CN108122352A - 用于触觉反馈的磁敏弹性体 - Google Patents

用于触觉反馈的磁敏弹性体 Download PDF

Info

Publication number
CN108122352A
CN108122352A CN201711183552.0A CN201711183552A CN108122352A CN 108122352 A CN108122352 A CN 108122352A CN 201711183552 A CN201711183552 A CN 201711183552A CN 108122352 A CN108122352 A CN 108122352A
Authority
CN
China
Prior art keywords
elastomeric material
magnetic
electromagnetic coil
particle
user
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711183552.0A
Other languages
English (en)
Inventor
V·克斯卡瓦
M·艾尔卢尼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Immersion Corp
Original Assignee
Immersion Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Immersion Corp filed Critical Immersion Corp
Publication of CN108122352A publication Critical patent/CN108122352A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/064—Circuit arrangements for actuating electromagnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/3605—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by their material
    • F16F1/361—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by their material comprising magneto-rheological elastomers [MR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
    • G06F1/163—Wearable computers, e.g. on a belt
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B6/00—Tactile signalling systems, e.g. personal calling systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/255—Magnetic cores made from particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H01F27/2828—Construction of conductive connections, of leads

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

本公开涉及系统和触觉致动器，并且适当地涉及由对弹性体材料内的磁性颗粒的磁场的响应而产生的触觉致动。这种系统和触觉致动器可用于包括作为可穿戴装置或配件的元件，以及其他需要触觉反馈的应用和装置中的结构材料。

Description

用于触觉反馈的磁敏弹性体
技术领域
本公开涉及系统和触觉致动器，并且适当地涉及由对弹性体材料内的磁性颗粒的磁场的响应而得到的触觉致动。这种系统和触觉致动器可用于包括作为可穿戴装置或配件的元件的结构材料以及其他需要触觉反馈的应用和装置。
背景技术
用于可穿戴装置或配件的触觉反馈传统上是基于使用偏心旋转质量块(ERM)电机和线性谐振致动器(LRA)。然而，这些类型的致动器通常体积庞大并且常常需要大量的电力，使得它们难以集成到衣服或其他可穿戴装置或配件(即，首饰等)中。形状记忆合金也已经用于可穿戴装置，但是同样地，能耗常常限制了它们的适用性和集成便利度。
需要一种能够容易地在可穿戴装置和配件物品中应用的简单机构来为用户提供触觉反馈。
发明内容
本公开涉及一种包括用于向用户提供触觉反馈的磁敏弹性体的系统，其中，用于提供触觉反馈的系统可用于诸如可穿戴装置和配件物品的各种应用中。
在示例性实施例中，本文中提供了一种用于向用户提供触觉反馈的系统。在实施例中，所述系统包括：弹性体材料；磁性颗粒，分散在所述弹性体材料中；以及电磁线圈，取向成在所述弹性体材料处产生磁场。
本文中还提供了一种用于向用户提供触觉反馈的系统，所述系统包括：弹性体材料；磁性颗粒，分散在所述弹性体材料中；电磁线圈，取向成在所述弹性体材料处产生磁场；电源，与所述电磁线圈连接；以及壳体，用于容纳所述弹性体材料、所述电磁线圈和所述电源。
在另外的实施例中，本文中提供了一种用于借助系统向用户提供触觉反馈的方法，所述系统包括：弹性体材料；磁性颗粒，分散在所述弹性体材料中；电磁线圈，取向成在所述弹性体材料处产生磁场，以及电源，与所述电磁线圈连接。所述方法适当地包括向所述电源发送激活信号；用所述电磁线圈产生磁场；以及响应于所述磁场而改变所述弹性体材料的模量，以向所述用户提供触觉反馈。
附图说明
根据以下对实施例的描述并且如附图中例示的，可更好地理解本技术的以上和其他特征和方面。并入本文中形成本说明书的一部分的附图还用于例示本技术的原理。附图中的部件不一定按比例。
图1A示出了本发明的实施例的用于提供触觉反馈的系统。
图1B示出了本发明的实施例的通过线B-B截取的图1A中所示系统的截面图。
图2A至图2C示出了本发明的实施例的用于提供触觉反馈的系统的不同取向。
图3示出了本发明的实施例的系统内磁性颗粒的磁极的对准。
图4A至图4B示出了本发明的实施例的用于向用户提供触觉反馈的附加系统的截面图。
图5A示出了本发明的实施例的向用户提供触觉反馈的、如本文中描述的系统。
图5B示出了本发明的实施例的充当传感器的、如本文中描述的系统。
具体实施方式
将详细描述各种实施例，其中一些实施例参照了附图。对各种实施例的引用并没有限制其所附权利要求的范围。另外，本说明书中阐述的任何实施例不旨在限制性的，仅仅阐述了所附权利要求的许多可行实施例中的一些。
酌情地，以单数使用的术语也将包括复数，反之亦然。在本文中使用“a”意指“一个或多个”，除非另有说明或者在使用“一个或多个”显然不合适的情况下。使用“或”意指“和/或”，除非另有说明。使用“包括(comprise,comprises,comprising,include,includes,including)”、“具有(has,having)”是可互换的，不旨在限制性的。术语“诸如”也不旨在限制性的。例如，术语“包括(including)”应当意指“包括，但不限于”。
在实施例中，本文中提供了用于向用户提供触觉反馈的系统。如本文中使用的，“触觉反馈”或“触觉反馈信号”是指借助触觉从如本文中描述的系统传递到用户的诸如振动、纹理和/或热等信息。
在示例性实施例中，如图1A中所示，用于向用户提供触觉反馈的系统100包括弹性体材料102，在弹性体材料102中分散有磁性颗粒104。在系统100中还包括电磁线圈106(参见图1B)。电磁线圈106取向成在弹性体材料102处提供磁场。
在实施例中，系统100还包括壳体108，壳体108包含弹性体材料102和电磁线圈106。如本文中使用的，“壳体”是指可用于将弹性体材料102保持成所需形状、构造和位置的容器、装置、材料(包括如本文中定义的结构材料)等，使得电磁线圈106可对其产生作用。
如本文中使用的，术语“弹性体材料”或“弹性体”是指根据分散在其中的磁性颗粒的状态及其与磁场的相互作用而表现出粘弹性以及弹性性能的天然或合成聚合物。如本文中所述的弹性体材料能够承受非永久变形，在应变后恢复到原始尺寸和形状。通常，弹性体与其他材料相比具有弱的分子间力、低的杨氏模量和高的破坏应变。用于本文中的示例性弹性体材料包括各种橡胶(天然和合成二者)以及可包括聚氨酯、硅基材料和丙烯酸树脂的两种组分材料。聚合材料可选自本文中所述的材料，包括例如诸如硅树脂、天然橡胶和合成橡胶的软聚合物材料，或诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯萘(PEN)、硅基聚合物、聚氨酯、热塑性塑料、热塑性-弹性体、热固性材料和填充有天然或合成填料的聚合物复合物的材料。
如图1A中所示，壳体108可容纳多于一个弹性体材料102，包括2个、3个、4个、5个、6个、7个，8个、9个、10个、15个、20个、30个、40个、50个弹性体材料102等，弹性体材料102的单独区域或片段，或者可包含可覆盖或包围壳体108的表面积和/或体积的大部分(即，超过50％)的弹性体材料102的较大片段。应该理解，虽然弹性体材料102显示为容纳在壳体108内，但不必在所有实施例中都利用壳体，并且弹性体材料可在不使用壳体108的情况下如本文中描述地起作用。
图1B示出了通过线B-B截取的系统100的剖视图。如图所示，弹性体材料102可安置在壳体108内，可能伸到壳体108的上边缘120的上方。然而，在其他实施例中，弹性体材料102可完全容纳在壳体108内，或者可具有与壳体的上边缘120相等或齐平的上部部分。如图1B中所示，壳体108适当地提供用于弹性体材料102的一种固定器或容器，为弹性体材料提供结构和几何形状。
如图1B中所示，电磁线圈106可设置在弹性体材料102下方，使得当(例如，由电源110)供电时，在弹性体材料处或通过弹性体材料产生磁场(图1B中的F1)。如本文中所述的，在弹性体材料的方向上或在弹性体材料处产生磁场导致弹性体材料的力学和材料特性变化，因为分散在其中的磁性颗粒与磁场相互作用。
如本文中使用的，“磁性颗粒”是指磁场可对其产生作用的材料颗粒，导致取决于磁场方向的吸引或排斥。根据本发明的实施例的弹性体材料适当地包含分散在材料内的多个磁性颗粒。如本文中使用的，“多个”磁性颗粒104是指多于1个、适当地多于5个、多于10个、多于50个、多于100个、多于1000个，以及例如，大约是几万到几十万到几百万的分散在弹性体材料中的磁性颗粒。本文中使用的“分散”适当地是指均质混合物，尽管也可在弹性体材料102中使用磁性颗粒104的非均质混合物，使得在实施例中，弹性体材料包含均匀分布(即，均质地)于整个弹性体材料体积的磁性颗粒。如图1A和图1B中例示性示出的，磁性颗粒104以均匀的均质方式适当地分布。包含在弹性体材料内的磁性颗粒104的量或数量也可表示或体现为弹性体材料102的体积百分比。例如，所存在的磁性颗粒104是弹性体材料102体积的大约5％至大约70％，包括例如是弹性体材料102体积的大约10％至大约65％、大约20％至大约60％、大约30％至大约50％、大约30％至大约40％或大约20％、大约30％、大约40％、大约50％、大约60％或大约65％。
在示例性实施例中，磁性颗粒可包括微米尺寸或纳米尺寸的磁性材料颗粒。例如，磁性颗粒104可以是诸如铁、镍、钴、碳素铁、氧化铁和稀土材料(例如，钕)的磁性材料的纳米颗粒。术语“纳米颗粒”包括尺寸为大约5-500nm的磁性颗粒，包括高达大约1μm，尽管适当地在大约50-300nm或大约50-200nm的范围内。“微米”尺寸的磁性材料的尺寸适当地为大约1μm至大约50μm、或大约1μm至大约20μm、或大约1μm至大约10μm。
电磁线圈106适当地是诸如导线的导电纤维线圈，包括例如铜线圈。电磁线圈106可以是空心线圈，其是指围绕非磁性中心(包括空心)的导电材料绕组。电磁线圈在本领域中是已知的，是指制成为线圈、螺旋形状的电导体，其由于电流通过线圈而产生磁场。
电磁线圈106可包含任何合适的导电材料，并且在实施例中，包括导电材料的导线。导电材料的示例包括金属(诸如，铝、铜、金和铬)、透明导电氧化物(“TCO”，诸如，掺杂锡的氧化铟(“ITO”)和掺杂铝的氧化锌(“AZO”))、透明碳纳米管(CNT)、透明导电聚合物(诸如，聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(“PEDOT”)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(“PEDOT：PSS”)和聚(4,4-二辛基环戊二噻吩))和各种导电纤维。另外，电磁线圈106可用导电纳米颗粒或纳米线来形成，并且可具有任何合适的纳米形状或几何形状，包括例如可充当基本透明导体的银纳米线。线圈的其他实施例可具有不同于纳米尺度的尺度。
在示例性实施例中，电磁线圈106的结构可以是平面的(即，基本上平坦)，或者可具有通常大约几百微米至毫米至几厘米的厚度。在实施例中，电磁线圈106可由导线形成为平面螺旋图案，其中相比于现有绕组，每个绕组与电磁线圈106的中心部分的距离越来越大。
可以通过任何合适的方法来形成电磁线圈106。例如，可使用掩模技术，其中，将掩模施用于衬底，暴露将要沉积导电材料的区域，而其余区域被覆盖/掩蔽。可使用粘合带或成熟的光致刻蚀剂或任何其他合适方法来实现掩模。然后，通过化学/物理气相沉积或任何其他合适技术，将导电材料层沉积在被掩蔽的衬底上。基于在特定应用中将使用的电流的大小，所沉积金属的厚度的范围可从纳米到微米尺度或更大。在另一个示例中，导电膜可以沉积在衬底上。随后，可通过例如在微电子行业中熟知的光刻技术进行选择性蚀刻来去除膜的一部分，留下所需的线圈。在另一示例中，可使用三维打印(“3-D打印”)技术将电磁线圈106印刷到衬底上。在另外的实施例中，可通过将导电材料(例如，导线)卷绕或旋转成所需的形状、构造和尺寸来简单地制备电磁线圈106。
虽然在如图1B中所示的示例性实施例中，电磁线圈106可置于弹性体材料102的下面，但是在本文中还呈现出其他取向，只要来自电磁线圈106的磁场能够作用于弹性体材料102或与弹性体材料102相互作用。例如，如图2A中所示，电磁线圈106可放置在弹性体材料102上方(图2A表示弹性体材料102的俯视图)，或者在图2B中，可放置在弹性体材料102旁边(任一侧)。应该注意，电磁线圈106和弹性体材料102的尺寸仅仅是出于例示目的示出的，并且它们的尺寸以及元件的尺寸关系不是限制性的。在其他实施例中，例如，如图2C中所示，电磁线圈106可缠绕弹性体材料102或以其他方式包围在弹性体材料102周围。在另外的实施例中，电磁线圈可直接集成或模制在弹性体材料102中或壳体108中，以提供如本文中所述的磁场。只要磁场能够作用在弹性体材料102，电磁线圈106的取向就可按照期望或需要的任何方式来提供。
壳体108可由任何合适的材料制成，包括例如各种橡胶、塑料、金属、织物和聚合物，包括诸如硅树脂、天然橡胶和合成橡胶的软聚合物材料或诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)和聚乙烯萘(PEN)的刚性材料。壳体108可具有适用于特定应用的任何厚度。例如，壳体108可具有从几毫米到几厘米到几十或几百厘米的厚度范围。通常，壳体108的厚度将由本文中描述的系统的最终期望使用来决定。要注意，如果根据本发明的实施例的壳体108足够薄，则它可以是柔性的，即使制成它的材料的特点为“刚性”。根据应用，可将透明或不透明的材料用于壳体。壳体可制成具有适用于特定应用和/或环境的其他性质。例如，如果预期电磁线圈106或电源110产生热量或者放置在高温环境中，则可使用诸如的耐高温材料作为壳体108，其中是长链聚酰胺(LCPA)。
如本文中所述，在被来自电磁线圈106的磁场作用时，磁性颗粒在弹性体材料中的微结构或分散状态经历变化。响应于外部磁场，磁性颗粒进行排列并且可改变弹性体材料的流变性。弹性体材料的这种磁敏感性质、磁弹性性质或磁流变性质为用户创建了触觉反馈。例如，弹性体材料可从粘性材料变成具有较高弹性模量的材料，从而得到更硬的材料。用户可感觉到该模量改变是例如作为带或手镯的元件的弹性体材料(包括其中包含弹性体材料的壳体108)的刚度增加，或者可观察到该模量改变是弹性体材料从包含弹性体材料的壳体或结构中伸出或推出。
在实施例中，本文中所述的系统还包括与电磁线圈106连接(即，通过电连接或无线电力连接)的电源110(例如，如图1B中所示)。在向电磁线圈106供电时，生成或产生磁场F1，磁场F1指向弹性体材料。在实施例中，电源110可与电磁线圈106永久地连接，或者在其他实施例中，可与电磁线圈106分离并且随后进行连接。电源110可与电磁线圈106一起作为集成部件，或者可单独提供或随后提供，以向电磁线圈106供电。电源110提供的电量适当地为大约0.1瓦(W)至大约10W，或更适当地大约0.5W至大约5W，或大约1W至大约5W，或大约0.5W、大约1W、大约2W、大约3W、大约4W或大约5W。
在另外的实施例中，电磁线圈106和/或电源110可封装在包封材料(例如，防水材料或聚合物)中，从而诸如在清洗可穿戴装置时或者在存在水的地方穿戴可穿戴制品期间，允许电磁线圈106和/或电源100与水接触。用作包封材料的示例性材料包括诸如橡胶、硅树脂、硅树脂弹性体、Teflon(特氟隆)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)等各种聚合物。
如通篇所描述的，在实施例中，系统100和/或壳体108可以是结构材料的一部分，并且适当地可以是可穿戴装置的一部分。如本文中使用的，“结构材料”意指用于构造可穿戴装置、个人配件、行李等的材料。结构材料的示例包括：纤维织物和纺织品，诸如，棉、丝、羊毛、尼龙、人造丝、合成纤维、法兰绒、亚麻、涤纶、这些纤维织物的织造物或共混物等；皮革；麂皮；柔韧金属，诸如箔；Kevlar等。可穿戴装置的示例包括：服装；鞋类；假体，诸如假肢；头饰，诸如帽子和头盔；穿戴在身上的运动器材；以及防护装备，诸如防弹背心、头盔和其他防弹衣。个人配件包括：眼镜；领带和围巾；腰带和吊带；首饰，诸如手镯、项链和手表(包括表带和皮带)；钱包、皮夹子和行李牌等。行李包括：手提包、钱包、旅行包、手提箱、背包，包括这些物品的手柄等。
除了可穿戴装置和结构材料之外，本文中描述的系统可集成到各种装置中或者与各种装置联合使用，这些装置包括例如移动电话、平板电脑、触摸板、游戏系统和控制台、计算机、汽车等。例如，系统可集成到键盘或触摸板中，使得响应于用户的触摸或压力，弹性体材料的材料性质发生改变，例如，响应于用户的触摸而从凝胶状变成固体状，或者在已经达到用户交互的一定阈值或时间之后，从固体状变成凝胶状。在使用弹性体材料的多个片段或区域的实施例中，弹性体材料可单独地改变其材料性质，或者多个片段可一起改变，这取决于所需的效果和应用。
在示例性实施例中，可通过将聚合物基质溶解在适宜溶剂中来制备包括磁性颗粒104的弹性体材料102。然后，可将磁性颗粒104(诸如，磁性纳米颗粒或微米级磁性颗粒)添加到溶液中。如有必要，可稳定磁性颗粒以防止它们凝结。例如，某些分子可能附着或束缚到磁性颗粒表面，以克服磁性颗粒之间的吸引力。然后，可干燥溶剂，以将磁性颗粒保持在它们的位置。
对于不可溶的聚合物材料(诸如，聚丙烯和聚乙烯)，可使用熔体混合技术来制备弹性体材料102。在进行熔体混合时，首先，将聚合物添加到混合室中，并且加热至其熔融温度。聚合物熔体表现得像液体一样。然后，将磁性颗粒104加入到高温下的熔体中。随后可使用热压设备将带有分散的磁性颗粒的聚合物熔体模制成任何所需形状。在利用单组分弹性体的实施例中，必需包括另外的添加剂(诸如，固化剂、增塑剂、促进剂、催化剂等)。
在本文中描述的实施例中，制造方法还会需要将磁性颗粒104的磁极302确定取向的步骤，例如如图3中所示。这适当地在固化之前或期间执行，诸如使磁极(箭头指示负电荷，+指示正电荷)排列，使得它们在最终的弹性体材料中没有彼此抵消。通常，可使用永磁体或其他磁场使磁极排列来执行排列。
在另外的实施例中，例如，如图4A和图4B中所示，本文中所述的系统还可包括向用户提供静电反馈或静电交互的元件。
例如，如图4A中所示，示出了系统400的截面图，系统400包括壳体108、与电磁线圈106连接的电源110和包含分散的磁性颗粒104的弹性体材料102，系统还可包括导体402(适当地连接到电源110或其他电源)和与导体402关联的绝缘体404，以便向用户提供静电反馈。当用户接近绝缘体404或与绝缘体404接触时，用户感觉到静电交互，例如振动形式的交互(例如，在大约几赫兹至几十千赫兹的范围内)。
图4B示出了另外的实施例，其中，系统406包括壳体108、与电磁线圈106连接的电源110和包含分散的磁性颗粒104的弹性体材料102，并且系统还包括导体402和与导体402关联的绝缘体404，以便向用户提供静电反馈。在图4B中示出的实施例中，绝缘体和导体放置在电磁线圈106的附近或邻近处，使得在用户接触或接近弹性体材料102时，将通过弹性体材料102感觉到静电反馈或交互。
在示例性实施例中，导体402可由与弹性体材料102类似或相同的材料来制备，但是包括导电材料，例如，碳纳米管、石墨、炭黑、石墨烯等。导体402和绝缘体404将适当地是非常薄的层(大约几百微米到几十毫米)，以便不妨碍用户与本文中所述的系统的弹性体材料102的交互。
在其他实施例中，还提供了用于借助本文中所述的系统向用户提供触觉反馈的方法。如所指出的，系统100适当地包括其中分散有磁性颗粒的弹性体材料，并且取向成在弹性体材料处产生磁场的电磁线圈。在实施例中，电源与电磁线圈连接。如图5A中所示，这些方法包括将激活信号502发送到电源。激活信号502适当地是源自例如移动电话、平板电脑、计算机、汽车界面或游戏控制台等的无线激活信号。激活信号502例如可指示接收到电话呼叫、文本消息、电子邮件、来自游戏控制台的信号和/或来自汽车的计算机消息等。在接收到激活信号时，通过电磁线圈106产生磁场。磁场与弹性体材料102中的磁性颗粒104相互作用，这进而导致弹性体材料的力学或材料性质发生改变或变化，包括例如增大或减小弹性体材料的模量(弹性模量)。弹性体材料的材料性质的改变(包括例如弹性体材料的模量增大)为用户提供了触觉反馈504。
另外的示例包括本文中描述的与诸如游戏控制器、系统或控制台、计算机、平板电脑、汽车或卡车接口或计算机、自动支付机或售货亭(kiosk)、各种键盘装置、电视机、各种机器等装置关联的系统。在这些实施例中，可向致动器驱动电路提供激活信号，以响应于源自或来自外部装置的信号来向用户提供触觉反馈。该装置还可以是本身包含本文中所述的触觉反馈系统的各种部件的可穿戴装置的一部分。可由装置提供的示例性反馈或信号包括例如来自第三方的进入消息或通信的指示、警告信号、游戏交互、驾驶员感知信号、计算机提示等。
在另外的实施例中，本文中所述的系统可与虚拟现实或增强现实系统集成或者是其一部分。在这些实施例中，当用户与虚拟或增强现实系统交互时，智能材料可向他或她提供触觉反馈，从而提供由虚拟现实或增强现实部件和装置所发起的响应或反馈。
在另外的实施例中，还适当地包括控制器，以在系统和装置之间提供接口，如本文中所述。控制器的部件在本领域中是熟知的，并且适当地包括例如总线、处理器、输入/输出(I/O)控制器和存储器。总线将控制器的各种部件(包括I/O控制器和存储器)与处理器联接。总线通常包括控制总线、地址总线和数据总线。然而，总线可以是适用于在控制器中的部件之间传递数据的任何总线或总线的组合。
处理器可包括配置成处理信息的任何电路，并且可包括任何合适的模拟或数字电路。处理器还可包括执行指令的可编程电路。可编程电路的示例包括微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)或适于执行指令的任何其他处理器或硬件。在各种实施例中，处理器可包括单个单元或两个或多个单元的组合，其中，这些单元物理地位于单个控制器中或分开的装置中。
I/O控制器包括监控控制器和外围设备或外部装置的运作的电路。I/O控制器还管理控制器和外围设备或外部装置之间的数据流。I/O控制器可与其交互的外围设备或外部装置的示例包括开关、传感器、外部存储装置、监控器、输入装置(诸如，键盘、鼠标或按钮)、外部计算装置、移动装置和发送器/接收器。
存储器可包括易失性存储器(诸如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦写可编程只读存储器(EERPOM)、闪存存储器、磁存储器、光学存储器或任何其他合适的存储器技术)。存储器还可包括易失性和非易失性存储器的组合。
存储器配置成存储供处理器执行的多个程序模块。这些模块可例如包括事件检测模块、效果确定模块和效果控制模块。每个程序模块是执行一个或多个特定任务的数据、日常活动、对象、调用和其他指令的集合。虽然本文中公开了某些程序模块，但是在各种实施例中，可由单个程序模块、不同模块组合、除了本文中公开的模块外的模块或与控制器通信的远程装置所执行的模块来执行针对各模块描述的各种指令和任务。
在本文中描述的实施例中，可包括无线收发器(包括Bluetooth或红外收发器)的控制器可集成到本文中描述的结构材料中，或者与结构材料分离。在另外的实施例中，控制器可以在与结构材料分离的单独设备上，但是借助有线或更适当的无线信号进行适当连接，以便向本文中描述的系统的各种部件和智能材料提供激活信号302。
在示例性实施例中，电磁线圈可用交流电源进行操作，从而造成由此产生的磁场快速变化。这种磁场从一种极性快速变成另一种极性的振荡可致使弹性体材料快速改变性质(从一种材料状态到另一种材料状态需时大约几毫秒到几十毫秒)，从而为用户产生振动触觉反馈。该振动触觉反馈的频率可以是大约10Hz至大约1kHz，或大约100Hz至大约1kHz等。
在其他实施例中，如图5B中所示，用户交互560可致使包含磁性颗粒104的弹性体材料102压缩或改变形状(例如，从图5A中的原始形状510到图5B中的改变后的压缩形状520。形状或压缩的这种变化可导致与系统关联的电动势的可测量变化，使得该系统可用作测量用户交互的传感器。用户交互还可改变电磁线圈106的位置，进而影响电动势的尺度或大小。电动势的变化可测量为电磁线圈和含有磁性颗粒的弹性体材料之间的电压或磁通量的变化。这种“反向”电动势(即，响应于用户的交互)可转换成压力测量，以供压力传感器所用。另外，使用本文中所述的系统作为传感器可以进一步与各种电子器件集成。通过这些电子器件，可通过电动势的变化来确定用户输入或与装置(例如，电话、游戏系统、计算机等)的交互，然后将其作为用户反馈转化给装置。附加传感器元件(例如，电阻、电容、基于紫外线或光的传感器)也可与系统集成，使得本文中的系统可同时充当致动器和传感器。
上述各种实施例仅以例示的方式来提供，不应该解释为限制所附权利要求。本领域的技术人员将容易地认识到，可在不追随本文所例示和描述的示例性实施例和应用、并且不脱离所附权利要求的真实精神和范围的情况下，进行各种修改和变化。

Claims (20)

1.一种用于向用户提供触觉反馈的系统，包括：
a.弹性体材料；
b.磁性颗粒，分散在所述弹性体材料中；以及
c.电磁线圈，取向成在所述弹性体材料处产生磁场。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：容纳所述弹性体材料和所述电磁线圈的壳体。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述壳体是可穿戴装置的一部分。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电磁线圈包含铜。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电磁线圈包含导电纤维。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁性颗粒包括磁性材料的纳米颗粒。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述弹性体材料包含橡胶、聚氨酯、硅树脂或丙烯酸塑料。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括：与所述电磁线圈连接的电源。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括：导体和与所述导体关联的绝缘体，以便向所述用户提供静电反馈。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，排列所述磁性颗粒的磁极。
11.一种用于向用户提供触觉反馈的系统，包括：
a.弹性体材料；
b.磁性颗粒，分散在所述弹性体材料中；
c.电磁线圈，取向成在所述弹性体材料处产生磁场；
d.电源，与所述电磁线圈连接；以及
e.壳体，容纳所述弹性体材料、所述电磁线圈和所述电源。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述磁性颗粒包括磁性材料的纳米颗粒。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述弹性体材料包含橡胶、聚氨酯、硅树脂或丙烯酸塑料。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，排列所述磁性颗粒的磁极。
15.根据权利要求11所述的系统，包括在所述壳体内的弹性体材料的多个片段。
16.一种用于借助系统向用户提供触觉反馈的方法，所述方法包括：
i.提供一种系统，包括，
a.弹性体材料，
b.磁性颗粒，分散在所述弹性体材料中，
c.电磁线圈，取向成在所述弹性体材料处产生磁场，以及
d.电源，与所述电磁线圈连接；
i.向所述电源发送激活信号；
ii.用所述电磁线圈产生磁场；以及
iii.响应于所述磁场而改变所述弹性体材料的模量，以向所述用户提供触觉反馈。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述产生包括产生振荡磁场，从而得到对于所述用户的振动触觉反馈。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述振动触觉反馈发生在大约100Hz至大约1kHz的频率。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：测量由于所述用户与所述弹性体材料或所述电磁线圈交互而导致的电动势。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述弹性体材料的模量增大。
CN201711183552.0A 2016-11-28 2017-11-23 用于触觉反馈的磁敏弹性体 Pending CN108122352A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/362,122 2016-11-28
US15/362,122 US10381143B2 (en) 2016-11-28 2016-11-28 Magneto-sensitive elastomers for haptic feedback

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108122352A true CN108122352A (zh) 2018-06-05

Family

ID=60119822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711183552.0A Pending CN108122352A (zh) 2016-11-28 2017-11-23 用于触觉反馈的磁敏弹性体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10381143B2 (zh)
EP (1) EP3327547A1 (zh)
JP (1) JP2018086648A (zh)
KR (1) KR20180061010A (zh)
CN (1) CN108122352A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109504097A (zh) * 2019-01-09 2019-03-22 兰州理工大学 一种复合磁敏弹性体及其制备方法
CN110096147A (zh) * 2019-04-17 2019-08-06 北京航空航天大学 一种基于高密度柔性电磁线圈阵列驱动的主动纹理呈现装置
CN111685918A (zh) * 2020-05-25 2020-09-22 上海工程技术大学 一种刚度可调节的足部假肢装置
CN114366117A (zh) * 2022-02-08 2022-04-19 浙江柔灵科技有限公司 一种基于磁性粒子的柔性反馈系统
WO2022174760A1 (zh) * 2021-02-22 2022-08-25 维沃移动通信有限公司 书写装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11036295B2 (en) 2016-11-23 2021-06-15 Microsoft Technology Licensing, Llc Electrostatic slide clutch
US11024449B2 (en) * 2017-06-06 2021-06-01 Apple Inc. Multipole elastomeric magnet with magnetic-field shunt
US10416772B2 (en) 2017-09-06 2019-09-17 Apple Inc. Electrical haptic output array
US10775890B2 (en) 2017-09-27 2020-09-15 Apple Inc. Electronic device having a piezoelectric body for friction haptics
US10585482B2 (en) * 2017-09-27 2020-03-10 Apple Inc. Electronic device having a hybrid conductive coating for electrostatic haptics
US10248211B1 (en) 2017-09-28 2019-04-02 Apple Inc. Ground-shifted touch input sensor for capacitively driving an electrostatic plate
JP6576412B2 (ja) * 2017-11-17 2019-09-18 本田技研工業株式会社 サブフレーム用のマウント
WO2019116135A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 King Abdullah University Of Science And Technology Multimodal strain sensor and method
CN108536300B (zh) * 2018-04-16 2020-07-24 京东方科技集团股份有限公司 可穿戴设备、电子系统及设备、触感反馈方法及存储介质
US11023047B2 (en) 2018-05-01 2021-06-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Electrostatic slide clutch with bidirectional drive circuit
US10852825B2 (en) * 2018-09-06 2020-12-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Selective restriction of skeletal joint motion
DE102018215405A1 (de) * 2018-09-11 2020-03-12 Continental Automotive Gmbh Bedienvorrichtung
US10890974B2 (en) * 2018-11-07 2021-01-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Electromagnetically actuating a haptic feedback system
US10860102B2 (en) 2019-05-08 2020-12-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Guide for supporting flexible articulating structure
US11061476B2 (en) 2019-05-24 2021-07-13 Microsoft Technology Licensing, Llc Haptic feedback apparatus
US11054905B2 (en) 2019-05-24 2021-07-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Motion-restricting apparatus with common base electrode
US20230074323A1 (en) * 2020-11-09 2023-03-09 Ck Materials Lab Co., Ltd. Haptic device and haptic module

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0525316A (ja) * 1991-07-24 1993-02-02 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 磁気応答材料
US6982696B1 (en) * 1999-07-01 2006-01-03 Immersion Corporation Moving magnet actuator for providing haptic feedback
US20070023244A1 (en) * 2000-03-29 2007-02-01 Lord Corporation System comprising magnetically actuated motion control device
WO2012026332A1 (ja) * 2010-08-25 2012-03-01 パナソニック株式会社 磁気応答型弾性装置
US20150156581A1 (en) * 2010-09-01 2015-06-04 Mor Efrati Tactile low frequency transducer
WO2016090363A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Stc.Unm Method of dispersing nanoparticles in different mediums & methods to achieve superior thermoelectric performances in carbon nanotube polymer systems
WO2016154752A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 7725965 Canada Inc. Planar-shaped vibrotactile actuator
CN107092358A (zh) * 2008-12-10 2017-08-25 意美森公司 用于提供来自触觉纺织物的触觉反馈的方法和设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9058728B2 (en) 2010-11-05 2015-06-16 Georgia Tech Research Corporation Haptic systems, devices, and methods using transmission of pressure through a flexible medium

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0525316A (ja) * 1991-07-24 1993-02-02 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 磁気応答材料
US6982696B1 (en) * 1999-07-01 2006-01-03 Immersion Corporation Moving magnet actuator for providing haptic feedback
US20070023244A1 (en) * 2000-03-29 2007-02-01 Lord Corporation System comprising magnetically actuated motion control device
CN107092358A (zh) * 2008-12-10 2017-08-25 意美森公司 用于提供来自触觉纺织物的触觉反馈的方法和设备
WO2012026332A1 (ja) * 2010-08-25 2012-03-01 パナソニック株式会社 磁気応答型弾性装置
US20150156581A1 (en) * 2010-09-01 2015-06-04 Mor Efrati Tactile low frequency transducer
WO2016090363A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Stc.Unm Method of dispersing nanoparticles in different mediums & methods to achieve superior thermoelectric performances in carbon nanotube polymer systems
WO2016154752A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 7725965 Canada Inc. Planar-shaped vibrotactile actuator

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109504097A (zh) * 2019-01-09 2019-03-22 兰州理工大学 一种复合磁敏弹性体及其制备方法
CN110096147A (zh) * 2019-04-17 2019-08-06 北京航空航天大学 一种基于高密度柔性电磁线圈阵列驱动的主动纹理呈现装置
CN111685918A (zh) * 2020-05-25 2020-09-22 上海工程技术大学 一种刚度可调节的足部假肢装置
WO2022174760A1 (zh) * 2021-02-22 2022-08-25 维沃移动通信有限公司 书写装置
CN114366117A (zh) * 2022-02-08 2022-04-19 浙江柔灵科技有限公司 一种基于磁性粒子的柔性反馈系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20180151281A1 (en) 2018-05-31
JP2018086648A (ja) 2018-06-07
KR20180061010A (ko) 2018-06-07
EP3327547A1 (en) 2018-05-30
US10381143B2 (en) 2019-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108122352A (zh) 用于触觉反馈的磁敏弹性体
US10332365B2 (en) Smart material for haptic feedback
Wang et al. Stencil printing of liquid metal upon electrospun nanofibers enables high-performance flexible electronics
Fan et al. Highly robust, transparent, and breathable epidermal electrode
Shi et al. Smart textile‐integrated microelectronic systems for wearable applications
Pu et al. Human skin-inspired electronic sensor skin with electromagnetic interference shielding for the sensation and protection of wearable electronics
JP2018109999A (ja) 調整可能触覚装着具
Hwang et al. Machine-washable conductive silk yarns with a composite coating of Ag nanowires and PEDOT: PSS
Simegnaw et al. Review on the Integration of Microelectronics for E-Textile
Ma et al. Knitted fabrics made from highly conductive stretchable fibers
EP2374049B1 (en) Method and apparatus for providing haptic feedback from haptic textile
Vu et al. Flexible wearable sensors-an update in view of touch-sensing
Ruckdashel et al. Smart textiles: A toolkit to fashion the future
CN107943277A (zh) 薄型电磁触觉致动器
Repon et al. Progress in flexible electronic textile for heating application: A critical review
Song et al. Highly efficient patterning technique for silver nanowire electrodes by electrospray deposition and its application to self-powered triboelectric tactile sensor
Zhang et al. Magnetic/conductive/elastic multi-material 3D-printed self-powered sensing gloves for underwater/smoke environmental Human-Computer Interaction
US10007347B1 (en) Fiber actuator for haptic feedback
JP2018152066A (ja) 複合検知及び触覚フィードバックのための２機能ファイバー
Militky et al. Exceptional electromagnetic shielding properties of lightweight and porous multifunctional layers
Li et al. Recent progress in advanced units of triboelectric electronic skin
Liu et al. Stretchable conductive fabric enabled by surface functionalization of commercial knitted cloth
CN109077730A (zh) 肌肉微动探测元件、开关装置、人机交互系统及前端装置
Liu et al. Particle flow spinning mass-manufactured stretchable magnetic yarn for self-powered mechanical sensing
Peetz et al. BodyHub: A reconfigurable wearable system for clothing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180605