚さの変化を最小限度に抑えて、圧縮し、弛緩して未圧縮状態に戻るという点でエラストマーであることが好ましい。エラストマー材料は、力又は圧力のより正確で、強固な、信頼できる測定を行ううえで役立ち得る。力及び圧力は、一般的に、互換的に使用され、一方を他方から式Ｆ＝Ｐ／Ａに基づき計算することができ、Ｆは力（ニュートン）であり、Ｐは圧力（パスカル）であり、Ａは圧力が印加される面積（ｍ２）である。機能的には、熱ベースのシステムは、厚さが減少すると温度が上昇する点を除き、同様に配置構成される。同様に、光源及び検出器が使用されてもよく、光透過は、基材の厚さに依存する。このようにして、本明細書で提示されているシステムはどれも、印加された力の接触面領域上で空間的に変化し得る圧力を含む、外部表面に印加されるか、又は外部表面から印加される力などの、触覚情報を提供するために上で参照されている圧力センサーのどれかを備え得る。
【０２４７】
[0266]内側電子デバイス６１０と外側電子デバイス６２０との間の整列の程度に関して許容差があり、特にシステムは知られている力又は圧力を印加し、その結果生じる静電容量（例えば、図６（ｄ）を参照）、温度、又は光透過性の変化を観察することによって容易に較正される。一態様では、基材は、少なくとも部分的に半透明又は透明であり、外向きの電子デバイスを内向きの電子デバイスがある外面に印刷する際に整列がしやすい。
【０２４８】
[0267]整列された電極アレイ対の使用で、コンデンサのアレイが形成され、これによって、異なるコンデンサによって検出される基材の厚さ６３０の空間的に変わる変化を利用してシステムの表面の力又は圧力の分布を検出することができる。
【参照による組み込み及び変更形態に関する説明】
【０２４９】
[0268]本出願全体を通してのすべての参考文献、例えば、発行された若しくは付与された特許又は同等の文書を含む特許文書、特許出願公開、及び非特許文献又は他の資料は、それぞれの参照が本出願の開示と少なくとも部分的に矛盾していない範囲で、参照により個別に組み込まれているかのように、参照により本明細書に組み込まれる（例えば、部分的に矛盾している参照は、参照の部分的に矛盾する部分を除いて参照によって組み込まれる）。
【０２５０】
[0269]本明細書で使用されている用語及び表現は、制限ではなく説明の表現として使用されており、図示され、説明されている特徴又はその一部の等価物を除外するそのような用語及び表現の使用に意図があるわけではなく、さまざまな修正形態が請求されている発明の範囲内で可能であることは理解される。したがって、本発明は、好ましい実施形態、例示的な実施形態、及び任意選択の特徴によって特に開示されているけれども、当業者であれば最後の手段として本明細書で開示されている概念の修正及び変更に訴えることもでき、またそのような修正及び変更は、付属の請求項によって定められているように本発明の範囲内にあると考えられることは理解されるべきである。本明細書で提示されている特定の実施形態は、本発明の有用な実施形態の実施例であり、当業者には、本発明が本明細書で述べたデバイス、デバイス構成品、方法ステップの多数の変更形態を使用して実施され得ることは明白であろう。当業者には明らかなように、本発明の方法にとって有用な方法及びデバイスは、多数の任意選択の構成及び処理要素並びにステップを含み得る。
【０２５１】
[0270]代替物の群が本明細書に開示されている場合、その群及び部分群のすべての個別構成要素は別々に開示されることは理解される。マーカッシュ群又は他の分類が本明細書で使用されている場合、その群並びにその群の可能なすべての組み合わせ及び部分組み合わせの個別のすべての構成要素は、本開示に個別に含まれることが意図されている。化合物の特定の名前は、当業者であれば同じ化合物を別の名前で呼ぶ可能性があることは知られているので、例示的であることが意図されている。
【０２５２】
[0271]本明細書で説明されているか、又は例示されている構成品のすべての形成又は組み合わせは、断りのない限り本発明を実施するために使用され得る。
【０２５３】
[0272]本明細書において範囲、例えば、物理的特性範囲、サイズ範囲、温度範囲、時間範囲、又は組成若しくは濃度範囲が与えられる場合、すべての中間範囲及び部分範囲、さらには与えられた範囲に含まれるすべての個別の値は、本開示に含まれることが意図されている。本明細書の説明に含まれる部分範囲又は範囲若しくは部分範囲内の個別の値は、本発明の請求項から除外され得ることは理解されるであろう。
【０２５４】
[0273]本明細書において言及されているすべての特許及び刊行物は、本発明が関係する技術分野における当業者のレベルを示す。本明細書で引用されている参考文献は、その刊行日又は出願日現在における最新技術を示すために参照により本明細書に組み込まれており、この情報は、必要ならば、従来技術にある特定の実施形態を除外するために、本明細書で使用され得ることが意図されている。例えば、組成物が請求されている場合、実施可能な開示が本明細書で引用されている参考文献内に提示されている化合物を含む、出願人の発明以前に当技術分野で知られており、利用可能である化合物は、本明細書の組成物請求項に含まれることを意図されていないことは理解されるべきである。
【０２５５】
[0274]本明細書で使用されているような「含む、備える」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）という言い回しは、「含む、有する、備える」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）、「収納する、含む、含有する」（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）、又は「特徴付けられる」（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ  ｂｙ）の同義語であり、包括的又は非限定的であり、別の引用されていない要素又は方法ステップを排除するものではない。明細書で使用されているような「〜からなる」は、請求項の要素において指定されていない要素、ステップ、又は原料を除外する。本明細書で使用されているような「本質的に〜からなる」は、請求項の基本的な、新規性のある特徴に実質的に影響を及ぼさない材料又はステップを除外しない。本明細書のそれぞれの場合において、「含む、備える」、「本質的に〜からなる」、及び「〜からなる」は、他の２つの言い回しのいずれかで置き換えることができる。本明細書で適切に実例を用いて説明されている本発明は、本明細書で特に開示されていない、１つ又は複数の要素、１つ又は複数の制限が存在しない場合に実施され得る。
【０２５６】
[0275]当業者であれば、特に例示されているもの以外の出発材料、生物由来材料、試薬、合成法、精製法、分析手法、検定方法、及び生物学的方法は、過度の実験に頼らずとも本発明の実施において使用され得ることを理解するであろう。そのような材料及び方法の当技術分野で知られているすべての機能的等価物は、本発明に含まれることが意図されている。使用されている用語及び表現は、制限ではなく説明の表現として使用されており、図示され、説明されている特徴又はその一部の等価物を除外するそのような用語及び表現の使用に意図があるわけではなく、さまざまな修正形態が請求されている発明の範囲内で可能であることは理解される。したがって、本発明は、好ましい実施形態及び任意選択の特徴によって特に開示されているけれども、当業者であれば最後の手段として本明細書で開示されている概念の修正及び変更に訴えることもでき、またそのような修正及び変更は、付属の請求項によって定められているように本発明の範囲内にあると考えられることは理解されるべきである。
【０２５７】
[0276]以下の特許及び特許出願は、参照により本明細書に組み込まれている。米国特許第７，１９５，７３３号、米国特許第７，６２２，３６７号、米国特許第７，５５７，３６７号、米国特許第７，７９９，６９９号、米国特許第７，９４３，４９１号、米国特許第７，５２１，２９２号、米国特許第８，３６７，０３５号、米国特許第８，２１７，３８１号、米国特許第７，９３２，１２３号、米国特許第７，９７２，８７５号、米国特許第８，１９８，６２１号、米国特許第７，７０４，６８４号、米国特許第７，９８２，２９６号、米国特許第８，０３９，８４７号、米国特許第７，７０５，２８０号、米国特許出願公開第２０１０／０００２４０２号、米国特許出願公開第２０１０／００５２１１２号、米国特許出願公開第２０１０／０３１７１３２号、米国特許出願公開第２０１２／０１０５５２８号、米国特許出願公開第２０１２／０１５７８０４号、米国特許出願公開第２００８／００５５５８１号、米国特許出願公開第２０１１／０２３０７４７号、米国特許出願公開第２０１１／０１８７７９８号、米国特許出願公開第２０１３／００７２７７５号、１３／６２４，０９６（２０１２年９月２１日出願）。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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