CN108810225A - 被配置为选择性地隐藏部件以免于触感感知的用户接口设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及被配置为选择性地隐藏部件以免于触感感知的用户接口设备。具体而言，给出了具有用户输入部件、机械超材料区域、一个或多个致动器以及控制单元的用户接口设备。机械超材料区域位于用户输入部件上方。一个或多个致动器耦合到机械超材料区域，机械超材料区域具有可用一个或多个致动器机械更改的内部结构，并且具有响应于由一个或多个致动器对内部结构的更改而改变的机械特性。控制单元与所述一个或多个致动器通信，并且被配置为确定用户输入部件是否将要被隐藏以免于触感感知并且激活一个或多个致动器以机械更改机械超材料区域的内部结构。

Description

被配置为选择性地隐藏部件以免于触感感知的用户接口设备

技术领域

本发明针对被配置为选择性地隐藏部件以免于触感感知的用户接口设备，并且在用户接口、游戏、汽车接口、可穿戴设备和消费电子产品中具有应用。

背景技术

人类在各种应用中与电子设备接口，并且对于更自然、易用和信息丰富的接口设备的需求一直是人们关注的问题。一些应用涉及与诸如个人计算机、便携式计算机、移动电话和家庭视频游戏控制台控制器之类的用户接口设备交互。用户可以通过从用户接口设备输入命令或数据来与计算环境进行交互。响应于用户与用户接口设备的交互，用户接口设备内或与用户接口设备通信的计算机系统可以更新计算环境。可以提供视觉反馈，以显示对计算环境的更新。一些用户接口设备可以包括诸如物理按钮或物理键盘之类的物理用户输入部件。在一些用户接口设备中，向用户提供触觉反馈(例如，触感反馈或运动感觉(kinesthetic)反馈)。当用户接口设备被使用时，触觉反馈(或者更一般地，触觉效果)可以与视觉和听觉反馈相结合。

发明内容

本文实施例的一方面涉及用户接口设备(例如，移动电话)，该用户接口设备包括用户输入部件、位于用户输入部件上方的机械超材料区域以及耦合到机械超材料区域的一个或多个致动器。机械超材料区域具有能够由一个或多个致动器更改的内部结构，并且具有响应于由一个或多个致动器对内部结构的更改而改变的机械特性。用户接口设备还包括与一个或多个致动器通信的控制单元。控制单元被配置为确定用户输入部件是否将要被隐藏以免于触感感知，并且被配置为响应于确定用户输入部件将要被隐藏以免于触感感知而激活一个或多个致动器以更改机械超材料区域的内部结构。

在实施例中，一个或多个致动器被配置为拉伸或压缩机械超材料区域。机械超材料区域的机械特性响应于机械超材料区域被拉伸或压缩而改变。

在实施例中，机械超材料区域包括矩形的机械超材料层。一个或多个致动器被配置为沿着矩形的机械超材料层的长度或宽度拉伸或压缩机械超材料区域。

在实施例中，控制单元还被配置为确定用户接口设备上的触觉效果是否将要被隐藏以免于触感感知，并且响应于确定触觉效果将要在用户接口设备上被隐藏而激活一个或多个致动器。

在实施例中，确定用户输入部件是否将要被隐藏以免于触感感知是基于在用户接口设备上运行的应用的身份的。

在实施例中，用户输入部件是键盘。控制单元被配置为响应于确定在用户接口设备上运行的应用是文本消息收发应用或文本编辑应用而确定要启用或保持启用用户输入部件的触感感知。

在实施例中，控制单元被配置为响应于确定在用户接口设备上运行的应用是视频观看应用而确定用户输入部件将要被隐藏以免于触感感知。

在实施例中，机械超材料区域是彼此隔离的至少第一机械超材料区域和第二机械超材料区域，使得可以在不改变第二机械超材料区域的机械特性的情况下改变第一机械超材料区域的机械特性。

在实施例中，用户输入部件是按钮并且是用户接口设备上的多个按钮之一。第一机械超材料区域和第二机械超材料区域中的每一个覆盖多个按钮中的不同按钮。

在实施例中，控制单元被配置为响应于确定当前由至少第一机械超材料区域和第二机械超材料区域中的一个机械超材料区域覆盖的所有按钮当前在正在用户接口设备上执行的应用中没有功能而使至少第一机械超材料区域和第二机械超材料区域中的所述一个机械超材料区域的内部结构改变。

在实施例中，用户输入部件是物理用户输入部件。

在实施例中，用户接口设备不包括泵层或流体层。

在实施例中，机械超材料区域的内部结构具有可以由一个或多个致动器更改的晶格结构。

在实施例中，机械超材料区域的内部结构具有孔的阵列，其中孔的阵列的相应孔的直径在7mm和10mm之间的范围内，并且具有可以由一个或多个致动器更改的形状。

在实施例中，响应于内部结构的更改而改变的机械特性是机械超材料区域的剪切模量和体积模量中的至少一个。

在实施例中，机械超材料区域由五模式超材料制成。

在实施例中，用户接口设备是移动电话，其中用户接口设备还包括显示设备，并且用户输入部件是与显示设备相邻的键盘。

在实施例中，用户接口设备是与主计算机通信的游戏控制台控制器，并且用户输入部件是按钮。

本文的实施例涉及一种用户接口设备，其包括具有第一表面的部件、位于第一表面上方的机械超材料区域以及耦合到机械超材料区域的激活设备。机械超材料区域具有能够由激活设备更改的内部结构，并且具有响应于激活设备对内部结构的更改而改变的机械特性。

在实施例中，部件是用户输入部件，并且激活设备包括一个或多个致动器，并且用户接口设备还具有与一个或多个致动器通信的控制单元。控制单元被配置为确定第一表面是否将要被隐藏以免于触感感知，并且响应于确定第一表面将要被隐藏以免于触感感知而激活一个或多个致动器以更改机械超材料区域的内部结构。

在实施例中，激活设备是耦合到机械超材料区域的可手动致动的部件，并且当被手动致动时被配置为更改机械超材料区域的内部结构。

在实施例中，手动可致动的设备是直接耦合到机械超材料区域的杠杆臂，或者是经由绳索耦合到机械超材料区域的旋钮。

通过阅读以下参考附图进行的详细描述，其实施例的特征、目标和优点将对本领域技术人员变得显然。

附图说明

根据附图中所示的实施例的以下描述，本发明的前述和其它特征和优点将变得显而易见。并入本文并构成说明书的一部分的附图进一步用于解释本发明的原理并且使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。附图没有按比例绘制。

图1A是根据本文实施例的具有多个机械超材料区域的用户接口设备的透视图。

图1B是根据本文实施例的具有多个机械超材料区域的用户接口设备的框图。

图2是根据本文实施例的具有多个机械超材料区域的用户接口设备的透视图。

图3是根据本文实施例的具有用户输入部件和覆盖用户接口部件的机械超材料区域的用户接口设备的透视图，并且图3A是用户接口设备的截面图。

图4是根据本文实施例的具有用户输入部件和覆盖用户接口部件的机械超材料区域的用户接口设备的透视图，并且图4A是用户接口设备的截面图。

图5是根据本文实施例的用于隐藏用户输入部件以免于触感感知的示例步骤的流程图。

图6是根据本文实施例的具有多个机械超材料区域的用户接口设备的透视图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，不旨在受到前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中给出的任何明确或暗示的理论的束缚。

本文的实施例涉及使用超材料的区域来隐藏设备上的部件(例如，用户接口部件)的用户接口设备(例如，移动电话或游戏控制台控制器)。例如，诸如键盘或主画面按钮之类的用户输入部件可以被机械超材料隐藏以免于触感感知，和/或被光学超材料隐藏而以免于视觉感知。例如，键盘或主画面按钮可以在不使用时被隐藏。用户接口设备的控制单元可以确定用户输入部件是否将要被隐藏以免于感知，并且可以利用一个或多个致动器来激活超材料的区域来隐藏用户输入部件以免于触感或视觉感知。超材料还可以能够被停用到用户输入部件再次触感或视觉可感知的状态。更一般地说，超材料可以被用于隐藏任何具有提供机械特征的表面(例如，具有凸起或脊的表面)的部件以免于触感感知。

在实施例中，一般而言，超材料可以是具有受其内部结构比其组成影响更大的特性的材料。超材料包括光学超材料(也称为光子超材料)和机械超材料。本文的实施例的机械超材料可以是部署在用户输入部件上方以覆盖用户输入部件的材料层。机械超材料的内部结构可以导致超材料表现出机械隐身特性，其中机械超材料能够隐藏用户输入部件以免于触感感知。在一些情况下，机械超材料可以是透明的，而在其它情况下，它可以是不透明的。在实施例中，机械超材料的内部结构可以用一个或多个致动器(或用任何其它类型的激活设备)机械地更改，并且其机械特性可以响应于其内部结构的机械更改而改变。通过更改机械超材料的内部结构，机械超材料可以在激活状态和停用状态之间切换。在被激活状态下，机械超材料可以被配置为隐藏下面的物体以免于触感感知。机械超材料可以能够切换回停用状态，其中机械超材料可以允许下面的物体被再次触感感知。更一般地说，机械超材料的内部结构可以是用激活设备可更改的，激活设备可以包括一个或多个致动器，包括加热设备、可手动致动的部件、任何其它激活设备或其任意组合。一个或多个致动器可以包括例如耦合到机械超材料的压电元件。手动致动部件可以包括例如直接或间接地耦合到机械超材料的杠杆臂或旋钮。杠杆臂可以例如由用户手动致动，以便拉动或推动机械超材料以更改其内部结构。在一个方向上拉动或推动杠杆臂可以将机械超材料从停用状态切换到激活状态，而在第二且相反的方向上拉动或推动杠杆臂可以将机械超材料从激活状态切换到停用状态。在另一个示例中，旋钮可以附连到直接耦合到机械超材料的绳索。旋钮可以被手动地来回致动，以拉动绳索，这可以更改机械超材料的内部结构。

在实施例中，处于激活状态的机械超材料可以表现出不管机械超材料是否覆盖(例如，在其顶部完全覆盖、部分封装或完全封装)另一个物体都保持基本相同的机械特性。这种机械特性的示例包括压缩性(例如，体积模量)和/或剪切特性(例如，剪切模量)。在一些情况下，在非刚性材料层下方的用户输入部件的触感感知可以基于感测用户输入部件对非刚性材料层的机械特性造成的改变。例如，在非刚性材料层下面存在用户输入部件可以减小层的可压缩性和/或改变层的剪切特性。用户可以触感感测这种改变，以推断物体在覆盖材料层下方(例如，完全在其下方、部分被封装或完全被封装)。但是，切换到激活状态的机械超材料层可以具有不管用户输入部件是否被放置在该机械超材料层下方都保持基本相同的机械特性，诸如体积模量或剪切模量。因此，当用户触摸机械超材料层时，即使事实上在该层下方存在物体，用户也可能感知到在机械超材料层下方没有用户输入部件。因此，机械超材料的这种特征为材料提供了隐藏用户输入部件以免于触感感知的机械隐身特性。本公开稍后将更详细地讨论机械超材料。

在实施例中，机械超材料的一个或多个区域可以替代使用流体层或泵层来创建暂时键盘或其它用户输入部件。这种流体层或泵层可以被构造为具有表面膨胀，以创建形成键盘的按键或其它用户输入部件的变形。这种键盘可以是暂时的，因为流体层或泵层可以放气以去除表面变形。由于机械超材料可以能够隐藏键盘的按键以免于触感感知，因此根据此使用机械超材料允许用户接口设备结合更永久的键盘或其它用户输入部件，从而消除了使用流体层或泵层来创建暂时用户输入部件的需要。可替代地，在实施例中，根据此的机械超材料可以与这种流体层或泵层结合使用。

在实施例中，用户接口设备可以具有控制单元，该控制单元确定用户输入部件是否将要被隐藏以免于触感感知。这种确定可以基于例如哪个应用在用户接口设备上运行。如下面更详细讨论的，关于用户接口设备上什么应用正在运行的信息(即，正在运行的应用的身份)可以被用于确定用户输入部件(例如，键盘)是否正被使用。在一个示例中，可以将机械隐身应用于配备有被机械超材料区域覆盖的物理键盘(例如，机械键盘)的移动电话。这个区域也可以被称为机械超材料区域。当文本消息收发应用在用户接口设备上运行时，这可以指示键盘正在使用中。在那种情况下，控制单元可以停用机械超材料区域，或者保持机械超材料区域处于停用状态，使得键盘可以被用户触感感知。另一方面，当视频观看应用正在用户接口设备上运行时，这可以指示键盘不被使用。在那种情况下，控制单元可以激活机械超材料区域或使机械超材料区域保持激活状态，以机械地隐身或隐藏键盘以免于触感感知。

在另一个示例中，用户接口设备可以是具有被分离的机械超材料区域覆盖的多个按钮的游戏控制台控制器。游戏控制台控制器可以具有控制单元，该控制单元对当前在游戏中没有功能的按钮应用机械隐身。可以通过激活覆盖按钮的机械超材料区域来执行针对那个按钮的机械隐身，使得用户不太可能按下那个按钮。游戏控制台控制器上的其它被选择的按钮可以由其自己相应的机械超材料区域覆盖，但是那些机械超材料区域可以处于停用状态，使得用户仍然可以触感感知那些其它按钮。

在实施例中，用户接口设备可以使用机械超材料来隐藏由设备的触觉致动器提供的触觉效果(例如，变形触觉效果)以免于触感感知，如下面更详细讨论的。

图1A图示了示例用户接口设备100(例如，移动电话、平板计算机或膝上型电脑)，该用户接口设备100包括显示设备101、第一用户输入部件103(例如，具有与显示设备101相邻的多个物理按键的物理键盘)和第二用户输入部件113(例如，物理主画面按钮)。图1A提供了部分分解视图，其进一步示出用户接口设备100包括直接部署在第一用户输入部件103上方以覆盖第一用户输入部件103的机械超材料的第一区域105(也称为机械超材料区域105)，并且包括直接部署在第二用户输入部件113上方以覆盖第二用户输入部件113的机械超材料的第二区域115(也称为机械超材料区域115)。每个机械超材料区域105、115可以是机械超材料层，并且两个区域105、115可以共面。两个机械超材料区域105、115可以具有相同类型的机械超材料(其示例在下面讨论)，或者可以具有不同类型的机械超材料。

图1A还绘出了可以被配置为改变机械超材料区域105的内部结构的致动器107、109，并且绘出了可以被配置为改变机械超材料区域115的内部结构的致动器117、119(在另一个实施例中，致动器117、119可以由另一种类型的激活设备替换，诸如可手动致动的部件)。致动器107、109、117、119可以被放置在各种位置。例如，致动器可以被完全放置在其相应的超材料区域的下方、其相应的超材料区域的左侧或右侧，或者可以被嵌入在其相应的超材料区域内。机械超材料区域105可以与机械超材料区域隔离，使得可以在不改变另一个机械超材料区域的机械特性的情况下改变一个机械超材料区域的机械特性。

在实施例中，两个区域105、115的机械超材料可以是具有激活状态的材料(例如，弹性材料)，其中材料具有能够隐藏下面的物体以免于触感感知的内部结构。机械超材料的示例包括五模式超材料和有孔片材。

在实施例中，覆盖物体(例如，刚硬物体)的五模式超材料可以在视觉上和/或触觉上看起来是均匀的各向同性弹性固体或被感知为均匀的各向同性弹性固体，以便隐藏被覆盖的物体。在实施例中，五模式超材料可以在其表面上提供关于压缩和/或关于剪切的基本均匀的行为，使得触摸五模式超材料的表面的用户不会感知到在五模式超材料的一部分下方的物体。换句话说，当物体被不是超材料层的层覆盖时，物体可以改变覆盖物体的层的部分的剪切特性或压缩特性。例如，当用户的手在层的表面上方移动时，用户可以检测到物体正上方的位置处的剪切特性或压缩特性的这种改变。因此，用户可以触感感知被该层覆盖的物体。但是，五模式材料可以表现出基本均匀的剪切和/或压缩特性，使得被覆盖的物体不被触感感知检测到。在实施例中，五模式超材料的内部结构由六边形形状且用直接激光写入(DLW)制造的面心立方(fcc)单位单元格的晶格构建。在由T.Buckmann等人所写的“Anelasto-mechanical unfeelability cloak made of pentamode metamaterials中更详细地讨论了五模式超材料，该文献通过引用整体上并入本文。在实施例中，五模式材料的内部结构可经由致动器改变。致动器可以能够将五模式材料的内部结构从第一状态(例如，激活状态)改变为第二状态(例如，停用状态)，并且可以能够将改变从第二状态(例如，停用状态)反转回第一状态(例如，激活状态)。

在实施例中，有孔片材可以是具有内部结构的层，该内部结构具有均匀尺寸的孔的阵列或者具有不同相应尺寸的孔的阵列。例如，阵列的孔可以具有在7mm和10mm之间范围内的直径。这种内部结构可以由一个或多个致动器改变，致动器可以拉伸或压缩有孔片材，以拉伸或压缩孔的阵列。类似于使用五模式材料的先前实施例，一个或多个致动器可以能够在第一状态(例如，激活状态)和第二状态(例如，停用状态)之间改变有孔片材的内部结构。在停用状态下，有孔片材可以是充分可压缩的，以允许用户相对于有孔片材的其它部分触感区分有孔片材的覆盖物体的一部分。在激活状态下，有孔片材可以表现出均匀的刚度水平，其可以高于在停用状态下的水平，以隐藏下面的物体免于触感感知。有孔片材在Bastiaan Florijn等人的“Programmable Mechanical Metamaterials”中有更详细的讨论，该文献通过引入整体上并入本文。

在实施例中，致动器107、109、117和119中的一个或多个可以被配置为拉动和/或推动机械超材料区域105或115，或者压缩机械超材料区域105、115。例如，致动器107、109可以部署在机械超材料区域105的两个相对端部处。两个致动器107、109可以被配置为在彼此相反的两个相应方向上拉动和/或推动机械超材料区域105的两个相应端部。拉动动作可以拉伸机械超材料区域105，而推动动作可以压缩机械超材料区域105。如果机械超材料区域150是矩形的机械超材料层，那么机械超材料层的拉伸或压缩可以沿着矩形层的长度或宽度，如图1A中所示。在实施例中，致动器107、109可以经由粘合剂耦合到机械超材料区域105，并且致动器117、119可以经由粘合剂耦合到机械超材料区域115。在实施例中，致动器107、109、117、119可以部分地或完全地嵌入到它们相应的机械超材料区域105、115中。每个致动器可以被配置为仅在一个方向上提供致动(例如，相对于层仅在向内或向外方向上致动，或者仅在顺时针或逆时针方向上旋转)，或者可以能够在多个方向上提供致动。致动器的示例包括堆叠压电致动器、螺线管或马达。

在实施例中，当致动器107、109、117或119被激活时，机械超材料区域105或115可以被置于激活状态或停用状态。使机械超材料区域105或115返回可以涉及停用致动器，或者可替代地通过在相反的方向(例如，反转致动器的致动方向)致动致动器，如果致动器能够这样做的话。例如，当机械超材料区域105被致动器107、109拉伸时，该区域可以处于激活状态。可以通过停用致动器107、109或者可替代地通过使致动器107、109反转致动方向并压缩区域105来停用区域105方向，如果致动器能够这样做的话。

在实施例中，可以由作为用户接口设备100的一部分的控制单元110控制可以激活超材料区域的一个或多个致动器。控制单元110在图1B中的用户接口设备100的框图中示出。如图所示，控制单元110可以与显示器101、用户输入部件103、113以及致动器107、109、117、119通信。如下面更详细描述的，控制单元可以确定何时应当隐藏用户输入部件(例如，103、113)以免于触感感知，并且可以用致动器107、109、117、119的子集激活对应的机械超材料区域。在图1B中，用户接口设备100还包括作为触觉致动器的另一个致动器129，诸如线性谐振致动器(LRA)或偏心旋转质量(ERM)致动器。触觉致动器被配置为生成触觉效果，诸如振动触感触觉效果。如下面关于图3A所讨论的，触觉致动器可以被机械超材料区域覆盖。当机械超材料区域被激活时，该区域可以使由触觉致动器129生成的触觉效果机械地隐身。

图2示出了用户接口设备100的致动器107和109被激活以沿着机械超材料区域105的长度扩展并且拉伸机械超材料区域105，这可以将区域105置于激活状态或者可替代地置于停用状态。例如，致动器107和109可以各自是堆叠压电致动器，其被配置为在由图2中的箭头所示的方向扩展来拉伸机械超材料区域。如图2中所示，致动器107、109可以被配置为将机械超材料区域105从图1A中所示的维度拉伸到由图2中的虚线轮廓所示的维度。这种拉伸动作可以将区域105的机械超材料的内部结构更改为激活状态或停用状态的内部结构。图3图示了被机械超材料区域105覆盖的第一用户输入部件103。

图3A绘出了沿着图3的线A-A的接口设备100的截面图。该截面图示出了用户输入部件103的各个按钮103a-103h(也称为按键103a-103h)，诸如键盘的各个按钮。在实施例中，如图3A中所示，按钮103a-103h中的每个按钮可以具有弯曲的剖面。

例如，每个按钮可以具有圆柱形或半球形的形状。这些按钮可以被例如由具有面心立方(fcc)单元格的晶格的五模式超材料制成的超材料区域105覆盖。通过位于机械超材料区域105的顶表面下方，按钮103a-103h可以被机械超材料区域105覆盖。在一些情况下，按钮103a-103h可以部分地或完全地由区域105的机械超材料封装。在另一个实施例中，用户输入部件103的每个按钮可以具有基本上矩形形状。按钮103a-103h可以部署在基板层111(诸如塑料或金属基底)上。

在实施例中，如图3A中所示，机械超材料区域105可以是部分包围(encompasses)每个按键103a-103h的五模式材料层。五模式材料可以由致动器107、109激活。图3A示出了致动器107和109通过收缩致动的示例。例如，致动器107、109可以是压电致动器，它们收缩以在图3A中所示的方向上拉伸机械超材料区域。即，收缩可以拉动机械超材料区域105的侧面并拉伸区域105。拉伸可以例如将五模式材料的内部结构改变为激活配置，其中五模式材料能够转移物体(诸如被五模式材料包围的用户输入部件)周围的应变或应力。在这种激活配置中，五模式材料可以因此隐藏物体以免于触感感知。在更具体的示例中，当用户的手指或触控笔按压或以其它方式接触机械超材料区域105时，可以在形成区域105的五模式材料层上施加应力或应变。但是，五模式材料的内部结构可以被配置为转移在接触点正下方的按钮(例如，按钮103a)周围的应力、应变或其它机械效应。应力、应变或其它机械效应可以被转移到基板层111。因此，用户可以感觉到他或她正在按压基板层111而不是按压任何键盘按钮。因而，五模式材料层可以隐藏键盘以免于用户的触感感知。

在实施例中，机械超材料区域105可以包括覆盖用户输入部件103的按键103a-103h的有孔片材。为了覆盖按键103a-103h，有孔片材还可以部分地包围每个按键103a-103h，或者可以完全位于按键103a-103h的顶部。当有孔片材处于停用状态时，它可具有第一可压缩性水平，这允许用户感觉到被有孔片材覆盖的按键103a-103h。当有孔片材处于激活状态时，它可以具有比第一水平低的第二可压缩性水平。换句话说，有孔片材在激活状态下可以表现出比在停用状态下更大的刚性。利用这第二更低的可压缩性水平，有孔片材可以充分刚硬，使得用户不能感觉到有孔片材下方的按键103a-103h。因此，有孔片材也可以用于隐藏用户输入部件103以免于用户的触感感知。

图3A还图示了嵌入在用户接口设备100内的触觉致动器129。例如，触觉致动器129可以是被配置为生成振动触感触觉效果的体LRA。在实施例中，当区域105被激活时，这种振动触感触觉效果可以被机械超材料区域105隐藏。

图4A绘出了沿着图4的线A-A的接口设备100的截面图。图4A图示了被机械超材料区域115覆盖的另一个用户输入部件113，诸如主画面按钮。在实施例中，用户输入部件113可以具有圆柱形或半球体形状。在激活状态下，机械超材料区域115可以被配置为隐藏主画面按钮以免于触感感知。机械超材料区域115可以例如由致动器119和117激活。例如，致动器119、117中的每一个可以是堆叠压电致动器，其在图4A中所示的方向上收缩。压电致动器的收缩可以拉动机械超材料区域115的侧面，这可以将机械超材料区域115拉伸到与激活状态对应的配置。

在实施例中，机械超材料区域可以部署在显示器101的一部分或全部上方。机械超材料区域可以用于隐藏由触觉致动器提供的触觉效果以免于触感感知。触觉效果可以是例如基于低频变形的触觉效果、基于高频变形的触觉效果(例如，振动触感效果)或静电触觉效果。例如，机械超材料区域可以被激活，以隐藏在显示器101的表面上创建的凹槽、凸起或任何其它类型的基于变形的效果。

在实施例中，一个或多个光学超材料区域可以被应用于用户接口设备。每个光学超材料区域可以包括一层光学超材料。在实施例中，光学超常材料可以具有激活状态，其中其内部结构能够在嵌入光学超材料中的物体周围引导光。因此，当光学超材料处于激活状态时，光学超材料可以在视觉上使物体隐身。通过在嵌入的物体周围引导光，诸如从物体后面的环境向物体的前面，光学超材料可以能够显示物体后面的环境。如果显示屏幕位于物体后面并且在光学超材料区域后面，那么光学超材料区域可以允许显示屏幕被看见。光学超材料还可以具有停用状态，其中内部结构不再执行视觉隐身功能。在停用状态下，嵌入在光学超材料中的物体可以再次可见，并且显示屏幕的视野(view)可以被物体阻挡。

在一个示例中，光学超材料区域可以与具有物理键盘(例如，机械键盘)的用户接口设备一起使用。键盘的按键可以嵌入光学超材料区域的光学超材料内。因此，当物理键盘不被使用时，光学超材料区域可以对物理键盘执行视觉隐身，并且在需要物理键盘时停止视觉隐身。例如，当用户打开文本消息收发、文本编辑或文字处理应用，或者执行指示需要使用物理键盘的某种其它动作时，光学超材料层可以处于停用状态，使得物理键盘通过光学超材料区域可见。当用户打开视频观看应用或执行指示不再需要使用物理键盘的某种其它动作时，可以激活光学超材料区域，以将物理键盘视觉隐身。在一些情况下，可以通过拉伸或压缩光学超材料区域的光学超材料来激活光学超材料层。当光学超材料区域被激活时，物理键盘可以变得对用户不可见，并且键盘下的显示屏幕或其它材料的任何部分都可以变得可见。更具体而言，在实施例中，物理键盘可以被放置在用户接口设备的显示屏幕的一部分上。当用户接口设备的控制单元确定当前不需要物理键盘时，它可以激活光学超材料区域，以将物理键盘视觉隐身并且使得显示屏幕的下面部分可见。光学超材料在YunguiMa等人的“Experimental demonstration of a Multiphysics cloak:manipulating heatflux and electric current simultaneously”；N.Landy的“A full parameterunidirectional metamaterial cloak for microwaves”；以及Muhammad Raza的“Amulti-cloack bifunctional device”中有更详细的讨论，这些都通过引用整体上并入本文。

上面讨论的机械超材料和光学超材料可以用在单独的替代实施例中，或者可以在一些实施例中组合。

图5示出了提供用于使用超材料区域(诸如机械超材料区域105)的示例方法200的流程图。在实施例中，方法200开始于步骤201，其中用户接口设备在物理用户输入部件(诸如用户接口设备的物理键盘)处接收输入。物理用户输入部件处的输入可以指示例如用户与他或她的设备的用户输入部件(诸如物理键盘或主画面按钮)交互。

在步骤203中，用户接口设备确定是否将要隐藏物理用户输入部件以免于触感感知。例如，用户接口设备的控制单元可以确定对于即将到来的时间段(例如，对于即将到来的30秒)键盘使用是否完成。当例如用户退出用户接口设备上的文本消息收发或文字处理应用时，控制单元可以做出这样的确定。

在步骤205中，响应于确定物理用户输入部件将要被隐藏以免于触感感知，用户接口设备可以激活部署在物理用户输入部件上方的机械超材料区域。可以执行这个步骤来激活例如用户接口设备的物理键盘的机械隐身，使得用户不再具有键盘按键的触感感知。

在步骤207中，用户接口设备可以确定要停止对物理用户输入部件的触感感知的隐藏，或者更一般地说，要启用或保持启用物理用户输入部件的触感感知。例如，当用户打开文本消息收发、文本编辑或文字处理应用时，或者当打开的应用明确地传送或请求(例如，经由提供用于控制机械超材料区域的激活或停用的应用编程接口(API))将用户接口设备置于其中物理输入部件可以被触感感知的停用状态时，可以发生这种确定。

在步骤209中，响应于确定要停止隐藏物理用户输入部件的触感感知，用户接口设备可以停用部署在物理用户输入部件上方的机械超材料区域。这个步骤可以停用物理用户输入部件的机械隐身。

在实施例中，方法200可以涉及还具有部署在物理用户输入部件上方的光学超材料区域的用户接口设备。在这种实施例中，光学超材料区域和机械超材料区域可以同时被激活并且同时被停用。机械超材料区域可以用于将用户输入部件机械隐身，而光学超材料区域可以用于将用户输入部件视觉隐身。

图6示出了作为游戏控制台控制器的用户接口设备300。游戏机控制台控制器包括可以隐藏游戏控制台控制器的物理用户输入部件以免于触感感知的多个超材料区域。游戏控制器包括用户输入部件的第一集合303(例如，箭头按钮的集合)和用户输入部件的第二集合313(例如，按钮的另一个集合)。按钮可以为在与游戏控制台控制器通信的主计算机上执行的游戏应用提供输入。游戏控制器还包括覆盖用户输入部件的第一集合303的第一机械超材料区域305，并且包括覆盖用户输入部件的第二集合313的第二机械超材料区域315。机械超材料区域305可以由致动器307激活，以执行用户输入部件的第一集合的机械隐身，而机械超材料区域315可以由致动器317激活，以执行用户输入部件的第二集合313的机械隐身。如上面所讨论的，当用户输入部件当前在游戏中当时没有功能时，可以对用户输入部件进行机械隐身，使得用户不太可能按压或以其它方式与该用户输入部件交互。此外，机械超材料区域可以与一个或多个光学超材料区域组合，以将当前没有功能的用户输入部件视觉隐身。当超材料区域部署在一组按钮上方时，只有当确定所有被覆盖的按钮或按键在用户接口设备上当前正在执行的应用中没有对应的功能时才可以激活视觉或机械隐身。

在实施例中，(一个或多个)机械或光学超材料区域可以用在游戏应用、可穿戴应用、增强现实(AR)或虚拟现实(VR)应用、另一种计算应用或任何其它应用中。

本领域技术人员将认识到的是，虽然为了说明的目的已经描述了系统和方法的具体示例和实施例，但是可以在不偏离本发明的情况下进行各种修改。例如，本发明的实施例可以应用于许多不同类型的单独或结合其它设备操作的对象或设备。而且，一个实施例的特征可以结合到其它实施例中或者与另一个实施例的特征组合，即使在本文件内那些特征未在单个实施例中一起描述。

Claims (24)

1.一种用户接口设备，包括：

用户输入部件；

位于用户输入部件上方的机械超材料区域；

耦合到所述机械超材料区域的一个或多个致动器，其中所述机械超材料区域具有能够由所述一个或多个致动器更改的内部结构，并且具有响应于由所述一个或多个致动器对所述内部结构的更改而改变的机械特性；以及

与所述一个或多个致动器通信的控制单元，并且所述控制单元被配置为：

确定用户输入部件是否将要被隐藏以免于触感感知，以及

响应于确定所述用户输入部件将要被隐藏以免于触感感知而激活耦合到位于所述用户输入部件上方的所述机械超材料区域的所述一个或多个致动器，以更改所述机械超材料区域的所述内部结构。

2.如权利要求1所述的用户接口设备，其中所述一个或多个致动器被配置为拉伸或压缩所述机械超材料区域，其中所述机械超材料区域的所述机械特性响应于所述机械超材料区域被拉伸或压缩而改变。

3.如权利要求2所述的用户接口设备，其中所述机械超材料区域包括矩形的机械超材料层，并且其中所述一个或多个致动器被配置为沿着所述矩形的机械超材料层的长度或宽度拉伸或压缩所述机械超材料区域。

4.如权利要求2所述的用户接口设备，其中所述控制单元还被配置为确定所述用户接口设备上的触觉效果是否将要被隐藏以免于触感感知，并且响应于确定所述触觉效果将要在所述用户接口设备上被隐藏而激活所述一个或多个致动器。

5.如权利要求2所述的用户接口设备，其中确定所述用户输入部件是否将要被隐藏以免于触感感知是基于在所述用户接口设备上运行的应用的身份的。

6.如权利要求5所述的用户接口设备，其中所述用户输入部件是键盘，并且其中所述控制单元被配置为响应于确定在所述用户接口设备上运行的应用是文本消息收发应用或文本编辑应用而确定要启用或保持启用所述用户输入部件的触感感知。

7.如权利要求6所述的用户接口设备，其中所述控制单元被配置为响应于确定在所述用户接口设备上运行的应用是视频观看应用而确定所述用户输入部件将要被隐藏以免于触感感知。

8.如权利要求1所述的用户接口设备，其中所述机械超材料区域是彼此隔离的至少第一机械超材料区域和第二机械超材料区域，使得能够在不改变所述第二机械超材料区域的机械特性的情况下改变所述第一机械超材料区域的机械特性。

9.如权利要求8所述的用户接口设备，其中所述用户输入部件是按钮并且是所述用户接口设备上的多个按钮之一，并且其中所述第一机械超材料区域和所述第二机械超材料区域中的每一个覆盖所述多个按钮中的不同按钮。

10.如权利要求9所述的用户接口设备，其中所述控制单元被配置为响应于确定当前由至少第一机械超材料区域和第二机械超材料区域中的一个机械超材料区域覆盖的所有按钮当前在正在所述用户接口设备上执行的应用中没有功能而使至少第一机械超材料区域和第二机械超材料区域中的所述一个机械超材料区域的内部结构改变。

11.如权利要求1所述的用户接口设备，其中所述用户输入部件是物理用户输入部件。

12.如权利要求11所述的用户接口设备，其中所述用户接口设备不包括泵层或流体层。

13.如权利要求1所述的用户接口设备，其中所述机械超材料区域的内部结构具有能够由所述一个或多个致动器更改的晶格结构。

14.如权利要求1所述的用户接口设备，其中所述机械超材料区域的内部结构具有孔的阵列，其中所述孔的阵列的相应孔的直径在7mm和10mm之间的范围内，并且具有能够由所述一个或多个致动器更改的形状。

15.如权利要求1所述的用户接口设备，其中响应于内部结构的更改而改变的机械特性是所述机械超材料区域的剪切模量和体积模量中的至少一个。

16.如权利要求15所述的用户接口设备，其中所述机械超材料区域由五模式超材料制成。

17.如权利要求1所述的用户接口设备，其中所述用户接口设备是移动电话，其中所述用户接口设备还包括显示设备，并且所述用户输入部件是与所述显示设备相邻的键盘。

18.如权利要求1所述的用户接口设备，其中所述用户接口设备是与主计算机通信的游戏控制台控制器，并且所述用户输入部件是按钮。

19.如权利要求1所述的用户接口设备，其中所述用户输入部件是永久用户输入部件。

20.如权利要求19所述的用户接口设备，其中所述永久用户输入部件是永久键盘。

21.如权利要求19所述的用户接口设备，其中所述控制单元被配置为响应于确定所述用户输入部件当前在正在所述用户接口设备上执行的应用中没有功能而激活耦合到所述机械超材料区域的所述一个或多个致动器。

22.如权利要求21所述的用户接口设备，其中所述用户接口设备是游戏控制台控制器。

23.一种用户接口设备，包括：

具有第一表面的部件；

位于所述第一表面上方的机械超材料区域；

耦合到所述机械超材料区域的激活设备，其中所述机械超材料区域具有能够由所述激活设备更改的内部结构，并且具有响应于所述激活设备对所述内部结构的更改而改变的机械特性；

与激活设备通信的控制单元，并且所述控制单元被配置为：

确定具有第一表面的所述部件是否将要被隐藏以免于触感感知，以及

响应于确定具有第一表面的所述部件将要被隐藏以免于触感感知而使所述激活设备更改位于第一表面上方的所述机械超材料区域的内部结构。

24.如权利要求23所述的用户接口设备，其中所述部件是用户输入部件，并且所述激活设备包括一个或多个致动器。