(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化（ＬＳＩ）デバイスの第１のエラストマー層を形成することであって、前記第１のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、前記第１のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ことと、
前記第１のエラストマー層を硬化することと、
前記第１のエラストマー層の表面上に電子回路により電子回路層を形成することであって、前記電子回路層は、ＬＳＩデバイスの流体ベースの回路のうち１つ以上を作動させるように結合されており、前記電子回路層は、複数の電子回路形成仕様を忠実に守り、前記複数の電子回路形成仕様は、動作電圧の範囲を含むものである、ことと、
伸長に対して電気的に敏感なドープポリマーを形成することにより、前記電子回路層の上に感知層を形成することと、
前記指定の製造プロセスに従って前記第１のエラストマー層とともに前記ＬＳＩデバイスの１つまたは複数の追加のエラストマー層を形成することであって、前記１つまたは複数の追加のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、前記１つまたは複数の追加のエラストマー層は、前記複数の形成仕様を忠実に守る、こととを含む方法であって、
前記形成仕様は、最大端部間伝搬遅延を示し、前記端部間伝搬遅延は、前記ＬＳＩデバイスの片方の境界から前記ＬＳＩデバイスの反対側の境界までの信号の伝搬の最大時間を指定し、前記ＬＳＩデバイスの１つまたは複数の層は、信号伝搬遅延が、前記最大端部間伝搬遅延を下回るままであるような流体取得回路を含む、方法。
【請求項２】
前記形成仕様は、最大動作圧力および最小動作圧力を含み、前記複数の流体ベースの回路は、前記最大動作圧力の高圧レール、および前記最小動作圧力の低圧レールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最大動作圧力は、３バールであり、前記最小動作圧力は、真空である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＬＳＩデバイスの前記層は、動作電圧の前記範囲内の電圧で動作する電子回路を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記形成仕様は、最小層厚さを含み、前記ＬＳＩデバイスの前記層は、少なくとも前記最小層厚さを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記形成仕様は、最小硬度レベルおよび最大硬度レベルを含み、前記ＬＳＩデバイスの前記層は、前記最小硬度レベルおよび前記最大硬度レベル内の硬度レベルを有する材料を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記最小硬度レベルは、１０デュロメータであり、前記最大硬度レベルは、５０デュロメータである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記形成仕様は、最小伸長破断値を含み、前記ＬＳＩデバイスの前記層は、前記最小伸長破断値より下では破断しない材料を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記形成仕様は、最大硬化温度を含み、前記ＬＳＩデバイスの前記層は、前記最大硬化温度よりも下で硬化する材料を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記形成仕様は、設定周波数範囲および強度範囲の硬化用電磁（ＥＭ）放射への最小時間の露出後の最小百分率構造的完全性を示す、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記形成仕様は、単位皮膚接触面積当たりの最大熱流束を示し、前記単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、前記ＬＳＩデバイスを含むウェアラブルデバイスのユーザの皮膚に伝導される最大熱放射を示し、前記ＬＳＩデバイスは、前記ユーザの前記皮膚に隣接する前記ＬＳＩデバイスの表面上に前記単位皮膚接触面積当たりの最大熱流束を下回る熱を放射する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、表皮の単位平方センチメータ当たり４０ミリワットである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記指定の製造プロセスは、ロールツーロール加工を使用する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ポリマー基板である第１の層と、
前記ポリマー基板の表面上に配置される感知層であって、前記感知層は、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、感知層と、
前記感知層の表面上に配置される第１のビア層であって、前記第１のビア層は、前記感知層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第１のビア層と、
前記第１のビア層の表面上に配置されるゲート層であって、前記ゲート層は、前記第１のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ゲート層と、
前記ゲート層の表面上に配置される第２のビア層であって、前記第２のビア層は、前記ゲート層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第２のビア層と、
前記第２のビア層の表面上に配置されるソースおよびドレイン層であって、前記ソースおよびドレイン層は、前記第２のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ソースおよびドレイン層と、
前記ゲート層の表面上に配置される第３のビア層であって、前記第３のビア層は、前記ソースおよびドレイン層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第３のビア層と、
前記ゲート層の表面上に配置されるアクチュエータ層であって、前記アクチュエータ層は、前記第３のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、アクチュエータ層とを備えるデバイス。
【請求項１５】
前記感知層はさらに、前記流体ベースのルーティング回路との電気−流体接合を介して結合される、伸張に敏感なドープポリマーセンサを含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
基板である第１の層と、
ポリマー基板の上部表面の上に形成される１つまたは複数の追加の層であって、前記１つまたは複数の追加の層は、エラストマーであり、流体ベースのアクチュエータ、流体ベースのソース、ドレイン、およびゲート回路、ならびに流体ベースの感知回路の動作のためのチャンネルを有する、１つまたは複数の追加の層と、
エラストマー層の表面上に電子回路により形成された電子回路層であって、当該電子回路層は、ＬＳＩデバイスの流体ベースの回路のうち１つ以上を作動させるように結合されているとともに、複数の電子回路形成仕様を忠実に守るものであり、前記複数の電子回路形成仕様は、動作電圧の範囲を含む、電子回路層と、
伸長に対して電気的に敏感なドープポリマーによって形成された、前記電子回路層の上にある感知層とを備えるデバイスであって、
前記形成仕様は、最大端部間伝搬遅延を示し、前記端部間伝搬遅延は、前記ＬＳＩデバイスの片方の境界から前記ＬＳＩデバイスの反対側の境界までの信号の伝搬の最大時間を指定し、前記ＬＳＩデバイスの１つまたは複数の層は、信号伝搬遅延が、前記最大端部間伝搬遅延を下回るままであるような流体取得回路を含む、デバイス。
【請求項１７】
前記基板は、布、ドープポリマー、非ドープポリマー、長鎖分子、およびタンパク質の少なくとも１つである材料で構成される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記追加の層の前記１つまたは複数の少なくとも２つは、同じ物理層上に形成される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
ポリマー基板である第１の層と、
前記ポリマー基板の上部表面の上に形成される１つまたは複数の追加の層であって、前記１つまたは複数の追加の層は、エラストマーであり、流体ベースのアクチュエータ、流体ベースのソース、ドレイン、およびゲート回路、ならびに流体ベースの感知回路の動作のためのチャンネルを有し、前記１つまたは複数の追加の層の少なくとも２つは任意選択的に、同じ物理層上に形成される、１つまたは複数の追加の層と、
エラストマー層の表面上に電子回路により形成された電子回路層であって、当該電子回路層は、ＬＳＩデバイスの流体ベースの回路のうち１つ以上を作動させるように結合されているとともに、複数の電子回路形成仕様を忠実に守るものであり、前記複数の電子回路形成仕様は、動作電圧の範囲を含む、電子回路層と、
伸長に対して電気的に敏感なドープポリマーによって形成された、前記電子回路層の上にある感知層とを備えるデバイスであって、
前記形成仕様は、最大端部間伝搬遅延を示し、前記端部間伝搬遅延は、前記ＬＳＩデバイスの片方の境界から前記ＬＳＩデバイスの反対側の境界までの信号の伝搬の最大時間を指定し、前記ＬＳＩデバイスの１つまたは複数の層は、信号伝搬遅延が、前記最大端部間伝搬遅延を下回るままであるような流体取得回路を含む、デバイス。
【請求項２０】
前記ポリマー基板の表面上に配置される感知層であって、前記感知層は、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、感知層と、
前記感知層の表面上に配置される第１のビア層であって、前記第１のビア層は、前記感知層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第１のビア層と、
前記第１のビア層の表面上に配置されるゲート層であって、前記ゲート層は、前記第１のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ゲート層と、
前記ゲート層の表面上に配置される第２のビア層であって、前記第２のビア層は、前記ゲート層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第２のビア層と、
前記第２のビア層の表面上に配置されるソースおよびドレイン層であって、前記ソースおよびドレイン層は、前記第２のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ソースおよびドレイン層と、
前記ゲート層の表面上に配置される第３のビア層であって、前記第３のビア層は、前記ソースおよびドレイン層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第３のビア層と、
前記ゲート層の表面上に配置されるアクチュエータ層であって、前記アクチュエータ層は、前記第３のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、アクチュエータ層とを備える、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記感知層はさらに、前記流体ベースのルーティング回路との電気−流体接合を介して結合される、伸張に敏感なドープポリマーセンサを含む、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記基板は、布、ドープポリマー、非ドープポリマー、長鎖分子、およびタンパク質の少なくとも１つである材料で構成される、請求項１９から２１のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、仮想現実（ＶＲ）システムのための流体制御触覚デバイスに関し、より詳細には、複数の流体触覚デバイスを電気デバイスおよび電子デバイスと一緒にＶＲシステムに大規模集積化を使用して統合することに関する。
【背景技術】
【０００２】
仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）は、ＶＲシステムを通じてなど、コンピュータ技術によって創出され、ユーザに提示される模擬環境を提供する。いくつかのＶＲシステムでは、ウェアラブルデバイス（例えば、グローブ）は、ユーザが仮想物体と相互作用することを可能にする。そのようなウェアラブルデバイス上の回路構成は、そのような回路構成が、ＶＲ設定においてウェアラブルデバイスのユーザのために触覚、運動感覚、および他の経験を高めるためのセンサおよびアクチュエータならびに他のデバイスを含むこともあるので、複雑で、かさばり、かつ／または重い可能性がある。ウェアラブルデバイスにおける複雑なアセンブリの実施はまた、熱散逸限界、電力分配、および／またはエネルギー貯蔵制約によって、ＶＲにおいて使用されるグローブの物理的寸法などの、物理的制約によって制限されることもある。結果として、従来のウェアラブルデバイスは、ＶＲシステムについてのユーザの経験を損なう可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
本発明による実施形態は特に、方法、記憶媒体、システムおよびコンピュータプログラム製品に向けられる添付の請求項において開示され、１つの請求項カテゴリ、例えば方法において述べられる任意の特徴は、別の請求項カテゴリ、例えばシステムにおいて同様に主張されてもよい。添付の請求項における従属項または後方参照は、形式的理由だけのために選ばれる。しかしながら、任意の前の請求項（特に多数従属項）への慎重な後方参照から生じるどんな主題も、同様に主張されてもよく、その結果請求項の任意の組み合わせおよびそれらの特徴が、開示され、添付の請求項において選ばれる従属項にかかわらず、主張されてもよい。主張されてもよい主題は、添付の請求項において提示されるような特徴の組み合わせだけでなく、請求項における特徴の任意の他の組み合わせもまた含み、請求項において述べられる各特徴は、請求項における任意の他の特徴または他の特徴の組み合わせと組み合わされてもよい。さらに、本明細書で述べられるまたは描写される実施形態および特徴のいずれかは、別個の請求項および／または本明細書で述べられるもしくは描写される任意の実施形態もしくは特徴とまたは添付の請求項の特徴のいずれかとの任意の組み合わせにおいて主張されてもよい。
【０００４】
本明細書での実施形態は、様々な形成仕様に従ってかつ指定の製造プロセスを使用して形成される大規模集積化（ＬＳＩ）デバイスを述べる。ＬＳＩデバイスは、流体および非流体回路を含んでもよく、ＶＲ／ＡＲ／ＭＲデバイスにおけるコンポーネントとして使用されてもよい。例えば、ＬＳＩデバイスは、触覚グローブの制御、感知、および作動コンポーネントの一部であってもよく、流体および非流体回路の層を備えてもよい。これらの層は、様々なポリマーおよびファブリック材料で構成されてもよく、流体の流れのためのチャンネルならびに他の流体および非流体コンポーネントを含む。
【０００５】
設計ルールを使用すると、ＬＳＩデバイスは、高効率およびコンパクト性を達成することができる。特に、これらの様々な設計目標を忠実に守ることによって、多数の利点が、実現されてもよい。第１に、流体作動システムを使用することは、他のシステムと比較して低い熱散逸とともに十分に高い力密度を可能にする。加えて、大規模集積化トポロジおよび設計ルールは、多数のデバイス（例えば、流体、電子、および他のデバイス）の制御に取り組み、制御を可能にする。さらに、システムのソフトポリマー実施は、大量生産を可能にする。
【０００６】
これらの設計ルールの例は、最小および最大の動作圧力および電圧、ＬＳＩデバイスの最小層厚さ、最小硬度レベル、信号の最大伝搬遅延、熱設計要件、その他を含んでもよい。ＬＳＩデバイスは、ロストワックス鋳造、ロールツーロール製造、高速ステンシルおよびスクリーン印刷技法、硬化剤の使用、その他などの、様々な高度にスケーラブルな技法を使用して製造されてもよい。
【０００７】
一実施形態では、ＬＳＩデバイスは、指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化（ＬＳＩ）デバイスの第１のエラストマー層を形成することによって形成され、第１のエラストマー層は、複数の流体ベースの回路を有し、第１のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る。この第１の層は、硬化され、ＬＳＩデバイスの１つまたは複数の追加のエラストマー層が、指定の製造プロセスに従って第１のエラストマー層とともに形成され、１つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の流体ベースの回路（および電子回路）を有し、１つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る。
【０００８】
一実施形態では、ＬＳＩデバイスは、ポリマー基板の第１の層を含む。ＬＳＩデバイスはさらに、ポリマー基板の表面上に配置される感知層を含み、感知層は、エラストマーの電気的に抵抗性かつ／または容量性の感知回路に加えて、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。第１のビア層は、感知層の表面上に配置され、第１のビア層は、感知層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。この層はまた、導電性ビアを含有してもよい。加えて、ゲート層が、第１のビア層の表面上に配置され、ゲート層は、第１のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。また、第２のビア層も、ゲート層の表面上に配置され、第２のビア層は、ゲート層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。第２のビア層上には、ソースおよびドレイン層が、配置され、ソースおよびドレイン層は、第２のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。
【０００９】
さらに、第３のビア層が、ゲート層の表面上に配置され、第３のビア層は、ソースおよびドレイン層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。最後に、アクチュエータ層が、ゲート層の表面上に配置され、アクチュエータ層は、第３のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。
【００１０】
それ故に、本開示の実施形態は、仮想現実、拡張現実、および複合現実（ＶＲ、ＡＲ、およびＭＲ）のための応用において、ＬＳＩ設計ルール、ならびに制御、感知、および作動のための流体回路スタックなどの、デバイスを創出するための製造プロセスを含む。
【００１１】
本発明の実施形態では、方法が、提供されてもよく、本方法は、
指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化（ＬＳＩ）デバイスの第１のエラストマー層を形成するステップであって、第１のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、第１のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ステップと、
第１のエラストマー層を硬化するステップと、
指定の製造プロセスに従って第１のエラストマー層とともにＬＳＩデバイスの１つまたは複数の追加のエラストマー層を形成するステップであって、１つまたは複数の追加のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、１つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ステップとを含む。
【００１２】
実施形態では、形成仕様は、最大動作圧力および最小動作圧力を含んでもよい。複数の流体ベースの回路は、最大動作圧力の高圧レール、および最小動作圧力の低圧レールを含んでもよい。最大動作圧力は、実施形態では、３バールであってもよく、最小動作圧力は、実施形態では、真空であってもよい。
【００１３】
実施形態では、形成仕様は、動作電圧の範囲を含んでもよい。大規模集積化デバイスの層は、動作電圧の範囲内の電圧で動作してもよい電子回路を含む。
【００１４】
実施形態では、形成仕様は、最小層厚さを含んでもよい。ＬＳＩデバイスの層は、少なくとも最小層厚さを有してもよい。
【００１５】
実施形態では、形成仕様は、最小硬度レベルおよび最大硬度レベルを含んでもよい。ＬＳＩデバイスの層は、最小硬度レベルおよび最大硬度レベル内の硬度レベルを有する材料を含んでもよい。最小硬度レベルは、実施形態では、１０デュロメータであってもよい。最大硬度レベルは、実施形態では、５０デュロメータであってもよい。
【００１６】
実施形態では、形成仕様は、最小伸長破断値を含んでもよい。ＬＳＩデバイスの層は、最小伸長破断値より下で破断しない材料を含んでもよい。
【００１７】
実施形態では、形成仕様は、最大硬化温度を含んでもよい。ＬＳＩデバイスの層は、最大硬化温度より下で硬化する材料を含んでもよい。
【００１８】
実施形態では、形成仕様は、設定周波数範囲および強度範囲の硬化用電磁（ＥＭ）放射への最小時間の露出後の最小百分率構造的完全性を示してもよい。
【００１９】
実施形態では、形成仕様は、最大端部間伝搬遅延を示してもよい。端部間伝搬遅延は、ＬＳＩデバイスの片方の境界からＬＳＩデバイスの反対側の境界までの信号の伝搬の最大時間を指定してもよい。ＬＳＩデバイスの１つまたは複数の層は、実施形態では、信号伝搬遅延が、最大端部間伝搬遅延を下回るままであるような流体取得回路を含んでもよい。
【００２０】
実施形態では、形成仕様は、単位皮膚接触面積当たりの最大の熱流束を示してもよい。単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、ＬＳＩデバイスを含むウェアラブルデバイスのユーザの皮膚に伝導される最大熱放射を示してもよい。ＬＳＩデバイスは、ユーザの皮膚に隣接するＬＳＩデバイスの表面上への単位皮膚接触面積当たりの最大熱流束を下回る熱を放射するように構成される。単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、実施形態では、表皮の単位平方センチメータ当たり４０ミリワットであってもよい。
【００２１】
実施形態では、指定の製造プロセスは、ロールツーロール加工を使用してもよい。
【００２２】
本発明の実施形態では、デバイスが、提供されてもよく、本デバイスは、ポリマー基板である第１の層と、ポリマー基板の上部表面の上に形成される１つまたは複数の追加の層であって、１つまたは複数の追加の層は、エラストマーであり、流体ベースのアクチュエータ、流体ベースのソース、ドレイン、およびゲート回路、ならびに流体ベースの感知回路の動作のためのチャンネルを有する、１つまたは複数の追加の層とを備え、追加の層の１つまたは複数の少なくとも２つは任意選択的に、同じ物理層上に形成される。
【００２３】
本発明の実施形態では、あるまたはそのデバイスが、提供されてもよく、本デバイスは、
ポリマー基板である第１の層と、
ポリマー基板の表面上に配置される感知層であって、感知層は、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、感知層と、
感知層の表面上に配置される第１のビア層であって、第１のビア層は、感知層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第１のビア層と、
第１のビア層の表面上に配置されるゲート層であって、ゲート層は、第１のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ゲート層と、
ゲート層の表面上に配置される第２のビア層であって、第２のビア層は、ゲート層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第２のビア層と、
第２のビア層の表面上に配置されるソースおよびドレイン層であって、ソースおよびドレイン層は、第２のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ソースおよびドレイン層と、
ゲート層の表面上に配置される第３のビア層であって、第３のビア層は、ソースおよびドレイン層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第３のビア層と、
ゲート層の表面上に配置されるアクチュエータ層であって、アクチュエータ層は、第３のビア層の１つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、アクチュエータ層とを備える。
【００２４】
実施形態では、感知層はさらに、流体ベースのルーティング回路との電気−流体接合を介して結合される、伸張に敏感なドープポリマーセンサを含んでもよい。
【００２５】
実施形態では、基板は、布、ドープポリマー、非ドープポリマー、長鎖分子、およびタンパク質の少なくとも１つである材料で構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施形態による、流体回路スタックの横断面の例図である。
【図２】一実施形態による、流体回路スタックがその上に形成されまたは置かれてもよい、例となる触覚デバイス、すなわち触覚グローブの一部分を例示する図である。
【図３】一実施形態による、感知層および相互接続層がその上に形成されている、例となる触覚グローブの一部分を例示する図である。
【図４】一実施形態による、制御および計算層ならびにアクチュエータ層がその上に形成されている、例となる触覚グローブの一部分を例示する図である。
【図５Ａ】一実施形態による、流体回路スタックにおいて使用される流体アクチュエータの例となる一組および流体インバータを例示する図である。
【図５Ｂ】一実施形態による、流体および非流体コンポーネントを含む例となる集積回路を例示する図である。
【図５Ｃ】一実施形態による、センサについての歪みプロットと一緒に集積回路において使用されてもよい例となるセンサを例示する図である。
【図５Ｄ】一実施形態による、触覚デバイスにおいて使用されてもよいシートジャミングアクチュエータを例示する図である。
【図６】一実施形態による、流体回路スタックにおいて使用されてもよい流体トランジスタを含む、例となる流体デバイスを例示する図である。
【図７】一実施形態による、流体回路スタックを形成するための例となるプロセスを例示する図である。
【図８】一実施形態による、流体回路スタックを形成するための例となる流れ図を例示する図である。
【図９】一実施形態による、仮想現実（ＶＲ）システムを含むシステム環境のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図は、単に例示を目的として本開示の実施形態を描写する。当業者は、本明細書で例示される構造および方法の代替実施形態が、本明細書で述べられる開示の原理、または勧められる便益から逸脱することなく用いられてもよいことを次の記述から容易に認識することになる。
【００２８】
概説
実施形態は、純粋な仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、またはそれらのある組み合わせなどの、ＶＲシステムにおいて使用されてもよい触覚デバイスの大規模集積化を含む。これらの触覚デバイスは、流体的であってもよく、またはそれらは、電気的、磁気的、その他であってもよい。流体デバイスは、電子デバイス（例えば、電気トランジスタ、電気ダイオード、その他）と同様に機能する流体ハンドリングデバイスである。例えば、流体デバイスは、流体トランジスタとして、すなわち電気インパルスの代わりに流体を取り扱うトランジスタとして動作するように設計されてもよい。流体回路を形成する、様々な結合流体デバイスの組み合わせは、ＶＲシステムにおける、触覚グローブなどの、触覚デバイス内のコントローラ、センサ、およびアクチュエータとしての役割を果たしてもよい。例えば、流体デバイスの組み合わせは、ＶＲシステムにおける仮想入力に応答してユーザの動きを限定しまたは拡張してもよい。これは、例えば、ユーザが、ユーザの手などの、ユーザの身体の動きを現実には制限するということになるＶＲ環境における固体の仮想物体と相互作用するとき、起こることもある。ＶＲシステムに結合された触覚デバイスは、動きのこの制限をシミュレーションするために、ユーザの身体の動きを制限するために流体デバイスの組み合わせを使用してもよい。これらの流体デバイスはまた、ＶＲシステムにおいて、触覚グローブなどの、組み合わせた流体および非流体触覚デバイスを形成するために、センサ、コントローラおよびアクチュエータなどの、非流体デバイス（例えば、電気および電子デバイス）に結合されてもよい。
【００２９】
各アクチュエータまたはセンサ要素を独立して組み立て、駆動することは、しかしながら、完全な触覚システムに組み立てるには大きすぎるまたは煩雑すぎることもある。これは、触覚デバイス要素、例えば、センサ、アクチュエータ、制御部、および電力分配デバイスの組み合わせが、触覚システム上に位置するのに十分に物理的にコンパクトでないこともあるというところで問題を引き起こすこともある。別法として、または別の問題として、触覚システム要素の組み合わせは、大きい重量を有することもあり、または小さいエリアにおいて実施するには複雑なこともある。加えて、個々の触覚デバイス要素を組み合わせることによる触覚システムの実施は、容易にスケーラブルではないこともある。個々の流体デバイスの組み合わせおよび統合はまた、統合の系統的手段によるよりも信頼できないまたは信頼性が少ないこともある。この問題を解決するために、流体回路が代わりに、大規模集積化（ＬＳＩ）の形で層ごとにスタックされてもよい。
【００３０】
ＬＳＩを利用することにより、流体および非流体回路は、様々な方法を使用して層状にされてもよく、結果として生じる回路は、サイズがよりコンパクトであり、触覚デバイスの寸法、重量、または他の要件をより良く満たす。コンポーネントのスタッキングはまた、流体および非流体回路をより小さいエリアにぎっしり詰めることによって製造コストを低減することもできる。ＬＳＩを介しての流体回路の小型化はまた、流体ポンピング要件を低減することもあり、どんな流体ポンプ、チャンネル、その他のサイズも低減する。それはまた、流体チャンネルの圧力が、低減されることもあるので、回路内の流体漏れの可能性を低減することもできる。それはまた、より小さいチャンネルが、もしあれば、より小さい乱流を作り出すこともあり、より静かな動作をもたらすので、流体回路のノイズの影響を低減することもできる。これらの流体回路のＬＳＩは、より複雑な流体回路が、様々な所望の動作を行うために触覚または他のＶＲデバイスに取り付けられることを可能にする。
【００３１】
流体回路および他の回路（例えば、電子、電気機械、その他）の大規模集積化は、伝統的設計を超える多数の利点を可能にする。ＬＳＩは、例えば触覚グローブ応用において、ＶＲ／ＡＲ／ＭＲ環境のために物理的力を提供するためのコンパクト空間におけるコンポーネントの最適化などの、特定の目標を達成するために機能するシステムにおいて様々なコンポーネントの統合を一緒に可能にする、様々な設計ルール、製造プロセス制約、および他の条件を含む。流体回路スタックの特定の実施に関する記述が、以下でなされるが、本発明は、そのようなスタックに限定されず、代わりにまた本明細書で述べられる流体回路スタックのような製品が創出されてもよいエコシステムを創出するために、これらの設計ルール、製造制約、および他の条件も含む。流体回路のＬＳＩに関する追加の詳細は、以下で述べられる。
【００３２】
大規模集積化のための例となる設計ルール
上述のように、流体および非流体回路の大規模集積化（ＬＳＩ）は、上で述べられるように、ＬＳＩの目標を満たす様々な回路およびコンポーネントを生み出すために、様々な設計ルールを順守してもよい。設計ルールの例となる一組は、ここで提示される。しかしながら、これらの設計目標は、限定として解釈すべきでなく、他の実施形態では、ＬＳＩは、より多い、より少ない、かつ／または異なる設計ルールを含んでもよい。
【００３３】
例となる設計ルールは、１）特徴サイズ、２）動作圧力／電圧、３）層寸法、４）伝搬遅延要件、５）熱設計要件、および６）追加の全体的制約に関連してもよい。いくつかの実施形態では、代替および／または追加の設計ルールは、ＬＳＩプロセスの一部であってもよい。
【００３４】
コンポーネントの特徴サイズは、あるレベルのコンパクト性を達成し、動作圧力、熱設計要件、その他などの、システムにおける他の要件の順守を容易にするために制約されてもよい。例えば、流体チャンネル（または他の接続）の最大ピッチ要件は、コンポーネントサイズを最小化し、動作圧力要件が例えば大きいポンプなしに達せられることを可能にするためにＬＳＩ設計において実施されてもよい。一実施形態では、設計ルールは、最小ピッチおよび最大ピッチの両方を指定する（例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ）。最大コンポーネントサイズ（例えば、１ｃｍ）、コンポーネントの最大内部流体容積（例えば、１ｍｌ）、その他などの、特徴サイズ要件はまた、他のコンポーネントに適用してもよい。
【００３５】
ＬＳＩ設計のコンポーネントまたはシステムの動作圧力および電圧は、設計ルールによって制約されてもよい。これは、上で述べられたようなＬＳＩの目標を達成するために他の設計ルールと連携してシステムの異なるコンポーネントへの電力の効率的な配送を容易にすることができる。一実施形態では、設計ルールは、最小および最大流体圧力値を指定してもよい。最小圧力は、−１バール（例えば、ゼロ絶対圧力における真空）であってもよい。最大圧力は、３バールであってもよい。例えば、ＬＳＩ設計における高圧ラインは、１バール（大気圧）のこともあり得、一方低圧ラインは、−１バール（真空）のこともある。一実施形態では、設計ルールは、最小および最大電圧または多数の動作電圧を指定してもよい。例えば、あるコンポーネントの電圧は、３．３ボルトなどの、より低い電圧に設定されることもあり得る。他のコンポーネントの電圧は、３１２ボルトなどの、高電圧に設定されることもある。設計ルールは、流体内への電流の漏れが起こらないように、電圧運搬コンポーネントが流体運搬コンポーネントと相互作用する仕方を指定してもよい。
【００３６】
ある層の寸法および特性は、ＬＳＩの目標を達成するために設計ルールによって指定されてもよい。異なるコンポーネントを含む異なる層は、層内のコンポーネントの寸法ならびにシステム（例えば、回路スタック）の全体寸法、構造的完全性、製造要件、その他を説明するために異なる最大および／または最小厚さを有してもよい。例えば、流体ビア層は、層内の流体ビアの直径を考慮して、特定の厚さ（例えば、５ｍｍ）であってもよい。ビア自体は、必要とされる厚さ（例えば、１ｍｍ）、および例えば２ｍｍの最小周囲間隔を有するなどの、特定の寸法要件を有してもよい。層自体もまた、特定のデュロメータ（例えば、１０〜５０ショアデュロメータ硬度）などの、硬度要件によって制約されてもよい。層はまた、２００％よりも大きい伸長破断などの、伸長破断抵抗要件を有してもよい。層は、ある温度（例えば、セ氏１４０）より下で硬化することができるように選択されてもよく、その結果システム内の他のコンポーネントは、高い温度によって影響を受けることがない。設計ルールはまた、層が、硬化のために使用されるある波長のＥＭ放射（例えば、ＵＶ放射）に耐性があることを指定してもよい。それ故に、設計ルールは、設定周波数範囲および強度範囲の硬化用電磁（ＥＭ）放射への最小時間の露出後の最小百分率構造的完全性を指定してもよい。
【００３７】
システムの伝搬遅延は、設計ルールによって指定されてもよい。伝搬遅延は、信号がシステム内である距離を進むことについて測定される時間である。特に、ここでの伝搬遅延は、触覚グローブなどの、ＶＲ／ＡＲ／ＭＲコンポーネントについての端部間遅延として定義される。コンポーネントの片方の端部または境界（例えば、グローブ基部）から発する流体または他の信号は、３０ｍｓなどの、最大伝搬遅延値内にもう一方の／反対側の端部または境界（例えば、指）に達するはずである。伝搬遅延設計ルールは、伝搬遅延が維持されるために、選択されるコンポーネント、選択される材料、その他に関する多数の二次的ルールおよび特性に影響を及ぼす。例えば、設計ルールは、伝搬遅延を低減するために回路内の流体の流れを加速するために回路に沿ってある間隔で取得コンポーネントを使用することを指定してもよい。アクチュエータおよび他のコンポーネントは、それらの応答時間を減少させるために、最大キャパシタンス（流体容積容量）を有するように指定されてもよい。これは、アクチュエータが伝統的な場合よりも低い流体容量で作動するように設計されることを必要とすることもある。
【００３８】
熱的制約は、設計ルールによって指定されてもよい。熱的制約は、システムが、システム上のコンポーネントに、より意義あるものとして、ユーザに影響を及ぼすこともあり得る過度の温度を生成しないように設計される。例えば、システムが、触覚グローブである場合、触覚グローブからの過剰な熱放射は、ユーザの手に伝導されるということになり、不愉快でかつ潜在的に危険な状況を引き起こす。それ故に、単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、限定されてもよい（例えば、４０ｍｗ／ｃｍ２表皮接触面積に）。これらの設計ルールを達成するために、コンポーネントは、熱放射が、例えばラジエータの使用を介して、ユーザの皮膚に接触しないシステムの部分に向かって向け直されてもよいように設計されてもよい。熱は、機械的ポンプおよびアクチュエータ内でのならびに電気的コンポーネントとの機械的摩擦に起因して発生することもあるということに留意されたい。ＬＳＩのためのこれらの設計ルールを忠実に守る流体回路スタックおよび他のコンポーネントの例は、図１〜図６を参照して以下で述べられる。
【００３９】
大規模集積化のための例となる製造プロセス
上で述べられた設計ルールによると、ＬＳＩシステムまたはコンポーネントは、あるプロセスに従って製造されてもよい。これらは、様々な印刷プロセス、鋳造プロセス、接着プロセス、使用される様々な化学物質、および／または様々な試験手順、ならびにロールツーロール加工の使用などの、全体的製造プロセスを含んでもよい。これらの製造プロセス制約は、限定すると解釈すべきでなく、他の実施形態では、ＬＳＩは、異なる製造プロセスを使用してもよい。
【００４０】
様々なプロセスが、ＬＳＩシステムの製造中に使用されてもよい。ステンシル印刷、およびスクリーン印刷などの、様々な印刷技法が、コンポーネントおよび他の要素をＬＳＩシステム（例えば、流体回路スタック）内に置くために使用されてもよい。ロストワックス鋳造などの、様々な鋳造プロセスが、使用されてもよく、それによってシリコンなどのポリマー材料が、ワックスモールドの周りに鋳造され、ワックスモールドが、後で除去される。
【００４１】
接着およびカレンダー仕上げ（カレンダー機械を使用する）などの、異なる層接合技法が、ＬＳＩシステムの層およびコンポーネントを形成するために、ピンベースの位置合わせ、プラズマ処理、シリコン接着剤、接着剤マスキング、接着剤の除去（例えば、スキージー技法を使用する）、硬化抑制剤（例えば、流体チャンネルの目詰まりを防止するため）、硬化促進剤、その他などの技法と連携して使用されてもよい。これは、ＬＳＩシステムのための効率的な大量生産プロセスを創出するためにロールツーロール製造と組み合わされてもよい。
【００４２】
製造プロセスはまた、コンダクタンステストなどの、様々な検証および試験ステップを指定してもよく、それによって生の電気的接続が、流体チャンネルと電気チャンネルとの間で試験される。そのような生の接続は、望ましくないこともあり、肯定的な結果は、コンポーネントの放棄を必要とすることもある。
【００４３】
製造設備それ自体は、湿度、温度制御、および空気品質などの、環境要因について制御されてもよい。環境要因は、製造されるＬＳＩシステムの故障率が低減されるように設定されてもよい。生産速度は、コンポーネントの硬化速度によって限定されることもあり、モールドの選択がまた、制約されることもある（例えば、モールドの材料は、コンポーネントに適合するように選択されてもよい）。製造プロセスの例は、図７〜図８に関して以下で述べられる。
【００４４】
例となる層状流体回路
図１は、一実施形態による、流体回路スタック１１０の横断面の例図である。流体回路スタックは、上で述べられた設計ルールに従って設計されてもよい。図１での流体回路スタック１１０は、層およびコンポーネントの組織化の特定の順序を例示するが、他の実施形態では、コンポーネントは、異なる仕方で層状にされてもよく、または各層内で異なって組織化されてもよい。例えば、センサ層は、アクチュエータ層の上に置かれてもよい。別の例として、以下で述べられる異なる層は、同じ物理層上に存在してもよい（例えば、単一高度にあってもよい）。上述のように、流体回路スタック１１０は、ＬＳＩのための様々な設計ルールおよび製造プロセスを使用して達成されてもよいコンポーネントのシステムの一例である。これらの設計ルールおよびプロセスは、以下でさらに詳細に述べられることになる。
【００４５】
流体回路スタック１１０の層は、複数の流体回路および電子回路を含む。流体回路は、電気回路に類似しているが、しかし代わりに電流を流体の流れで、電位を流体圧力で、電気導体を流体担持チャンネル（例えば、チューブ）で置き換える。流体は、非圧縮性液体であってもよく、もしくは気体であってもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。流体回路は、触覚デバイスにおける使用について様々な利点を提示することができる。例えば、機械的アクチュエータを動作させるために別個のより高い電流源および電気モータを必要とすることの代わりに、流体回路は、流体回路内の制御または他の感知機構の同じ流体回路を使用して流体アクチュエータを動作させることができることもある。しかしながら、対応する電子回路と比較される流体回路の物理的サイズは、ある触覚デバイスのサイズが、これらの流体回路のサイズを容易に受け入れないこともあるので、問題をもたらすこともある。この問題を解決するために、流体回路は、大規模集積化（ＬＳＩ）を使用して一緒にスタックされてもよい。
【００４６】
多数層を有するそのようなスタックされた流体回路１１０の例となる説明図は、図１に例示され、流体回路スタック１１０および個々の回路に関する追加の詳細は、図１〜図７を参照して以下で述べられ、同様に流体回路スタックを層状にする例となる方法は、図８〜図９を参照して述べられる。
【００４７】
流体回路スタック１１０の底部から上部まで続く、第１の層は、ポリマーで構成されてもよい基板１２０である。このポリマーは、疎水性である、構造的破損なしに少なくともしきい曲げ値に至るまで柔軟である、指定の寿命に至るまで耐久性がある、不燃性である、その他などの、ある望ましい特性を有してもよい。一実施形態では、基板１２０のポリマーは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。ＰＤＭＳの１つの便益は、それが、液体を吸収しないということであり、表面処理に依存するが、それは、流体回路のための応用に応じて濡れ性であるまたは疎水性であるように設計されてもよい。加えて、ＰＤＭＳは、非毒性であり、生体適合性があり、柔軟であり、低コストであり、広範囲の温度にわたって安定であり、非導電性であり、透明であり、その他である。これは、ＰＤＭＳを人体上または近くで使用されてもよいＶＲデバイスのための基板１２０の材料の適切な候補にする。
【００４８】
他の実施形態では、基板は、織布（例えば、合成および／または天然繊維を用いた）、非ドープポリマー、および他の巨大分子（例えば、タンパク質などの、長鎖を有するそれら）などの、他の材料で作られてもよい。
【００４９】
導電性ポリマー層１２５は、基板１２０の上に形成されてもよく、流体回路スタック１１０内での導電性回路の形成を可能にしてもよい。電気回路構成（より暗い領域によって表される）は、流体回路スタック１１０の他の層内の流体回路と相互作用してもよい。導電性ポリマー層１２５に埋め込まれてもよい電気回路の例は、トランジスタ、スイッチ、リレー、集積回路、その他を含む。これらの電気回路は、電気回路が流体回路における動作を変えることを可能にする流体−電気界面を動作させてもよい。例えば、１つの流体−電気界面は、界面にわたる電位の印加に基づいて流体チャンネルの流れを変えてもよく、または界面に印加される電位に応答して表面と接触する表面の濡れ性を変えてもよい。
【００５０】
特定の応用の別の例として、触覚デバイスなどの、ＶＲデバイスは、入力を電気信号の形で受け取ってもよい。この信号は、流体回路スタック１１０の流体回路を駆動するために、導電性ポリマー層１２５における流体−電気界面において変換されてもよい。その結果は、ＶＲデバイスにおける流体アクチュエータの位置の変化であってもよい。
【００５１】
一実施形態では、導電性ポリマー層は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ドープＰＤＭＳで構成される。これは、ＣＮＴナノ粒子をドープされるＰＤＭＳ材料であり、それは、ＰＤＭＳ材料のＣＮＴドープ部分を導電性になるようにする。金属コンポーネントの代わりにＣＮＴナノ粒子をＰＤＭＳにドープすることの便益は、ＰＤＭＳ材料において金属を使用することが、亀裂などの耐久性問題が起こることもあるバラバラのエリアを作り出すということである。これは、ＰＤＭＳ材料のＣＮＴドーピングを使用するときには発生しない。
【００５２】
感知層１３０は、導電性ポリマー層１２５の上部に形成され、感知およびルーティングに関与する様々な流体回路および非流体回路を含んでもよい。例えば、これらの回路は、感知層１３０内にあってもよく、下にある触覚デバイスにおける動きを感知してもよい。動きは、感知層１３０内の流体の特性を変えてもよい（例えば、流体圧力の変化）。これは、感知層１３０内の流体回路に流体回路スタック１１０の他の層に送られてもよい応答を発生させる可能性がある。感知層１３０はまた、感知層１３０内のロジックに応じて導電性ポリマー層１２５からの入力を流体回路スタック１１０の他の部分における正しい流体回路にルーティングするなどの、様々なルーティング特徴を行う流体回路を含んでもよい。感知層はまた、伸長に敏感であり、引き延ばされることに応答して電位の変化を発生させるドープポリマーなどの、非流体回路を含んでもよい。
【００５３】
一実施形態では、感知層１３０は、液体に対して不浸透性であり、流体回路をその上に創出するために流体担持チャンネルとともに成形され、形成されてもよい材料などの、基板１２０に似た材料で作られる。
【００５４】
第１のビア層１３５は、感知層１３０の上部に形成され、隣接層の回路間に相互接続を提供する。第１のビア層１３５などの、ビア層それ自体は、「絶縁」層であってもよく、または流体回路の場合は、隣接層間での流体の動きにバリアを提供してもよく、隣接層内の流体回路が、異なる層内の回路間に流体漏れを有することなく機能することを可能にする。ビア層は、隣接流体回路層の要件に応じて異なる厚さを有してもよい。ビア層は、厚さを限定する流体圧力要件に起因して標準的厚さより薄くてもよい。ビア層は、例えばアクチュエータを駆動するとき、より高い圧力の流体の流れの増強を受け入れるために、標準的厚さより厚くてもよい。
【００５５】
例示されるように、第１のビア層１３５は、感知層１３０およびゲート層１４０を相互接続する。一実施形態では、第１のビア層１３５、および流体回路スタック１１０内のその他のビア層は、基板１２０および感知層１３０に似たポリマー材料で構成される。しかしながら、ビア層はまた、ファブリック材料を含んでもよい。これらのファブリック材料は、ポリマー材料と対照的に、材料の繊維状ストランドを一緒に織るまたは構成することによって創出され、それ故にポリマー材料と比較して、張力などの、ある機械的応力に耐え、それ故に重要な構造的支持および補強を流体回路スタック１１０に提供することができる。層は、ここではビアについて示されるが、一実施形態では、流体回路スタック１１０は、ビア層を含まないことに留意されたい。代わりに、層は、互いに直接接続され、流体は、１つの層から別の層にビア層を使用することなく直接進む。例えば、１つの層は、隣接層の空洞と整列する空洞をそれの中に有してもよい。いったん組み立てられると、片方の層の空洞内の流体は、もう一方の層の空洞に自由に進むことができ、それ故に直接のビアを形成する。
【００５６】
ゲート層１４０は、第１のビア層１３５の上部に形成されてもよく、１つまたは複数のフルーイディスタ（すなわち、流体ベースのトランジスタ）のための１つまたは複数のゲートを含んでもよい。これらのフルーイディスタは、電気トランジスタと同様に機能し、ソース、ドレイン、およびゲートを有してもよいが、しかし電子の代わりに流体を使用する。フルーイディスタは、流体回路スタックのロジックを実施してもよく、流体回路スタック１１０内の感知層１３０または他の層からの出力に反応してもよく、流体回路スタックのその他の層、例えばアクチュエータ層１６０に送られる出力を発生する。フルーイディスタの例は、図６を参照して以下で述べられる。
【００５７】
一実施形態では、ゲート層１４０は、感知層１３０と同じまたは似た材料、例えば流体に対して不浸透性であるポリマーで構成され、１つまたは複数の流体担持チャンネルは、回路を形成する。
【００５８】
第２のビア層１４５は、隣接層間の相互接続を提供するためにゲート層１４０の上部に形成される。第２のビア層１４５は、第１のビア層１３５に似た機能を行うが、しかしそれは、フルーイディスタゲートをソースおよびドレイン分離に対して制御するので、第１のビア層１３５と比較してより薄い相対厚さであってもよい。より薄い層は、流体圧力損失および他の効率の悪さを低減するのに役立つことができる。
【００５９】
ソース／ドレイン層１５０は、第２のビア層１４５の上部に形成され、ゲート層１４０内の対応するゲート回路のソースおよびドレインのための流体回路を含む。それ故に、ゲート層１４０内のゲート回路は、ソース／ドレイン層１５０内のソースおよびドレイン回路に第２のビア層１４５を介して相互接続されてもよい。上述のように、ゲート、ソース、およびドレインで構成されるフルーイディスタは、流体回路スタック１１０内のアクチュエータを駆動するときを決定するなどの、流体回路スタック１１０における様々なロジック動作を行ってもよい。一例として、フルーイディスタは、アクチュエータが、感知層１３０から受け取った入力に基づいて始動されるべきかどうかを決定してもよく（すなわち、それに基づいて切り替わり）、感知層１３０は順に、導電性ポリマー層１２５内の電気回路から信号を受け取っていてもよい。入力に応答して、フルーイディスタ（または多数のフルーイディスタ）は、１つまたは複数のアクチュエータを始動するためにアクチュエータ層内の１つまたは複数のアクチュエータに流体信号（例えば、流体の流れを引き起こす）を伝送する。一実施形態では、ソース／ドレイン層１５０は、ゲート層１４０と同じまたは似た材料で構成される。
【００６０】
第３のビア層１５５は、ソース／ドレイン層１５０の上部に形成される。第１のビア層１３５および第２のビア層１４５と比較して、第３のビア層１５５は、アクチュエータ層１６０のアクチュエータを駆動するために使用されるより高い圧力の流体の流れまたは流体圧力増強に適応するために増加した厚さを有してもよい。厚さは、より高い圧力の流体の流れが、設定寿命の前にビア層の早過ぎる故障を引き起こさないように設定されてもよい（例えば、平均故障間隔は、その他のビア層と比較して第３のビア層１５５について同じままであり、仕様内である）。第３のビア層１５５は、ソース／ドレイン層１５０から入力を受け取り、この入力をアクチュエータ層１６０に向けられる出力に相互接続してもよい。
【００６１】
アクチュエータ層１６０は、第３のビア層１５５の上部に形成され、流体および／または非流体アクチュエータ（例えば、それらは、図では卵形状として表される）を含む。これらの流体アクチュエータは、物理的動きまたは物理的動きの制限を達成するために、膨張式空気袋、流体チャンネル、または他の様々な形状の流体含有導管（図示せず）の中または外へ流体をポンピングしてもよい。アクチュエータは、第３のビア層１５５からの入力によって始動されてもよく、第３のビア層１５５から高圧流体源を受け取ってもよい。例えば、ソース／ドレイン層１５０からの入力は、アクチュエータ層１６０内のアクチュエータ中への流体を可能にするために第３のビア層１５５からの高圧流体源からの流体を可能にするゲートを開くためにアクチュエータ層１６０に第３のビア層１５５を介して相互接続してもよく、アクチュエータは順に、触覚デバイス内の空気袋を膨張させるために流体を向かわせてもよく、触覚デバイスにおける物理的動きの制限を引き起こす。別の例として、アクチュエータは、多層で構成されてもよく、外側の層内の流体圧の増加は、内側の層への圧縮を引き起こし、それは、アクチュエータの外への流体の動きを引き起こし、逆もまた同様である。一実施形態では、アクチュエータ層１６０は、非流体アクチュエータを含む。そのような非流体アクチュエータの例は、圧電モータを含む。
【００６２】
一実施形態では、アクチュエータ層１６０は、ソース／ドレイン層１５０と同じまたは似た材料で構成される。アクチュエータ層１６０は、流体を集めるためのより大きいリザーバとして使用される追加の空隙エリアを含んでもよい。これらの空隙のサイズ、または空隙内の流体の圧力は、流体回路スタック１１０のその他の層からの入力から調整される。空隙は、スタック内のその他の流体回路に流体的に結合されてもよく、またはされなくてもよい。空隙が、流体的に結合されない場合、空隙内の流体の量は、流体回路を取り囲むことによって空隙に置かれる物理的圧力によって変えることができる。別の実施形態では、アクチュエータ層１６０は、弾性ポリマーなどの材料（例えば、基板１２０のポリマー材料）を使用してマトリックス（すなわち、メッシュ）として構造化される。マトリックスは、空隙の１つまたは複数を支持し、空隙は、マトリックスと同じ材料であってもよく、または材料の組成に起因して、内部流体圧力の増加に応答してある限界量までサイズが膨張するだけのこともある異なる材料であってもよい。マトリックスは、固体ではないので、それは、各空隙の壁の動きのさらなる範囲を可能にする。
【００６３】
例えば、図１に示される流体回路スタック１１０内の流体回路を層状にすることによって、流体回路構成における追加の複雑さが、触覚グローブ上などの、小さい空間において達成されてもよい。流体回路の感知、制御、および作動を流体回路の単一層状スタックに組み合わせることによって、また持ち運びできる状態でかつ容易に移動され、大幅な再構成なしに異なる触覚デバイス上にインストールされてもよい、完全に統合された流体回路が、創出されてもよく、「流体システムオンスタック」（すなわち、システムオンチップに似た）を創出する。ユーザは、修理または改良、その他の場合に、互いのために異なる相互運用可能な流体回路スタック１１０を容易に交換することができることもある。さらに、ここで述べられる流体回路スタック１１０は、伝統的な設計と比較して、追加コンポーネントおよび回路構成の追加によって容易に拡張可能である。流体回路スタックの層状化に関する追加の詳細は、図２から図９に関して以下で述べられる。
【００６４】
例となる触覚グローブ
図２は、一実施形態による、流体回路スタック１１０がその上に形成されまたは置かれてもよい、例となる触覚デバイス、すなわち触覚グローブ２１０の一部分を例示する。図２での説明図は、手２２０をカバーする触覚グローブ２１０を示す。触覚グローブ２１０は、他の流体回路を含んでもよいが、図２の説明図では、基板１２０だけが、基板１２０の配置を例示するために示される。触覚グローブ２１０は、もっぱら基板１２０と同じ材料、例えばシリコンポリマーから作られてもよく、またはそれは、天然もしくは合成繊維などの、異なる材料の層で構成されてもよく、基板１２０は、触覚グローブ２１０の外側の全体またはサブセクションをカバーする。例えば、基板１２０は、手２２０の背面だけを、または流体回路スタック１１０が置かれてもよいところはどこでもカバーしてもよい。流体回路スタック１１０は、触覚グローブ２１０を参照して述べられるが、他の実施形態では、流体回路スタック１１０は、他のデバイスとともに、またはスタンドアロン回路として使用される。
【００６５】
触覚グローブ上の例となる感知層
図３は、一実施形態による、感知層１３０および相互接続層３１０がその上に形成されている、例となる触覚グローブ２１０の一部分を例示する。図３の説明図では、相互接続層３１０および感知層１３０は、基板１２０の上部に形成されている。感知層１３０は、手の関節の１つまたは複数における触覚グローブ２１０内の手の屈曲動作を感知する曲げセンサなどの、１つまたは複数のセンサを含んでもよい。曲げセンサは、屈曲動作に応答して曲げセンサ内の測定される流体圧力の変化によって物理的屈曲動作を感知する流体コンポーネントである。
【００６６】
相互接続層３１０は、図１に例示されるビア層に似たビア層であってもよく、感知層１３０内のコンポーネントを、感知層１３０の他のコンポーネントなどの、触覚グローブ２１０の他のコンポーネントに、他の層（図示せず）内の他のコンポーネントに、または触覚グローブ２１０のベース３２０における他のコンポーネントに、相互接続してもよい。感知層１３０内の流体センサが、変化を検出するまたは値を測定するとき、それは、相互接続層３１０を通過する出力を、ゲート層１４０などの、目的地に伝送してもよい。
【００６７】
触覚グローブ上の例となる制御および作動層
図４は、一実施形態による、制御および計算層４３０ならびにアクチュエータ層１６０がその上に形成されている、例となる触覚グローブ２１０の一部分を例示する。触覚グローブ２１０は加えて、高圧レール４１０および低圧レール４２０を含む。図４に例示される触覚グローブ２１０は、単に一例であり、図示されない代替実施形態では、触覚グローブ２１０は、追加の／より少ないまたは異なる流体デバイスを含んでもよい。同様に、触覚グローブ２１０の様々な実体は、異なる実施形態では異なってもよい。
【００６８】
高圧レール４１０は、流体がある高圧（例えば、２００キロパスカル／ｋｐａ）にある流体コンポーネントである。構造は、この高圧で変形しない材料（例えば、プラスチック、シリコン、その他）から作られているが、しかしながら材料はまた、柔軟であってもよい。高圧レール４１０は、触覚グローブ２１０の構造的または取り付け要件に応じて、円形、長方形、またはある他の形状である横断面を有してもよい。一実施形態では、高圧レール４１０は、加圧流体源、１つもしくは複数のポンプ、または高圧レール４１０内の流体が高圧を維持することを確実にするために使用されてもよいある他のデバイスに接続される。高圧レール４１０内の流体の圧力は、電気システムにおける電源についてのレール電圧に類似しており、その結果流体は、高圧レール４１０から離れてより低い圧力を有するエリアに向かって流れる。
【００６９】
低圧レール４２０は、流体を伝送する別の構造である。低圧レール４２０は、高圧レール４１０の高圧よりも低いある低圧にある流体を伝送する。この低圧は、触覚グローブ２１０内の最低圧力であってもよい。低圧レール４２０内の流体の圧力は、電気システムにおける電気接地に類似している。低圧レール４２０の低圧は、流体が、触覚グローブ２１０内の流体回路から戻るので、流体の組み合わせた圧力に等しいこともある。低圧レール４２０に使用される材料、およびその形状は、高圧レール４１０に使用されるそれらと同じであってもよい。低圧レール４２０は一般に、低圧レール４２０に結合される触覚グローブ２１０の他の部分からの流体が、低圧レール４２０に向かって流れるように、低圧ゾーンとして機能する。低圧レール４２０は、電気接地または中性線に類似していることもある。
【００７０】
アクチュエータ層１６０は、１つまたは複数のアクチュエータを含み、１つまたは複数の相互接続ビア層を介して触覚グローブ２１０内の他の層に接続されてもよい。アクチュエータ層１６０内のアクチュエータは、例えば触覚グローブに取り付けられた１つまたは複数の空気袋内の流体のレベルを変えることによって、触覚グローブ２１０内での物理的動きを誘発するまたは制限してもよい。別法として、各アクチュエータは、アクチュエータ内での様々な流体レベルの変化を通じて触覚グローブ２１０内での物理的動きを直接誘発するまたは制限してもよい。アクチュエータ層１６０内の個々のアクチュエータに関する追加の詳細は、図５を参照して述べられる。
【００７１】
一実施形態では、アクチュエータは、発振器要素および／または回路を通じて、振動触覚フィードバックを引き出してもよい。アクチュエータは、様々な方法で、例えば垂直変形、せん断変形、その他で、皮膚を変形してもよい。これらのアクチュエータは、いくつかの剛性要素を有するまたは有さない流体（気体または液体）駆動ソフトアクチュエータである。それらは、開いたまたは発泡体充填の空洞から成ってもよい。これらのアクチュエータは、これらの力を創出するために特別に設計された機械的特性を有するチャンバーおよび空洞を満たし、空にすることによって様々な触覚および運動感覚力を誘発してもよい。そのようなアクチュエータの１つの可能な例は、ＰＡＭ（空気式人工筋肉）である。
【００７２】
流体インバータ４６０は、１つの圧力または方向からの流体の流れを異なる圧力および／または方向に変換する流体回路である。流体インバータ４６０に関する追加の詳細は、図５を参照して述べられる。
【００７３】
制御および計算層４３０は、相互接続ビア層と一緒に、ゲート層１４０およびソース／ドレイン層１５０などの、制御および計算のために使用される流体回路スタック１１０において述べられる層の１つまたは複数を含んでもよい。これらは、アナログおよび／またはデジタルコンポーネントを利用してもよい。制御および計算層４３０は、高圧レール４１０および低圧レール４２０に結合されてもよく、加えて制御および計算層４３０は、感知層１３０およびアクチュエータ層１６０に結合されてもよい。高圧レール４１０からの流体は、制御および計算層４３０内の、フルーイディスタなどの、流体回路の１つまたは複数を駆動するために制御および計算層４３０に入ってもよい。制御および計算層４３０内の流体回路は、感知層１３０からまたは導電性ポリマー層１２５などの電子回路層から入力を受け取り、入力に基づいて様々なロジック動作を行い、出力をアクチュエータ層１６０内のアクチュエータに向けてもよい。
【００７４】
一例として、制御および計算層４３０は、触覚グローブ２１０を着用しているユーザによる触覚グローブ２１０の指の１つの曲げを示す入力を感知層１３０から受け取ってもよい。これは、制御および計算層４３０に電子回路層を介して（例えば、無線通信を介して）電子信号をコンソールまたは他の中央デバイスに伝送させてもよい。それに応じて、コンソールは、指の動きが制限されるべきであることを示してもよい（例えば、指を仮想物体に出会わせる指の動きに起因して）。制御および計算層４３０は、指の動きが、ある値に制限されるべきであることを示す信号を電子回路層から受け取ってもよい。制御および計算層４３０は次いで、その指がそれに応じて動きを制限するために、流体ベースの信号をアクチュエータ層１６０内のアクチュエータに伝送してもよい（例えば、流体ゲートを開くことによって）。
【００７５】
流体回路スタックにおいて使用される例となるコンポーネント
図５Ａは、一実施形態による、流体回路スタック１１０において使用される流体アクチュエータ４５０の例となる一組および流体インバータ４６０を例示する。
【００７６】
触覚グローブは、多数の流体アクチュエータ４５０を含んでもよい。各流体アクチュエータ４５０は、高圧レール５３０から流体を受け取ってもよく、低圧レール５３５を介して流体を戻してもよい。高圧レール５３０および低圧レール５３５は、触覚グローブ２１０の主要な高圧レール４１０および低圧レール４２０にそれぞれ結合されてもよく、同様の材料で構成されてもよい。高圧レール５３０は、高圧レール４１０と同じ圧力で動作してもよく、または高圧レール４１０の圧力に対してより低い圧力で動作してもよい。
【００７７】
各流体アクチュエータ４５０は、フルーイディスタゲート５２５に結合されてもよく、それは、フルーイディスタ（すなわち、流体トランジスタ）または流体アクチュエータ４５０に出入りする流体の流れを制御する異なる流体回路であってもよい。フルーイディスタゲート５２５は、高圧レール５３０から流体アクチュエータ４５０に入る入力を制御してもよく、または流体アクチュエータ４５０から低圧レール５３５に出る出力を制御してもよい。
【００７８】
一実施形態では、流体アクチュエータ４５０は、流体アクチュエータ４５０それ自体の中の流体の容積を変える。別の実施形態では、流体アクチュエータは、別個の膨張式空気袋内の流体の容積を変える。流体の容積の変化は、触覚グローブ２１０における物理的動きの制限を引き起こすまたは物理的動きを誘発することもある。例えば、流体アクチュエータ４５０は、流体アクチュエータ４５０内の流体容積の増加が、それをある方向にかつある程度まで曲げさせるように形作られてもよい。別の例として、流体アクチュエータ４５０は、膨張式空気袋内の流体の量を制御することによって別個の膨張式空気袋を膨張させまたは収縮させてもよい。別の例では、流体アクチュエータ４５０は、それが、硬くなり、ある形状または向きに固定されるように流体アクチュエータ４５０内の流体の容積を増加させてもよい（おそらくは他の流体アクチュエータ４５０を用いて）。これは、剛性流体アクチュエータ４５０の向きとは反対の方向への触覚グローブ２１０における物理的動きの制限を引き起こしてもよい。
【００７９】
流体インバータ４６０は、電子回路におけるインバータに類似の機能を行う流体回路である。一実施形態では、インバータは、バッファおよび高取得要素としての役割を果たす。流体インバータ４６０は、高度に容量性の負荷（ロジックかまたはアクチュエータ）を駆動すること（満たすことおよび空にすること）の遅延を低減するために使用される。
【００８０】
図５Ｂは、一実施形態による、流体および非流体コンポーネントを含む例となる集積回路５０６を例示する。
【００８１】
図示されるように、図の左側は、外部アセンブリ５０２を例示する。外部アセンブリ５０２は、１つまたは複数のクランプ機構５０４を含む。これらは、集積回路５０６の上部および底部に適用されてもよい。上部クランプ機構５０４Ａは、集積デバイスの一端を機械的に固定し、流体入力／出力を３つの金属チューブ５０８の形で提供する。底部クランプ機構５０４Ｂは、同じ機械的クランプシステムならび圧着コネクタ５１０を介した電気的接続性を含む。
【００８２】
右側は、同じ集積回路５０６の回路図５１２を示す。ここで、集積回路５０６は、発振器が機能していることを実証するためのインジケータとして使用される「バブルアクチュエータ」に接続される、不安定なまたは振動する挙動を作り出すインバータの連鎖を含む。この振動挙動は、追加のアクチュエータおよび／もしくはセンサを駆動するための、またはある他の目的のためのクロック信号として使用されてもよい。集積回路５０６では、輪郭線のあるボックスは、抵抗器インバータ配置と一緒にＰ−ＦＥＴ（流体トランジスタ）を示す。バブルアクチュエータ５１４は、それが、高圧にさらされるとき、気球のように膨張することができる小さい空洞である。その目的はここでは、システム性能の可視インジケータを提供することである。
【００８３】
図５Ｃは、一実施形態による、歪みセンサ５１８についての歪みプロット５１６と一緒に集積回路において使用されてもよい例となる歪みセンサ５１８を例示する。
【００８４】
歪みセンサ５１８は、歪みセンサに及ぼされる引張応力に基づいて変化する電気信号を出力する。歪みセンサ５１８からの電気信号は、部分的にはセンサ内の伝導の横断面積に起因してかつ材料の抵抗率の変化に起因して（ピエゾ抵抗効果に起因して）張力との関連で変化する。センサからの電気信号は、電気粘性流体の粘度を変えるために感知層間の電場の変化を使用することおよび流体ドメインでのこれらの変化（例えば、流量、ＲＣ時定数）を観測することによって流体信号に変換されることもあり得る。横断面図５２０および上面図５２２もまた、例示される。上面図５２２では、横断面図５２０に示されるような歪みセンサ５１８の上部および底部層への接続は、スタックするよりもむしろ横方向に隣接するコネクタを使用して圧着コネクタに結合されることに留意されたい。
【００８５】
歪みプロット５１６は、時間とともに変化する張力（すなわち、伸張）に対する歪みセンサ５１８の応答を示す（例えば、試験デバイスによる）。図示されるような「詰まっていない」状態では、センサ５１８が取り付けられる触覚デバイスは、低剛性状態にあり、すなわち「始動されて」いない。歪みプロット５１６における「測定された」値は、テスト装置を用いて外部から決定されるような歪みの値である。歪みプロット５１６における「プレボンドフィット」は、その部分が触覚デバイス内に組み込まれる前の歪みセンサ５１８の校正結果である。「ポストボンドフィット」は、触覚デバイス内への統合後の新しい校正結果である。歪みプロット５１６は、性能におけるＤＣオフセットを示すが、しかし触覚デバイス内への設置後の歪みセンサ５１８の感度におけるＤＣオフセットは示さない。
【００８６】
歪みセンサ５１８に関する追加の詳細は、参照によりその全体がこれによって組み込まれる、２０１５年９月２日に出願された米国出願第１４／８４３，０６７号において述べられる。
【００８７】
図５Ｄは、一実施形態による、触覚デバイスに使用されてもよいシートジャミングアクチュエータ５４０および関連する歪みプロット５４２を例示する。シートジャミングアクチュエータ５４０は、材料の固定されたストリップを一緒にプレスすることによって動作し、ストリップの長手方向寸法に平行な方向への運動を妨げるのに十分な摩擦を発生させる。そのようなデバイスは、触覚デバイスにおける運動を防止するために使用されてもよい。
【００８８】
シートジャミングアクチュエータ５４０についての歪みプロット５４２は、詰め込み状態および非詰め込み状態、ならびに負荷量対シートジャミングアクチュエータ５４０の引張伸長を測定する。詰め込み状態では、アクチュエータ５４０内のストリップは、一緒にプレスされ、非詰め込み状態では、ストリップは、一緒にプレスされない（自由運動を可能にする）。詰め込み状態では同じ量の引張伸長を誘発するために必要な負荷の量はより少ないことに留意されたい。
【００８９】
シートジャミングアクチュエータ５４０に関する追加の詳細は、参照によりそれらの全体がこれによってすべて組み込まれる、２０１６年１０月４日に出願された米国出願第１５／２８５，３９１号、２０１６年１０月４日に出願された米国出願第１５／２８５，２９８号、および２０１６年１０月４日に出願された米国出願第１５／２８５，２８１号において述べられる。
【００９０】
流体回路スタックにおいて使用される例となる流体デバイス
図６は、一実施形態による、流体回路スタック１１０において使用されてもよい流体トランジスタを含む例となる流体デバイス６００を例示する。一実施形態では、例となる流体デバイス６００は、制御および計算層４３０内で使用されてもよい。
【００９１】
流体デバイス６３０Ａおよび６３０Ｂは、電気システムにおけるトランジスタ、例えばＰチャンネル電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）、またはＮチャンネル電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）に類似して機能する流体デバイスである。図６に示されるように、流体デバイス６３０の各々は、ソース、ドレイン、およびゲートを含む。いくつかの実施形態では、ソースとドレインとの間を流体で満たされたチャンネルがあり、ソース内の流体の圧力は、ドレイン内の流体の圧力よりも高く、チャンネルが開いているとき、チャンネル内の流れがソースからドレインに流れるのを可能にする。ソースにおける圧力は、高圧レール４１０の圧力と同じ圧力であってもよく、ドレインにおける圧力は、低圧レール４２０における圧力と同じ圧力であってもよい。
【００９２】
一実施形態では、ゲートが、低圧状態にあるとき、チャンネルは、開き、ゲートが、高圧状態にあるとき、チャンネルは、閉じられる。別の実施形態では、ゲートが、高圧状態にあるとき、チャンネルは、開状態にあり、ゲートが、低圧状態にあるとき、チャンネルは、閉状態にある。
【００９３】
チャンネルの「開」状態は、チャンネル内の流体が、片方の端部（例えば、ソース）からもう一方の端部（例えば、ドレイン）にある開のしきいレート（例えば、高圧レール４１０における流量に等しいレート）で流れているときの状態を指す。対照的に、チャンネルの「閉」状態は、チャンネル内の流体の流れが、ある閉のしきいレートよりも低いときの状態を指す。いくつかの実施形態では、閉のしきいレートは、ゼロの流れであってもよい。別法として、閉のしきいレートは、開のしきいレートよりも低い、流れのあるレートであってもよい。チャンネルの「開」状態はまた、流体デバイスの「オン」条件とも呼ばれ、チャンネルの「閉」状態はまた、流体デバイスの「オフ」条件とも呼ばれる。加えて、「移行」状態は、チャンネルが、開状態から閉状態にまたは閉状態から開状態に移行するときに起こる。電子回路と同様に、チャンネルがこの移行状態にとどまる時間は、ゲートのスイッチング速度、流体圧力、および他の要因に応じて変化してもよい。加えて、この移行状態は、チャンネル直径を低減すること、流体圧力を増加させること、ゲートが移行する速度を増加させること、その他などの、様々な技法を使用して最小化されてもよい。チャンネルがこの移行状態にとどまる時間を最小化することは、システムが、流体回路が機能する速度を増加させることを可能にする。
【００９４】
ここで述べられる高圧および低圧は、流体デバイス構造および流体デバイスを満たす流体の圧力に依存する。一般に、低圧は、低圧範囲内に入る流体の圧力であり、「高圧」は、高圧範囲内に入る流体の圧力である。低圧範囲は、デジタル「０」と考えられてもよく、高圧範囲は、デジタル「１」と考えられてもよい。それに応じて、流体デバイス６３０Ａ、６３０Ｂは、異なる圧力の流体を使用してデジタル的に動作してもよい。その上、流体デバイスの異なるコンポーネントは、異なる高圧範囲および異なる低圧範囲を有してもよい。例えば、ゲートの高圧範囲は、ソースの高圧範囲未満であってもよい。
【００９５】
入力インターフェース６４２は、流体デバイス６３０が入力を受け取ることを可能にするインターフェースである。一実施形態では、流体デバイス６３０への入力は、流体デバイスをそのままにするまたは「オン」もしくは「オフ」条件に変えさせることができる流体デバイスのある部分に適用されるある圧力の流体である。一例として、入力は、流体デバイス６３０のゲートに適用されるある圧力の流体であってもよく、それは、流体デバイスを「オン」状態に変えさせる。同様に、出力インターフェース６４４は、流体デバイス６３０Ａ、６３０Ｂが出力を提供することを可能にするインターフェースである。この出力は、流体デバイスが追加の流体回路を駆動すること、または入力インターフェース６４２において受け取った流体信号を増幅すること、その他を可能にする。ここで使用されるように、流体信号を増幅することは、同じ流体圧力を保ちながら、流体の流れの量を増加させることを伴ってもよい。増加した流体の流れは、アクチュエータを駆動するために必要とされることもあるが、流体デバイス６３０は、そのような増加した流れを必要としないこともある。
【００９６】
流体回路スタックを形成するための例となるプロセス
流体回路スタック１１０などの、流体回路スタックを形成するために、一実施形態では、基板層１２０のポリマー材料が、触覚グローブ２１０のファブリック材料（例えば、任意の天然もしくは合成繊維）の上または中に含浸される。この含浸は、ファブリックへのポリマーの付着、化学的堆積、またはいくつかの他の手段を介して達成されてもよい。
【００９７】
その後、図１に示されるような導電性ポリマー層１２５などの、追加の層が、基板１２０の上部に形成される。導電性ポリマー層１２５は、基板１２０のポリマー材料に似たポリマー材料を含んでもよいが、しかし様々な物理的または化学的分散方法（例えば、層の形成より前のポリマー中へのＣＮＴ粒子のせん断混合）を使用するＣＮＴドープであってもよい。導電性領域は、導電性ポリマー層１２５内に導電性チャンネルを形成してもよく、または導電性ポリマー層１２５を半導体（例えば、Ｐドープ半導体）のように振る舞わせてもよい。
【００９８】
別法として、またはその後に、流体回路スタック１１０の流体回路を創出する層が、形成される。このプロセスは、図７に例示される。第１のモールド７１０および第２のモールド７２０などの、１つまたは複数のモールドは、流体回路スタック１１０の現在の最上部層（例えば、基板１２０または導電性ポリマー層１２５）上に形成されてもよい。これらのモールドは、流体回路の形成の後で、溶解され、エッチングされ、アブレーションされ、またはさもなければ破壊されてもよいワックスまたは他の材料などの、後で除去すべき材料で作られてもよい（例えば、ロストワックス鋳造）。別法として、モールドは、多数の層状化にわたって再利用されてもよく、それ故に金属合金、またはセラミック材料、その他などの、より耐久性のある材料であってもよい。異なる流体回路が、同じ層上にレイアウトされるべきである場合、２つの異なるモールドが、使用されてもよい。
【００９９】
図７は、一実施形態による、流体回路スタック１１０を形成するための例となるプロセスを例示する。層およびプロセスのある順序が、図７に示されるが、他の実施形態では、流体回路スタック１１０は、異なる順序でかつ異なる方法を使用して形成される。さらに、図７でのプロセスは、理解および説明を容易にするために横断面を使用して例示される。しかしながら、実際の実践では、流体回路スタック１１０は、三次元物体であり、層は、三次元で置かれる。さらに、流体回路はまた、三次元にも広がる。
【０１００】
図７での例となるプロセスでは、７０１において、第１のモールド７１０および第２のモールド７２０が、流体回路スタックの既存の層上に置かれる。これは、モールドのセクションおよび空隙７３０のセクションを有する層を創出する。その後、７０２において、空隙エリアが、形成されている現在の層のために使用されるポリマー材料７４０で満たされる。このポリマー材料７４０は、モールド上にロールされるまたは分注されてもよく（例えば、３Ｄ印刷を介して）、ポリマー材料７４０に空隙エリア７３０を満たさせる。このポリマー材料７４０は、基板１２０と組成が似ていてもよい。
【０１０１】
ポリマー材料７４０は、次いで硬化されてもよい。これは、ポリマー材料７４０に熱を加えること（例えば、硬化温度に設定持続期間の間）、もしくはポリマー材料７４０内に化学反応を引き起こすことによって（例えば、ポリマー材料のポリマー鎖を固定するために化学薬品を使用することによって）、または光を使用すること（例えば、ＵＶ放射）によって達成されてもよい。どんな過剰なポリマー材料７４０も、硬化の前かまたは後に、削ること、レーザアブレーション、またはいくつかの他のプロセスによって層の上部から除去されてもよい。
【０１０２】
７０３において、第１のモールド７１０が、除去されてもよく、第１のモールド７１０が前に占有した場所内に流体回路コンポーネント７５０が置かれることを可能にする。述べられたように、モールドは、モールドの破壊を介してまたはモールドの物理的除去によって除去されてもよい。流体回路コンポーネント７５０は、第１のモールド７１０によって直接形成されてもよく、すなわちモールドは、流体回路コンポーネント７５０の設計を含み、その場合それは、実際には置かれず、第１のモールド７１０の除去後に完全に形成される（例えば、第１のモールドは、流体回路の負の鋳造物を含有してもよい）。別法として、流体回路コンポーネント７５０は、別個の構造物であってもよく、例えばピックアンドプレース機械を使用して置かれてもよい。
【０１０３】
７０４において、第２のモールド７２０が、第１のモールドが除去される仕方と同様に除去されてもよく、７０５において、流体回路コンポーネント７６０が、第２のモールド７２０が占有していた場所に置かれる。流体回路コンポーネント７６０の設置は、流体回路コンポーネント７５０の設置と同様であってもよい。
【０１０４】
一実施形態では、上で述べられるような成形プロセスを使用して層を形成する代わりに、層は、別個に事前に形成され、流体回路スタック上に置かれる。事前に形成された層は、別個の鋳造プロセス、スタンピングプロセス、３Ｄ印刷プロセスまたは他の手段を使用して創出されていてもよく、それらは、ある状況では（例えば、同じ回路の非常に大規模な生産のために）、ここで述べられる成形プロセスよりも速いこともある。
【０１０５】
一実施形態では、ここで述べられる成形プロセスの代わりに、固体層が、ポリマー材料７４０を使用して形成され、マスクが、ポリマー材料の上部に形成される。マスクは、除去すべきそれらのエリアを覆い隠す。マスクによって覆い隠されない、露出したエリアは、硬化プロセス（例えば、レーザを介して硬化する）を使用して硬化され、マスクは、除去される。硬化されていない、ポリマー材料７４０の残りのエリアは、除去され（例えば、酸、洗浄、エッチング、または他のプロセスを使用して）、その層のための回路を形成する。
【０１０６】
一実施形態では、ここで述べられる成形プロセスの代わりに、基板を生成するために使用されたプロセスに似た、化学的堆積プロセスが、各層を形成するために使用されてもよい。シード材料は、回路特徴が望まれるところに置かれてもよく、ポリマー材料７４０は、層の流体回路を形成するために堆積される。
【０１０７】
他のプロセスがまた、各層を形成するまたは各層から材料を除去するために使用されてもよく、レーザアブレーション、水ジェット切断、ローラを使用する物理的応用、その他を含んでもよい。
【０１０８】
前述のように、いくつかの層は追加として、ファブリックまたは他の補強材料を含んでもよい。この材料は、事前に形成された層の上に置かれてもよく、または補強材料の個々の繊維もしくはサブコンポーネントとして層上に堆積されてもよい。例えば、もし強化材料が、ファブリックであるならば、材料の繊維は、流体回路スタックの層上にメッシュとして堆積されてもよい。
【０１０９】
モールドおよび／または流体回路コンポーネントは、ちょうど形成された流体回路層をちょうど形成された層の上部に形成されるその後の流体回路層と位置合わせするのに役立つ、マーキング、物理的突起部、電気接点、または他の特徴などの、様々な位置合わせ特徴を含んでもよい。加えて、ちょうど形成された層の表面は、その後に形成される層へのその層の付着を促進するために特別に処理されてもよい。この特別な処理は、層の表面エネルギーを増加させることを含んでもよい。
【０１１０】
電子回路の形成と異なり、流体回路スタックの形成は、流体回路の独自の要件に影響されやすいことに留意されたい。特に、流体がその中を流れるチャンネルは、直角（例えば、９０度）に（またはより鋭角にさえ）設計されないこともあり、これは、流体にとって滑らかな流れを創出しないこともあるからである。代わりに、チャンネルの設置は、ある最小曲線半径に限定されてもよい。最小特徴厚さ（例えば、漏れおよび構造的問題を防止するために）、最大チャンネル距離（例えば、摩擦関連の効率損失を低減するために）、および他の要因などの、他の検討事項が、流体回路設計を開発する際に考えられてもよい。
【０１１１】
流体回路スタックを形成するための例となる流れ
図８は、一実施形態による、流体回路スタックを形成するための例となる流れ図を例示する。ある順序が、図８に示されるが、他の実施形態では、順序は、異なってもよく、追加のまたはより少ない動作が、行われてもよい。一実施形態では、プロセスは、ＬＳＩインテグレータによって行われてもよい。ＬＳＩインテグレータは、流体回路スタックを構築する能力がある製作デバイスまたはデバイスのシステムである。ＬＳＩインテグレータは、１）制御される温度または湿度であってもよいクリーンな／低微粒子の筐体、２）ポリマー基板形成デバイス（例えば、ポリマー成形機）、３）清掃デバイス（例えば、デバイスの様々な層を清掃するための）、モールド形成デバイス（例えば、モールドを物理的にもしくは化学的に置くデバイス）、４）層形成デバイス（例えば、層を熱的に、化学的に、物理的に、もしくは他の方法を介して退けるためのデバイス）、５）モールド除去デバイス（例えば、モールドを化学的にもしくは物理的に除去するデバイス）、６）層硬化デバイス（例えば、層を熱的に、化学的に、もしくは他の方法を介して硬化するデバイス）、７）および／またはピックアンドプレースデバイス（例えば、コンポーネントを流体回路スタック上に置くための）などのコンポーネントを含んでもよい。ＬＳＩインテグレータは、集積回路を形成するために使用される製作デバイスのシステムに似ていてもよいが、しかし流体回路スタックを代わりに形成するためである。
【０１１２】
ＬＳＩインテグレータは、ポリマー基板上に第１のエラストマー層を形成する８１０。第１のエラストマー層は、流体ベースの回路の動作のためのチャンネルを有してもよい。図７に示されるように、第１のエラストマー層は、ポリマー７４０を含む層であってもよい。ポリマー基板は、基板１２０であってもよい。
【０１１３】
ＬＳＩインテグレータは、第１のエラストマー層を硬化する８２０。上で述べられるように、硬化プロセスは、層を加熱することおよび／または層を化学的に処理することなどの、様々な方法によって完了されてもよい。
【０１１４】
ＬＳＩインテグレータは、第１のエラストマー層上に第２のエラストマー層を形成する８３０。第２のエラストマー層は、流体ベースのビアのためのチャンネルを有してもよい。例えば、第２のエラストマー層は、第１のビア層１３５に似ていてもよい。
【０１１５】
ＬＳＩインテグレータは、この第２のエラストマー層を硬化する８４０。この硬化プロセスは、第１のエラストマー層についてと同じであってもよく、または第２のエラストマー層の厚さ、構造、もしくは他の特性に起因して異なってもよい。
【０１１６】
一実施形態では、ＬＳＩインテグレータは、図１を参照して示されるそれらの層などの、スタックの異なる層のためにこの層状化プロセスを続ける。
【０１１７】
例となるＶＲシステム
図９は、一実施形態による、少なくとも１つの流体回路スタックを含む触覚アセンブリ９４０を含むシステム９００のブロック図である。システム９００は、純粋なＶＲ環境、ＡＲ環境、ＭＲ環境、またはそれらのある組み合わせにおいて動作してもよい。図９によって示されるシステム９００は、コンソール９１０にそれぞれ結合される、ヘッドセット９０５、撮像デバイス９３５、および触覚アセンブリ９４０を備える。図９は、１つのヘッドセット９０５、１つの撮像デバイス９３５、および１つの触覚アセンブリ９４０を含む例となるシステム９００を示すが、他の実施形態では、任意の数のこれらのコンポーネントが、システム９００に含まれてもよい。例えば、関連する触覚アセンブリ９４０を各々有し、１つまたは複数の撮像デバイス９３５によって監視される多数のヘッドセット９０５があってもよく、各ヘッドセット９０５、触覚アセンブリ９４０、および撮像デバイス９３５は、コンソール９１０と通信する。代替構成では、異なるかつ／または追加のコンポーネントが、システム環境９００内に含まれてもよい。
【０１１８】
ヘッドセット９０５は、メディアをユーザに提示するヘッドマウントディスプレイである。ＶＲヘッドセットによって提示されるメディアの例は、１つまたは複数のイメージ、ビデオ、オーディオ、またはそれらのある組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、オーディオは、ヘッドセット９０５、コンソール９１０、または両方からオーディオ情報を受け取り、オーディオ情報に基づいてオーディオデータを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示される。ヘッドセット９０５は、互いに一緒に堅くまたは堅くなく結合されてもよい、１つまたは複数の剛体を備えてもよい。剛体間の堅い結合は、結合された剛体に単一剛性実体としての役割を果たさせる。対照的に、剛体間の堅くない結合は、剛体が互いに対して動くことを可能にする。いくつかの実施形態では、ヘッドセット９０５はまた、ＡＲおよび／またはＭＲヘッドセットとしての役割を果たしてもよい。これらの実施形態では、ヘッドセット９０５は、コンピュータ生成要素（例えば、イメージ、ビデオ、音、その他）を用いて物理的な現実世界の環境の景色を拡張する。
【０１１９】
ヘッドセット９０５は、電子ディスプレイ９１５、光学ブロック９１８、１つまたは複数のロケータ９２０、１つまたは複数の位置センサ９２５、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）９３０を含む。
【０１２０】
光学ブロック９１８は、電子ディスプレイ９１５から受け取った光を拡大し、イメージ光と関連する光学誤差を訂正し、訂正されたイメージ光は、ヘッドセット９０５のユーザに提示される。光学要素は、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、または電子ディスプレイ９１５から放出されるイメージ光に影響を及ぼす任意の他の適切な光学要素であってもよい。その上、光学ブロック９１８は、異なる光学要素の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学ブロック９１８内の光学要素の１つまたは複数は、反射防止コーティングなどの、１つまたは複数のコーティングを有してもよい。
【０１２１】
ロケータ９２０は、互いに対してかつヘッドセット９０５上の特定の基準点に対してヘッドセット９０５上の特定の位置にある物体である。ロケータ９２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、コーナーキューブ反射体、反射マーカー、ヘッドセット９０５が動作する環境と対照をなす一種の光源、またはそれらの組み合わせであってもよい。ロケータ９２０がアクティブである実施形態（すなわち、ＬＥＤまたは他の種類の発光デバイス）では、ロケータ９２０は、可視光帯域（約３８０ｎｍから７５０ｎｍ）、赤外線（ＩＲ）帯域（約７５０ｎｍから１ｍｍ）、紫外線帯域（１０ｎｍから３８０ｎｍ）、電磁スペクトルのある他の部分、またはそれらのある組み合わせの光を放出してもよい。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、ロケータ９２０は、ヘッドセット９０５の外面の真下に位置し、外面は、ロケータ９２０によって放出されるもしくは反射される光の波長に対して透明でありまたはロケータ９２０によって放出されるもしくは反射される光の波長を実質的に減衰させないほど十分に薄い。加えて、いくつかの実施形態では、ヘッドセット９０５の外面または他の部分は、可視光帯域の波長の光では不透明である。それ故に、ロケータ９２０は、ＩＲ帯域では透明であるがしかし可視光帯域では不透明である外面の下でＩＲ帯域の光を放出してもよい。
【０１２３】
ＩＭＵ９３０は、位置センサ９２５の１つまたは複数から受け取った測定信号に基づいて高速校正データを生成する電子デバイスである。位置センサ９２５は、ヘッドセット９０５の運動に応答して１つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ９２５の例は、１つもしくは複数の加速度計、１つもしくは複数のジャイロスコープ、１つもしくは複数の磁力計、運動を検出する別の適切な種類のセンサ、ＩＭＵ９３０の誤差訂正のために使用される一種のセンサ、またはそれらのある組み合わせを含む。位置センサ９２５は、ＩＭＵ９３０の外部に、ＩＭＵ９３０の内部に、またはそれらのある組み合わせに位置してもよい。
【０１２４】
１つまたは複数の位置センサ９２５からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ９３０は、ヘッドセット９０５の初期位置に対してヘッドセット９０５の推定位置を示す高速校正データを生成する。例えば、位置センサ９２５は、並進運動（前方／後方、上方／下方、左方／右方）を測定するための多数の加速度計および回転運動（例えば、ピッチ、ヨー、ロール）を測定するための多数のジャイロスコープを含む。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ９３０は、測定信号を迅速にサンプリングし、サンプリングされたデータからヘッドセット９０５の推定位置を計算する。例えば、ＩＭＵ９３０は、速度ベクトルを推定するために加速度計から受け取った測定信号を時間にわたって積分し、ヘッドセット９０５上の基準点の推定位置を決定するために速度ベクトルを時間にわたって積分する。別法として、ＩＭＵ９３０は、サンプリングされた測定信号をコンソール９１０に提供し、コンソール９１０は、高速校正データを決定する。基準点は、ヘッドセット９０５の位置を記述するために使用されてもよい点である。基準点は一般に、空間内の点として定義されてもよいが、しかしながら、実際には基準点は、ヘッドセット９０５内の点（例えば、ＩＭＵ９３０の中心）として定義される。
【０１２５】
ＩＭＵ９３０は、コンソール９１０から１つまたは複数の校正パラメータを受け取る。以下でさらに論じられるように、１つまたは複数の校正パラメータは、ヘッドセット９０５の追跡を維持するために使用される。受け取った校正パラメータに基づいて、ＩＭＵ９３０は、１つまたは複数のＩＭＵパラメータ（例えば、サンプルレート）を調整してもよい。いくつかの実施形態では、ある校正パラメータは、ＩＭＵ９３０に基準点の初期位置を、それが基準点の次の校正された位置に対応するように更新させる。基準点の次の校正された位置として基準点の初期位置を更新することは、決定される推定位置と関連する蓄積誤差を低減するのに役立つ。ドリフト誤差ともまた呼ばれる、蓄積誤差は、基準点の推定位置を時間とともに基準点の実際の位置から離れて「ドリフト」させる。
【０１２６】
撮像デバイス９３５は、コンソール９１０から受け取った校正パラメータに従って低速校正データを生成する。低速校正データは、撮像デバイス９３５によって検出可能であるロケータ９２０の観測位置を示す１つまたは複数のイメージを含む。撮像デバイス９３５は、１つもしくは複数のカメラ、１つもしくは複数のビデオカメラ、ロケータ９２０の１つもしくは複数を含むイメージを記録する能力がある任意の他のデバイス、またはそれらのある組み合わせを含んでもよい。加えて、撮像デバイス９３５は、１つまたは複数のフィルタ（例えば、信号対雑音比を増加させるために使用される）を含んでもよい。撮像デバイス９３５は、撮像デバイス９３５の視野内でロケータ９２０から放出されるまたは反射される光を検出するように設計される。ロケータ９２０が受動的要素（例えば、再帰反射体）を含む実施形態では、撮像デバイス９３５は、ロケータ９２０のいくつかまたはすべてを照らす光源を含んでもよく、ロケータ９２０は、光を撮像デバイス９３５内の光源に向かって再帰反射する。低速校正データは、撮像デバイス９３５からコンソール９１０に伝達され、撮像デバイス９３５は、１つまたは複数の撮像パラメータ（例えば、焦点距離、焦点、フレームレート、ＩＳＯ、センサ温度、シャッタ速度、開口、その他）を調整するためにコンソール９１０から１つまたは複数の校正パラメータを受け取る。
【０１２７】
触覚アセンブリ９４０は、ユーザがアクション要求をコンソール９１０に送ることを可能にするデバイスである。アクション要求は、特定のアクションを行うための要求である。例えば、アクション要求は、応用を開始するもしくは終わらせるためまたは応用内の特定のアクションを行うためであってもよい。触覚アセンブリ９４０はまた、仮想物体に接触しているという知覚を含む触覚フィードバックも提供する。一実施形態では、触覚アセンブリ９４０は、１つまたは複数の複合流体デバイスを形成する複数の構成可能な流体デバイスを含む。複合流体デバイスは、例えばコンソール９１０からの触覚フィードバック信号に従って触覚アセンブリ９４０に含まれるアクチュエータに取り組むために使用されてもよい。一実施形態では、触覚アセンブリ９４０は、触覚グローブ１１００であり、触覚グローブ１１００を通じてコンソール９１０は、ユーザが仮想物体と相互作用することを可能にする。一実施形態では、触覚デバイスは、流体回路スタック１１０を含み、複合流体デバイスは、流体回路スタック１１０上に統合される。
【０１２８】
図９では、触覚アセンブリ９４０はさらに、ロケータ９７０、１つまたは複数の位置センサ９７５、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）９８０を含む。いくつかの実施形態では、ロケータ９７０、１つまたは複数の位置センサ９７５、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）９８０は、触覚アセンブリ９４０の物理的位置または動きを決定するために導入される。加えて、触覚アセンブリ９４０は、コンソール９１０から、ユーザへの触覚フィードバックに対応する触覚フィードバック信号を受け取る。触覚アセンブリ９４０は、触覚フィードバック信号に従って、仮想空間内の仮想物体に触れているという触覚フィードバックをユーザに提供する。具体的には、触覚アセンブリ９４０は、仮想空間内の仮想物体と接触しているユーザの一部分の物理的動きを防止するまたは可能にする。例えば、もしユーザの指が、仮想空間内の仮想物体（例えば、仮想の壁）と接触しているならば、触覚アセンブリ９４０は、仮想空間内の仮想物体を通る方向に移動するためのユーザの指の物理的動きを防止する。それに応じて、ユーザは、仮想物体に接触しているという知覚を受け取ることができる。
【０１２９】
一実施形態では、触覚フィードバック信号は、作動すべき触覚アセンブリ９４０の位置または部分、および触覚フィードバックを提供するための触覚アセンブリ９４０の位置または部分の作動の量を示す。この実施形態では、作動の量は、例えばコンソール９１０によって、触覚アセンブリ９４０の物理的位置に対応する触覚アセンブリ９４０の仮想位置および仮想空間内の仮想物体の仮想位置に従って決定される。触覚アセンブリ９４０は、触覚フィードバック信号によって示される作動の量に従って仮想物体に触れているユーザの触感覚を提供する。
【０１３０】
ロケータ９７０は、互いに対してかつ触覚アセンブリ９４０上の触覚アセンブリ９４０の特定の基準点に対して触覚アセンブリ９４０の特定の位置にある物体である。ロケータ９７０は実質的に、ロケータ９７０が、触覚アセンブリ９４０の一部であることを除いては、ロケータ９２０に似ている。加えて、いくつかの実施形態では、触覚アセンブリ９４０の外面または他の部分は、可視光帯域の波長の光では不透明である。それ故に、ロケータ９７０は、ＩＲ帯域では透明であるが、しかし可視光帯域では不透明である外面の下でＩＲ帯域の光を放出してもよい。
【０１３１】
位置センサ９７５は、触覚アセンブリ９４０の運動に応答して１つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ９７５は実質的に、位置センサ９７５が、触覚アセンブリ９４０の一部であることを除いては、位置センサ９２５に似ている。位置センサ９７５は、ＩＭＵ９８０の外部に、ＩＭＵ９８０の内部に、またはそれらのある組み合わせに位置してもよい。
【０１３２】
１つまたは複数の位置センサ９７５からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ９８０は、触覚アセンブリ９４０の初期位置に対して触覚アセンブリ９４０の推定位置を示す触覚アセンブリ９４０の高速校正データを生成する。例えば、位置センサ９７５は、触覚アセンブリ９４０の並進運動（前方／後方、上方／下方、左方／右方）を測定するための多数の加速度計および回転運動（例えば、ピッチ、ヨー、ロール）を測定するための多数のジャイロスコープを含む。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ９８０は、測定信号を迅速にサンプリングし、サンプリングされたデータから触覚アセンブリ９４０の推定位置を計算する。例えば、ＩＭＵ９８０は、速度ベクトルを推定するために加速度計から受け取った測定信号を時間にわたって積分し、触覚アセンブリ９４０の基準点の推定位置を決定するために速度ベクトルを時間にわたって積分する。別法として、ＩＭＵ９８０は、サンプリングされた測定信号をコンソール９１０に提供し、コンソール９１０は、触覚アセンブリ９４０の高速校正データを決定する。触覚アセンブリ９４０の基準点は、触覚アセンブリ９４０の位置を記述するために使用されてもよい点である。触覚アセンブリ９４０の基準点は一般に、空間内の点として定義されてもよいが、しかしながら、実際には触覚アセンブリ９４０の基準点は、触覚アセンブリ９４０内の点（例えば、ＩＭＵ９８０の中心）として定義される。
【０１３３】
ＩＭＵ９８０は、触覚アセンブリ９４０の１つまたは複数の校正パラメータをコンソール９１０から受け取る。以下でさらに論じられるように、触覚アセンブリ９４０の１つまたは複数の校正パラメータは、触覚アセンブリ９４０の追跡を維持するために使用される。触覚アセンブリ９４０の受け取った校正パラメータに基づいて、ＩＭＵ９８０は、１つまたは複数のＩＭＵパラメータ（例えば、サンプルレート）を調整してもよい。いくつかの実施形態では、触覚アセンブリ９４０のある校正パラメータは、ＩＭＵ９８０に触覚アセンブリ９４０の基準点の初期位置を、それが触覚アセンブリ９４０の基準点の次の校正位置に対応するように更新させる。触覚アセンブリ９４０の基準点の次の校正位置として触覚アセンブリ９４０の基準点の初期位置を更新することは、決定される推定位置と関連する累積誤差を低減するのに役立つ。
【０１３４】
コンソール９１０は、撮像デバイス９３５、ヘッドセット９０５、および触覚アセンブリ９４０の１つまたは複数から受け取った情報に従ってユーザに提示するためにメディアをヘッドセット９０５に提供する。図９に示される例では、コンソール９１０は、アプリケーションストア９４５、追跡モジュール９５０、および仮想現実（ＶＲ）エンジン９５５を含む。コンソール９１０のいくつかの実施形態は、図９と併せて述べられるそれらとは異なるモジュールを有する。同様に、以下でさらに述べられる機能は、ここで述べられるのとは異なる仕方でコンソール９１０のコンポーネントの間で分配されてもよい。
【０１３５】
アプリケーションストア９４５は、コンソール９１０による実行のための１つまたは複数のアプリケーションを記憶する。アプリケーションは、プロセッサによって実行されるとき、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する、一群の命令である。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ヘッドセット９０５または触覚アセンブリ９４０の動きを介してユーザから受け取った入力に応答してもよい。アプリケーションの例は、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションを含む。
【０１３６】
追跡モジュール９５０は、１つまたは複数の校正パラメータを使用してＶＲシステム１００を校正し、ヘッドセット９０５の位置の決定における誤差を低減するために１つまたは複数の校正パラメータを調整してもよい。例えば、追跡モジュール９５０は、ヘッドセット９０５上の観測ロケータについてより正確な位置を得るために撮像デバイス９３５の焦点を調整する。その上、追跡モジュール９５０によって行われる校正はまた、ＩＭＵ９８０から受け取った情報も考慮する。加えて、ヘッドセット９０５の追跡が、失われる場合（例えば、撮像デバイス９３５が、少なくともあるしきい数のロケータ９２０の視線を失う）、追跡モジュール９５０は、システム環境１００のいくつかまたはすべてを再校正する。
【０１３７】
追跡モジュール９５０は、撮像デバイス９３５からの低速校正情報を使用してヘッドセット９０５の動きを追跡する。追跡モジュール９５０は、低速校正情報およびヘッドセット９０５のモデルから観測ロケータを使用してヘッドセット９０５の基準点の位置を決定する。追跡モジュール９５０はまた、高速校正情報から位置情報を使用してヘッドセット９０５の基準点の位置を決定もする。加えて、いくつかの実施形態では、追跡モジュール９５０は、ヘッドセット９０５の将来の場所を予測するために、高速校正情報、低速校正情報、またはそれらのある組み合わせの一部分を使用してもよい。追跡モジュール９５０は、ヘッドセット９０５の推定されたまたは予測された将来の位置をＶＲエンジン９５５に提供する。
【０１３８】
ＶＲエンジン９５５は、システム環境１００内のアプリケーションを実行し、追跡モジュール９５０からヘッドセット９０５の位置情報、加速度情報、速度情報、予測された将来の位置、またはそれらのある組み合わせを受け取る。受け取った情報に基づいて、ＶＲエンジン９５５は、ユーザに提示するためにヘッドセット９０５に提供すべきコンテンツを決定する。例えば、受け取った情報が、ユーザが左に目を向けていることを示す場合、ＶＲエンジン９５５は、仮想環境内でのユーザの動きを映すヘッドセット９０５のためにコンテンツを生成する。加えて、ＶＲエンジン９５５は、触覚アセンブリ９４０から受け取ったアクション要求に応答してコンソール９１０上で実行するアプリケーション内のアクションを行い、アクションが行われたというフィードバックをユーザに提供する。提供されるフィードバックは、ヘッドセット９０５を介した可視もしくは可聴フィードバックまたは触覚アセンブリ９４０を介した触覚フィードバックであってもよい。
【０１３９】
追加の構成情報
本開示の実施形態の前の記述は、説明のために提示されており、それは、包括的であることまたは本開示を開示される正確な形に限定することを目的としていない。当業者は、多くの変更および変形が、上の開示に照らして可能であることを認識することができる。
【０１４０】
この記述のいくつかの部分は、情報への動作のアルゴリズムおよび象徴的表現の観点から本開示の実施形態を述べる。これらのアルゴリズム的記述および表現は、データ加工分野の当業者によって、彼らの仕事を他の当業者に効率良く伝えるために、よく使用される。これらの動作は、機能的に、計算的に、または論理的に述べられるが、コンピュータプログラムもしくは等価な電気回路、マイクロコード、または類似のものによって実施されるべきと理解される。さらに、一般性を失うことなく、モジュールとして動作のこれらの配置に言及することはまた、時には便利であることも分かっている。述べられる動作およびそれらの関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組み合わせで具体化されてもよい。
【０１４１】
本明細書で述べられるステップ、動作、またはプロセスのいずれかは、１つもしくは複数のハードウェアもしくはソフトウェアモジュールを用いて、単独で、または他のデバイスと組み合わせて行われるまたは実施されてもよい。一実施形態では、ソフトウェアモジュールは、コンピュータプログラムコードを含有するコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品を用いて実施され、コンピュータプログラムコードは、述べられるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを行うためのコンピュータプロセッサによって実行されてもよい。
【０１４２】
本開示の実施形態はまた、本明細書での動作を行うための装置に関することもある。この装置は、必要とされる目的のために特別に構築されてもよくかつ／またはそれは、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に始動されるまたは再構成される汎用計算デバイスを備えてもよい。そのようなコンピュータプログラムは、非一時的で、有形のコンピュータ可読記憶媒体、または電子的命令を記憶するのに適した任意の種類の媒体に記憶されてもよく、それらの媒体は、コンピュータシステムバスに結合されてもよい。さらに、本明細書で言及される任意の計算システムは、単一プロセッサを含んでもよくまたは計算能力の増加のために多重プロセッサ設計を用いるアーキテクチャであってもよい。
【０１４３】
本開示の実施形態はまた、本明細書で述べられる計算プロセスによって生産される製品に関することもある。そのような製品は、計算プロセスから生じる情報を含んでもよく、その情報は、非一時的で、有形のコンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピュータプログラム製品または本明細書で述べられる他のデータ組み合わせの任意の実施形態を含んでもよい。
【０１４４】
最後に、本明細書で使用される言語は主に、読みやすさおよび教示目的のために選択されており、その言語は、発明の主題の輪郭を確定するまたは境界を明確にするために選択されていない。従って、本開示の範囲は、この詳細な記述によって限定されず、むしろ本明細書に基づく出願に由来する任意の請求項によって限定されることを目的とする。それに応じて、実施形態の開示は、次の請求項において説明される、本開示の範囲の実例となるものであって、限定するものではないことを目的とする。
【図１】
0006811328.tif 000002
【図２】
0006811328.tif 000003
【図３】
0006811328.tif 000004
【図４】
0006811328.tif 000005
【図５Ａ】
0006811328.tif 000006
【図５Ｂ】
0006811328.tif 000007
【図５Ｃ】
0006811328.tif 000008
【図５Ｄ】
0006811328.tif 000009
【図６】
0006811328.tif 000010
【図７】
0006811328.tif 000011
【図８】
0006811328.tif 000012
【図９】
0006811328.tif 000013