CN109906355A - 柔性微流体运动传感器 - Google Patents

Abstract

一种柔性电子装置包括柔性电子电路和同质集成到柔性电路中的柔性微流体传感器。柔性传感器包括柔性微流体结构、材料流体、第二材料和电极布置。第一和第二材料中的至少一个是流体。该结构限定至少一个微流体腔室。第一和第二流体设置在腔室中。第二流体具有不同于第一流体的物理性质和电气性质。电极布置包括彼此间隔开的至少一对电极，其中所述至少一个腔室的至少一部分在功能上直接定位在其间，使得跨所述对测量的至少一个电子学性质是基于第二流体和所述对之间的关系。其间的关系是基于微流体结构的物理状态。

Description

柔性微流体运动传感器

相关申请

本申请要求享有2016年8月26日提交的题为“柔性微流体运动传感器”的美国临时申请号62,379,915的优先权，所述美国临时申请的公开内容以其整体并入本文中。

技术领域

本公开大体涉及柔性传感器，且更具体地，涉及柔性微流体运动传感器。

背景技术

对可穿戴装置和物联网的持续开发激励柔性电子器件的开发。通常，电子器件被形成在没有良好地适应这些用途的刚性硅平台上。为了解决该问题，已经开发了在基于柔性聚合物的平台上形成的柔性电子器件。伴随基于柔性聚合物的平台的使用而遇到的一个困难是运动传感器的集成。

包括加速计和陀螺仪的运动传感器在许多种应用中使用，且大体包括形成到硅平台上的结构。因此，当前解决方案提供基于硅的传感器与基于聚合物的电子器件的异质集成。硅传感器降低了所得到的装置的柔性，且装置的折曲能够负面影响传感器的性能。此外，因为传感器和电子器件使用不同的平台制成，所以制造这种异质装置变得日益复杂、昂贵和耗时。

基于上文所述，柔性的运动传感器将是有益的。能够与柔性电子器件同质形成的运动传感器也将是有益的。

发明内容

根据本公开的一种柔性微流体传感器包括柔性微流体结构、第一材料、第二材料和电极布置。所述结构限定至少一个微流体腔室。第一和第二材料设置在腔室中。第二材料具有不同于第一材料的物理性质和电气性质。电极布置包括彼此间隔开的至少一对电极，其中所述至少一个腔室的至少一部分在功能上直接定位在其间，使得跨所述对测量的至少一个电子学性质是基于在第二材料和所述至少一个电极对之间的关系。其间的关系是基于微流体结构的物理状态。

在一些实施例中，微流体结构的物理状态包括微流体结构的定向、微流体结构的加速和微流体结构的旋转速率中的至少一个。

在一些实施例中，第一材料是第一流体。在一些实施例中，第一流体包括液体和气体中的至少一个。

在一些实施例中，第二材料是第二流体。在一些实施例中，第二流体包括液体和气体中的至少一个。

在一些实施例中，第二材料包括固体。在一些实施例中，第二材料由固体构成。在一些实施例中，第二材料包括设置在固体壳内的流体。

在一些实施例中，所述至少一个物理性质包括密度和粘度中的至少一个。

在一些实施例中，跨所述至少一对电极测量的所述至少一个电气性质包括电阻和电容中的至少一个。

在一些实施例中，所述至少一个腔室包括沿第一轴线延伸的第一微流体通道。第二流体在第一微流体通道中形成第一流体内的第一泡沫。所述至少一对电极包括第一组电极对，其沿第一微流体通道的第一轴线分布，使得跨第一组电极对测量的至少一个电子学性质是基于第一泡沫与第一组电极对之间的关系。第一泡沫与第一组电极对之间的关系是基于第一轴线相对于重力方向的定向、微流体结构沿第一轴线的加速以及微流体结构垂直于第一轴线的旋转中的至少一个。

在一些实施例中，第一泡沫与第一组电极对之间的关系包括第一泡沫沿第一轴线的位置和第一泡沫的直径中的至少一个。

在一些实施例中，在第一组电极对中的每一个电极包括相应的电气接触。

在一些实施例中，传感器包括测量装置，其电气连接到在第一组电极对中的电极的电气接触。测量装置配置成，基于跨沿第一轴线分布的第一组电极对测量的所述至少一个电气性质，确定第一泡沫与第一组电极对之间的关系，以及，基于所确定的关系，确定微流体结构的物理状态。

在一些实施例中，在第一组电极对中的每一个电极对具有相应的电阻负载，使得第一组电极对的电阻负载沿第一轴线变化。跨第一组电极对测量的所述至少一个电气性质包括电阻，使得第一组电极对的总电阻基于第一泡沫沿第一微流体通道的位置而改变。测量装置还配置成基于第一组电极对的总电阻，确定第一泡沫沿第一微流体通道的位置。

在一些实施例中，所述至少一个腔室包括第二微流体通道，其沿垂直于第一轴线延伸的第二轴线延伸。第二流体在第二微流体通道中形成第一流体内的第二泡沫。所述至少一对电极包括第二组电极对，其沿第二微流体通道的第二轴线分布，使得跨第二组电极对测量的至少一个电子学性质是基于第二泡沫与第二组电极对之间的关系。第二泡沫与第二组电极对之间的关系是基于第二轴线相对于重力方向的定向、微流体结构沿第二轴线的加速以及微流体结构垂直于第二轴线的旋转中的至少一个。

在一些实施例中，所述至少一个腔室包括第三微流体通道，其沿垂直于第一轴线且垂直于第二轴线延伸的第三轴线延伸。第二流体在第三微流体通道中形成第一流体内的第三泡沫。所述至少一对电极包括第三组电极对，其沿第二微流体通道的第三轴线分布，使得跨第三组电极对测量的至少一个电子学性质是基于第三泡沫与第三组电极对之间的关系。第三泡沫与第三组电极对之间的关系是基于第三轴线相对于重力方向的定向、微流体结构沿第三轴线的加速以及微流体结构垂直于第三轴线的旋转中的至少一个。

在一些实施例中，所述至少一个腔室包括微流体腔，其沿第一轴线以及沿垂直于第一轴线的第二轴线延伸。第二流体在微流体腔内形成第一流体内的泡沫。跨所述至少一对电极测量的所述至少一个电子学性质是基于泡沫与所述至少一对电极之间的关系。微流体结构的物理状态包括如下中的至少一个：微流体结构沿第一轴线的加速、微流体结构沿第二轴线的加速、第二轴线相对于重力方向的定向、第一轴线相对于重力方向的定向，以及微流体结构关于垂直于第一轴线和第二轴线的第三轴线的旋转。

在一些实施例中，微流体腔具有第一直径，且配置成由于微流体结构关于第三轴线的旋转而折曲，使得第一直径增加。所述至少一个泡沫具有基于第一直径的第二直径，使得第二直径是基于微流体结构关于第三轴线的旋转。

在一些实施例中，跨所述至少一对电极测量的所述至少一个电子学性质包括电容。第二流体的所述至少一个电子学性质包括介电常数，使得跨至少一个电极对测量的电容基于所述至少一个泡沫的第二直径而改变。

在一些实施例中，传感器包括测量装置，其电气连接到所述至少一个电极对，且配置成基于跨所述至少一个电极对测量的电容而确定微流体结构的旋转速率。

在一些实施例中，微流体结构包括柔性聚合物材料。

在一些实施例中，柔性聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷和帕利灵中的至少一个。

根据本公开的一种柔性电子装置包括至少一个柔性电子电路以及与所述至少一个柔性电子电路同质集成的柔性微流体传感器。柔性微流体传感器包括柔性微流体结构、第一材料、第二材料以及电极布置。所述结构限定至少一个微流体腔室。第一和第二材料设置在腔室中。第一材料是第一流体。第二材料是第二流体，且具有与第一流体不同的物理性质和电气性质。电极布置包括彼此间隔开的至少一对电极，其中所述至少一个腔室的至少一部分在功能上直接定位在其间，使得跨所述对测量的至少一个电子学性质是基于第二流体与所述对之间的关系。其间的关系是基于微流体结构的物理状态。

在一些实施例中，微流体结构的物理状态指示人类用户的至少一部分的定向、加速和旋转速率中的至少一个。

附图说明

图1a是根据本公开的柔性微流体传感器的示例性实施例的顶部平面视图。

图1b是来自图1a的传感器以第一定向的侧部平面视图图。

图1c是来自图1a的传感器以第二定向的侧部平面视图。

图2a是根据本公开的柔性微流体传感器的另一示例性实施例的顶部平面视图。

图2b是来自图2a的经受加速的传感器的顶部平面视图。

图3是根据本公开的柔性微流体传感器的另一示例性实施例的侧部平面视图。

图4是来自图3的经受非零旋转速率的传感器的侧部平面视图。

图5是根据本公开的柔性微流体传感器的另一示例性实施例的顶部平面视图。

图6是根据本公开的柔性微流体传感器的另一示例性实施例的透视平面视图。

图7是根据本公开的柔性电子装置的示例性实施例的功能框图。

图8是在用户的腕上的处于使用中的根据本公开的柔性电子装置的示例性实施例的图示。

具体实施方式

出于促进本文中所述的实施例的原理的理解的目的，现在参考附图和在以下书面申请文献中的描述。没有对主题范围的限制是该参考所意图的。本公开还包括对所示实施例的任何更改和修改，且还包括如本文档所涉及的领域中的普通技术人员正常将想到的所述实施例的原理的应用。

图1a描绘了根据本公开的柔性微流体传感器100的示例性实施例的顶部平面视图，且图lb描绘了传感器100的侧部平面视图。传感器100包括微流体结构102、第一材料104、第二材料106、电极布置108和测量装置109。

微流体结构102限定微流体腔室110。在该实施例中，微流体腔室110是沿第一轴线112延伸的微流体通道110。如在图lb中所描绘的，在该实施例中，第一轴线112相对于重力方向111弯曲，且因此，当从侧部观察时，微流体通道110具有弯曲形状。在其他实施例中，轴线112和微流体通道110具有其他形状。

微流体通道110由柔性材料形成。在一个示例中，柔性材料是聚合物，诸如聚二甲基硅氧烷、帕利灵或者其衍生物或者组合。在该实施例中，微流体通道110闭合。在其他实施例中，微流体通道至少部分打开。在一些实施例中，膜至少部分覆盖微流体通道中的开口。

大体地，第一材料104和第二材料106中的至少一个是流体。如在本文中所使用的，“流体”意指具有流动能力的材料，且可以包括液体、气体、一些可流动的固体微粒或者其组合。在该实施例中，第一材料104是第一流体，且第二材料106是第二流体。在其他实施例中，使用其他材料或者材料组合。第一流体104和第二流体106设置在微流体通道110内。第二流体106具有与第一流体104的物理性质不同的至少一个物理性质，以及与第一流体104的电子学性质不同的至少一个电子学性质。具体地，在该实施例中，第一流体104和第二流体106具有不同的密度和不同的电阻。不同密度的流体将逐渐分层为按相对于重力的方向增加密度的次序布置的单独区域。每单位体积具有更多质量的更加致密的材料还由于例如加速或旋转而经历相对于不那么致密的材料的更大的惯性。

在该实施例中，第一流体104相比第二流体106具有更高的密度。在其他实施例中，第一流体104相比第二流体106具有更低的密度。由于密度中的差异，第二流体106在第一流体104内形成泡沫124。如在本文中所使用的，术语“泡沫”意指至少大致不与其它周围材料混合的材料的小球体。

第一流体104和第二流体106可以包括任何可接受的材料或者材料的组合。在一些实施例中，第一流体104和第二流体106是液体。在一些实施例中，第一流体104和第二流体106中的至少一个是气体。

在该实施例中，电极布置108包括沿第一轴线112分布的一组电极对114。在该实施例中，第一组114包括三个对114a-c，但是在其他实施例中包括其他数目的对。例如，一些实施例仅包括单个对，而其他实施例包括十个、一百个或者一千个对，或者更多。

每一个电极对114a-c分别包括彼此间隔开的电极116和118，其中，通道110的至少一部分在功能上直接定位在其间。如在本文中所使用的，短语“在功能上直接在其间”意指“定位成以便对其操作或者交互具有影响”。换言之，在每一对114a-c中的电极116和118配置成通过微流体通道110的所述至少一部分与彼此交互，使得交互受到在其间的通道110的部分影响。在该实施例中，在第一流体104和第二流体106具有不同电阻的情况下，电极116和118之间的交互包括在电极116和118之间的基于在功能上直接在其间的通道110的所述至少一部分的电阻的电子电路连接。在其他实施例中还设想到其他类型的交互。

在每一个电极对中的电极116和118可以包括任何可接受的材料或者材料组合。在该实施例中，在每一对114中的电极116和118分别设置在第一微流体通道110的相对侧120和122上。在其他实施例中还设想到用于电极116和118的其他位置。

由于第一流体104和第二流体106中的电阻中的差异，每一对114a-c使得能够在该对附近的区域中实现泡沫124的存在的检测。换言之，由于第一流体104和第二流体106之间的电阻中的差异，取决于泡沫124或第一流体104是否在功能上定位在其间，跨每一对中的电极116和118测量的电阻是不同的，且该差异指示泡沫124的存在。

电极116和118中的每一个包括与测量装置109连接的相应电气接触126。在该实施例中，电气接触126经由单独的连接与测量装置109连接。在其他实施例中，还设想到其他连接类型，诸如所有接触都并联连接至测量装置109。

测量装置109配置成确定第二流体106与电极布置108之间的关系（在该实施例中，泡沫124沿第一轴线112的位置），且还配置成基于所确定的位置而确定微流体结构的物理状态。如在本文中所使用的，“物理状态”意指以下中的至少一个：相对于重力方向的定向、沿一个或多个轴线的加速以及关于一个或多个轴线的旋转。

测量装置109配置成基于电极对114的交互中的差异确定泡沫124的位置。具体地，在该实施例中，测量装置109配置成基于跨电极对114a-c测量的电阻确定泡沫124的位置。在图lb中，泡沫124接近对114b。因此，跨对114b测量的电阻是基于第二流体106的电阻，而跨对114a和114c测量的电阻是基于第一流体104的电阻。基于前文所述，测量装置109配置成确定泡沫104接近对114b定位。

因为第一流体104和第二流体106之间的物理性质中的差异使得第一流体104和第二流体106不同地响应于微流体结构102的物理状态，并且特别地，不同地响应于微流体结构102的第一轴线112相对于重力方向111的定向，所以所确定的泡沫124的位置使得测量装置109能够确定微流体结构102的物理状态。

具体地，因为第二流体106不及第一流体104致密，所以泡沫124在微流体通道110中定位在相对于重力111的最高点处。在图lb中，相对于重力111的最高点接近对114b。在图lc中，微流体结构102已经被重新定向，使得轴线112相对于重力111成一定角度。在图1c中，相对于重力111的最高点接近对114c，且因此，泡沫124已经沿第一轴线112重新定位以便接近对114c。换言之，第二流体106和电极对114之间的关系是基于微流体结构102的物理状态，且此外，由于第一流体104和第二流体106之间的电阻中的差异，可经由测量装置109检测。

在根据本公开的柔性微流体传感器的另一实施例中，传感器的结构与在图1a和lb中描绘的传感器100的结构类似。在该实施例中，第二流体106相比第一流体104具有更高的介电常数。跨通过间隙分离的两个电极测量的电容随着在其间的空间中的介电常数的增加而增加。因此，在该实施例中，测量装置109配置成基于跨电极对114a-c测量的电容确定泡沫124的位置。

在根据本公开的柔性微流体传感器的另一实施例中，传感器的结构与在图1a和lb中描绘的传感器100的结构类似。在该实施例中，第二材料是固体球。在一些实施例中，固体球106包括固体材料。在其他实施例中，固体球包括利用流体材料填充的固体壳。固体壳使得能够选择否则将与第一流体混合或者不相容的具有期望的物理性质的流体。就跨电极的交互和沿微流体通道的移动而言，固体球表现得与在第一流体内的泡沫类似。

在根据本公开的柔性微流体传感器的另一实施例中，传感器的结构与在图1a和lb中描绘的传感器100的结构类似。在该实施例中，第一材料是多孔固体材料。在一些实施例中，第一材料是连续材料。在一些实施例中，第一材料包括离散颗粒。第二材料是能够在多孔的第一材料内流动的流体，且在第一材料内形成表现得与泡沫类似的集合。

图2a描绘了根据本公开的柔性微流体传感器200的另一示例性实施例的顶部平面视图。传感器200包括包含通道210的微流体结构202、第一流体204、第二流体206、电极布置208和测量装置209。与第一流体204相比，第二流体206具有不同的电阻和不同的粘度。具体地，在该实施例中，与第一流体204相比，第二流体具有更低的电阻和更低的粘度。第二流体206在第一流体204内形成泡沫224。

电极布置208包括一组十个电极对214a-j，其各自包括设置在微流体通道210的径向相对侧220和222上的电极216和218。在该实施例中，用于对214a-j的每个电子接触226并联连接至测量装置209。进一步地，在该实施例中，每个对214a-j具有相应的电阻负载，使得对214a-j的电阻负载沿第一轴线212变化。由于电阻负载中的变化以及由于在第一流体204和第二流体206之间的电阻中的差异，电极对214a-j的总电阻基于泡沫224沿第一轴线212的位置而变化。

当第一流体204在功能上直接定位在电极对之间时，由于其相对高的电阻，第一流体204表现得像开路连接。相反，当第二流体206在功能上直接定位在电极对之间时，由于其相对低的电阻，第二流体206表现得像闭路连接。因此，对114a-j的总电阻大致基于接近泡沫224的对214e的电阻负载。测量装置209因此能够基于对214a-j的总电阻确定泡沫224的位置，泡沫224在图2a中接近对214-e。

由于粘度中的差异，第一流体204和第二流体206不同地响应于微流体结构202的加速。在图2b中，微流体结构202已经在大致沿第一轴线212的方向215上加速。因为第一流体204相比第二流体206具有更高的粘度，所以第一流体204更能抵抗流动，且因此更能抵抗由加速引起的力。因此，第一流体204的至少一部分相对于泡沫224与加速方向215相反地移动，使得泡沫224沿第一轴线215在加速方向215上移动。泡沫的移动量级对应于加速量级。

在图2b中，泡沫已经移动以便接近对214c。因此，由于泡沫224的移动，对114a-j在图2b中的总电阻大致基于对214c的电阻负载，而不是如在图2a中大致基于对241e。测量装置209配置成确定泡沫224沿第一轴线212的运动的量级，且还配置成基于所确定的量级确定微流体结构202的物理状态。为了确定量级，测量装置209配置成确定泡沫224的位置已经改变，且比较泡沫224的初始位置与新改变的位置。

在根据本公开的柔性微流体传感器的另一实施例中，传感器具有与在图2a和图2b中描绘的传感器200类似的配置。在该实施例中，第二流体206具有相比第一流体204更低的密度。由于密度中的差异，与第一流体204相比，第二流体206具有更小的惯性，这使得第一流体204和第二流体206不同地响应于微流体结构202的加速。特别地，与第一流体204相比，第二流体206的泡沫224对运动的抵抗更小，且因此，第一流体的至少一部分在与加速215相对的方向上运动经过泡沫224，使得泡沫224在加速方向上沿第一轴线212移动。

图3描绘了根据本公开的柔性微流体传感器400的另一示例性实施例的侧部平面视图。传感器400包括柔性微流体结构402、设置在微流体结构402内的第一流体404和第二流体406、电极布置408和测量装置409。

微流体结构402限定微流体腔室，其在该实施例中包括具有第一直径450的微流体腔410。微流体腔410配置成基于微流体结构402关于垂直于第一直径450的旋转轴线452的旋转速率而折曲，使得第一直径450由于旋转而增加。

第二流体406具有相比第一流体404更低的密度。在一些实施例中，第二流体406是气体，诸如空气。第二流体406形成具有第二直径454的在第一流体404内的泡沫424。第一直径450中的增加增加腔410的容量，使得第二直径454是基于微流体腔410的第一直径450。换言之，由于关于旋转轴线452的旋转，泡沫424的第二直径454配置成随着微流体腔410的第一直径450增加而增加。

电极布置408包括设置在微流体腔410的相对侧上且配置成通过微流体腔410交互的电极416和418的对414。第二流体406具有相比第一流体404更高的介电常数。因此，跨电极对414测量的电容随着第二直径454中的增加而增加。因此，跨电极对414测量的电容指示微流体结构402关于旋转轴线452的旋转速率。测量装置409配置成基于跨电极对414测量的电容确定泡沫424的第二直径，以及基于所确定的第二直径454确定微流体结构402的旋转速率。

在图3中，微流体结构402的旋转速率为零。图4描绘了具有关于旋转轴线452的非零旋转速率的微流体结构402。由于第一流体404相对于第二流体406的更高的密度，相对于第二流体406，第一流体404具有更高的惯性。因此，微流体结构402关于旋转轴线452的旋转使第一流体404远离旋转轴线452偏置，且抵着微流体腔410的至少大致垂直于第一直径450的内侧壁456和458推动第一流体404。第一流体404抵着内侧壁456和458的力使得微流体结构402折曲，且相对于在图3中描绘的直径，增加在图4中的微流体腔410的第一直径450。因为第二流体406的第二直径454是基于第一直径450，所以在图4中的旋转的微流体结构402中的第二直径454大于在图3中描绘的直径。

在根据本公开的柔性微流体传感器的另一实施例中，传感器具有与在图3和图4中描绘的传感器400类似的结构，且第一流体404的电阻高于第二流体406的电阻。由于在电阻中的差异，第二流体406的泡沫424的第二直径454中的增加减少了跨电极416和418的总电阻。在该实施例中，测量装置409配置成基于跨电极对414测量的电阻确定泡沫424的第二直径454，以及基于所确定的电阻确定微流体结构402的旋转速率。

虽然在图1-4中描绘且在上文中描述的实施例公开了使用特定物理和电气性质，但是其他实施例使用其他性质或者性质的组合。而且，在一些实施例中，第一流体具有多个与第二流体不同的物理或者电子学性质，其用于确定微流体结构的物理状态。在一个实施例中，持续超过预定时间期间的跨电极布置测量的电阻用于确定微流体结构的静态定向，跨电极布置的总电阻中的改变用于确定微流体结构的加速，且跨电极布置的电容中的改变用于确定微流体结构的旋转。

此外，虽然在上文的实施例中传感器100、200和400包括测量装置109、209和409，但是在其他实施例中，测量装置在传感器的外部，且经由电气接触连接。

如上文所指出的，在上文中的实施例中的微流体结构的重新定向、加速和旋转中的每一个影响第一和第二流体的布置。在一些实例中，能够从不同动作导致流体的类似布置。例如，沿微流体结构的第一轴线的加速能够使得第二流体的泡沫移动至新的第一位置，且微流体结构的重新定向也能够使得泡沫移动至相同的第一位置。因此，仅给出泡沫的在先位置和新的位置，可能至少部分不确定的是，位置中的改变是由重新定向、加速还是旋转或者其某种组合所导致。如在下文中讨论的，经由若干不同的技术将定向、加速和旋转彼此分离是可能的。

在一个实施例中，根据本公开的微流体装置包括配置为专用的倾斜传感器的第一微流体传感器和配置为加速传感器和旋转传感器中的至少一个的第二微流体传感器。与微流体装置关联的测量装置配置成使用倾斜传感器确定用于加速或旋转传感器的参考系，且从而解耦微流体装置的定向与旋转和加速。

在另一实施例中，测量装置配置成基于随时间取得的电极布置的一组连续值而做出定向、加速和旋转中的至少一个的确定。具体地，微流体结构经受加速或旋转所处的时间期间相对于微流体维持大致静态定向所处的时间期间一般是短的。因此，随时间取得电极布置的一组连续值使得能够区分与加速关联的相对瞬态的值和与定向关联的相对静态的值。

在另外的实施例中，从电极布置取得一组不同的电气性质的值。在一个示例中，各个电极对的电容用于确定指示加速或定向的泡沫沿微流体通道的位置，且整个电极布置的总电容用于确定旋转速率。测量装置配置成使用旋转速率以限定用于微流体结构的参考系，且从而将微流体装置的旋转与加速和定向解耦。

在另一实施例中，如下文中更详细讨论的，通过取得分别与不同轴线对准的多个不同电极布置的值，解耦重新定向、加速和旋转的作用。

图5描绘了根据本公开的柔性微流体传感器600的另一示例性实施例的顶部示意性视图。传感器600包括柔性微流体结构602、设置在微流体结构602内的第一流体604和第二流体606、电极布置608和测量装置609。

微流体结构602限定微流体腔室610，其在该实施例中包括微流体腔610，其在第一轴线612和垂直于第一轴线612的第二轴线613两者上延伸。在该实施例中，微流体腔610具有大致圆形形状，但是在其他实施例中还设想到其他形状。

电极布置608包括一组电极对614，其在微流体腔610上周向和径向分布。为了清楚起见，从图5省略在电极对614和测量装置609之间的电气连接。

在该实施例中，相比第一流体604，第二流体606不那么致密并且电阻更小，且在第一流体604内形成泡沫624。泡沫624沿第一轴线612的位置是基于微流体结构602沿第一轴线612的加速和微流体结构602的第一轴线612相对于重力方向（到图6中的页面中）的定向中的至少一个。类似地，泡沫624沿第二轴线613的位置是基于微流体结构602沿第二轴线613的加速和微流体结构602的第二轴线613相对于重力方向的定向中的至少一个。

在电极布置608中的电极对614使得能够以与上文中讨论的实施例类似的方式确定微流体结构602的定向、加速和旋转中的至少一个。由于第一流体604和第二流体606之间在电阻中的差异，跨电极对614中的每一个测量的电阻是基于泡沫624的位置和电极对614之间的关系。换言之，跨接近泡沫624的电极对414测量的电阻小于跨不接近泡沫624的电极测量的电阻。因为电极对614是跨第一轴线612和第二轴线613两者分布，所以确定泡沫224接近特定电极对414指示泡沫624沿第一轴线612和第二轴线613中的每一个的位置。测量装置609因此配置成基于跨电极对614测量的电阻确定泡沫624沿第一轴线612和第二轴线613两者的位置。而且，测量装置609配置成基于泡沫624沿第一轴线612的位置确定微流体结构602沿第一轴线612的加速和微流体结构602的第一轴线612相对于重力方向的定向中的至少一个，以及，基于泡沫624沿第二轴线613的位置，确定微流体结构602沿第二轴线613的加速和微流体结构602的第二轴线613相对于重力方向的定向中的至少一个。

此外，如以上所指出的，在一些实施例中，测量装置还配置成通过随时间做出多次确定而分离加速的确定与定向的确定，由此，泡沫624的瞬态位置指示加速，而静态位置指示定向。

在另一实施例中，微流体结构602的旋转使得微流体腔610朝外折曲，从而增加泡沫624的直径且从而修改电极布置608的总电容，这使得测量装置609能够确定微流体结构602关于垂直于第一轴线612和第二轴线613的旋转轴线的旋转。

图6描绘了根据本公开的柔性微流体传感器700的另一示例性实施例的透视示意图。传感器700包括柔性微流体结构702、设置在微流体结构702内的第一流体704和第二流体706、电极布置708和测量装置709。为了清楚起见，在图7中省略微流体结构702和测量装置709之间的电气连接。

在该实施例中，微流体结构702限定微流体腔室，其包括沿第一轴线712a延伸的第一微流体通道710a、沿垂直于第一轴线712a的第二轴线712b延伸的第二微流体通道710b以及沿垂直于第一轴线712a和第二轴线712b两者的第三轴线712c延伸的第三微流体通道710c。微流体通道710a-c中的每一个与彼此隔绝，且分别填充有第一流体704和相应地第二流体706的泡沫724a、724b和724c。

电极布置708包括第一、第二和第三组电极对714a-c，其分别沿第一轴线712a、第二轴线712b和第三轴线712c设置在对应微流体通道710a-c的相对侧上。因此，各个微流体通道710a-c中的每一个的结构与在图2a中描绘的微流体通道110的结构类似。微流体通道710a、电极对714a和泡沫724a使得能够确定微流体结构702的第一轴线712a相对于重力的定向、微流体结构702沿第一轴线712a的加速、微流体结构702关于第二轴线712b的旋转以及关于第三轴线712c的旋转中的至少一个。微流体通道710b、电极对714b和泡沫724b使得能够确定微流体结构702的第二轴线712b相对于重力的定向、微流体结构702沿第二轴线712b的加速、关于第一轴线712a的旋转以及微流体结构702关于第三轴线712c的旋转中的至少一个。微流体通道710c、电极对714c和泡沫724c使得能够确定微流体结构702的第三轴线712c相对于重力的定向、微流体结构702沿第三轴线712c的加速、微流体结构702关于第一轴线712a的旋转以及关于第二轴线712b的旋转中的至少一个。

在一些实施例中，测量装置709配置成使用定向、加速和相对于多个轴线的旋转中的至少一个的确定，以便改进至少一个其他确定的精度。例如，能够从沿第一轴线712a的加速、关于第二轴线712b的旋转、关于第三轴线712c的旋转、或其组合导致泡沫724a沿第一轴线712a的运动。在一个实施例中，测量装置709配置成使用基于微流体通道710c、电极对714c和泡沫724c的微流体结构702关于第二轴线712b的旋转的确定，以分离基于微流体通道710a、电极对714a和泡沫724a的沿第一轴线712a的加速的确定与基于微流体通道710a、电极对714a和泡沫724a的关于第二轴线712b的旋转的确定。

图7是根据本公开的柔性电子装置800的示例性实施例的功能框图。装置800包括至少一个柔性电子电路870和柔性微流体传感器801。

在常规的柔性电子装置中，用于感测定向、加速和旋转的惯性传感器一般按照从半导体行业继承的大规模制造工艺在硅平台上形成。虽然基于硅的传感器一般是快断型的且高度准确，但是硅基导致与柔性电路的更柔性的材料的异质集成。更刚性的硅不仅能够创建能够造成装置损伤的弯折折痕和应力点，而且还能够降低装置的总体柔性。

相比之下，传感器802的柔性使得能够实现传感器801与柔性电路807的同质集成。在一个实施例中，柔性电路870包括打印在柔性聚合物上或者包入柔性聚合物中的电路，且传感器801包括利用柔性聚合物形成的微流体结构。

相对于基于硅的微机电（MEMS）装置所使用的高度响应的机电交互，流体由于重新定向、加速、或旋转的重新布置一般是缓慢的。因此，相比常规的基于硅的惯性传感器，根据本公开的传感器可能不那么迅速地响应。而且，相比通过极其灵敏的基于硅的传感器使得可能的高度精密的测量，基于流体的确定可能不那么准确。然而，相比于受到测量的精度或者快速性限制，用于柔性电子装置的许多应用更多地受到装置的柔性的限制。

例如，用于柔性电子装置的许多应用包括响应于人类运动。人类运动一般在相比基于硅的传感器的典型响应时间短得多的时间尺度上发生。而且，在许多应用中，传感器结果中的高精度是不必要的。

图8描绘了根据本公开的柔性电子装置900的另一示例性实施例。装置900具有微流体传感器，诸如上文中讨论的传感器的实施例中的一个。传感器配置成感测用户990的至少一部分在重力方向911上的加速。装置900还具有柔性电子电路，其配置成确定所感测到的加速指示用户已经迈步，且对用户所迈出的总步伐进行计数。

在各种实施例中，柔性电子装置用于多种多样的应用。在一个实施例中，电子装置配置成确定至少一个旋转、加速和定向对应于用户的特定运动。例如，在一个实施例中，根据本公开的柔性电子装置被集成到柔性腕带中，且配置成确定用户正在例如挥舞网球拍或者高尔夫球杆、投球等。

将理解，上述和其他特征和功能的变型或其备选可被期望地组合到许多其他不同的系统、应用或方法中。可由本领域技术人员后来做出各种目前未预见或未预料的备选、修改、变型或改进，其也意图被本公开所涵盖。

Claims (20)

1.一种柔性微流体传感器，包括：

限定至少一个微流体腔室的柔性微流体结构；

设置在所述至少一个腔室中的第一材料和第二材料，所述第二材料具有与材料流体的物理性质不同的至少一个物理性质，且所述第二材料具有与所述第一材料的电子学性质不同的至少一个电子学性质；以及

电极布置，其包括彼此间隔开的至少一对电极，其中所述至少一个腔室的至少一部分在功能上直接定位在所述电极之间，使得跨所述至少一对电极测量的至少一个电子学性质是基于所述第二材料与所述至少一对电极之间的关系；

其中，所述第二材料与所述至少一对电极之间的所述关系是基于所述微流体结构的物理状态。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中：

所述微流体结构的所述物理状态包括所述微流体结构的定向、所述微流体结构的加速和所述微流体结构的旋转速率中的至少一个。

3. 根据权利要求1所述的传感器，其中：

所述第一材料是第一流体；并且

所述第二材料是第二流体、固体或者包括第二流体的固体壳。

4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述至少一个物理性质包括密度和粘度中的至少一个。

5.根据权利要求4所述的传感器，其中，跨所述至少一对电极测量的所述至少一个电气性质包括电阻和电容中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中：

所述至少一个腔室包括沿第一轴线延伸的第一微流体通道；

所述第一材料是第一流体；

所述第二材料是第二流体，其在所述第一微流体通道中形成所述第一流体内的第一泡沫；

所述至少一对电极包括第一组电极对，其沿所述第一微流体通道的所述第一轴线分布，使得跨所述第一组电极对测量的至少一个电子学性质是基于所述第一泡沫和所述第一组电极对之间的关系；并且

所述第一泡沫和所述第一组电极对之间的所述关系是基于所述第一轴线相对于重力方向的定向、所述微流体结构沿所述第一轴线的加速以及所述微流体结构垂直于所述第一轴线的旋转中的至少一个。

7.根据权利要求6所述的传感器，其中，所述第一泡沫和所述第一组电极对之间的所述关系包括所述第一泡沫沿所述第一轴线的位置和所述第一泡沫的直径中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的传感器，其中，在所述第一组电极对中的每一个电极包括相应的电气接触。

9.根据权利要求8所述的传感器，还包括：

电气连接到在所述第一组电极对中的电极的电气接触的测量装置，所述测量装置配置成：

基于跨沿所述第一轴线分布的所述第一组电极对测量的所述至少一个电气性质，确定所述第一泡沫和所述第一组电极对之间的所述关系；以及

基于所确定的关系，确定所述微流体结构的物理状态。

10.根据权利要求9所述的传感器，其中：

在所述第一组电极对中的每一个电极对具有相应的电阻负载，使得所述第一组电极对的所述电阻负载沿所述第一轴线变化；

跨所述第一组电极对测量的所述至少一个电气性质包括电阻，使得所述第一组电极对的总电阻基于所述第一泡沫沿所述第一微流体通道的位置而改变；并且

所述测量装置还配置成基于所述第一组电极对的所述总电阻，确定所述第一泡沫沿所述第一微流体通道的所述位置。

11.根据权利要求7所述的传感器，其中：

所述至少一个腔室还包括第二微流体通道，其沿垂直于所述第一轴线延伸的第二轴线延伸；

所述第二流体在所述第二微流体通道中形成所述第一流体内的第二泡沫；

所述至少一对电极还包括第二组电极对，其沿所述第二微流体通道的所述第二轴线分布，使得跨所述第二组电极对测量的至少一个电子学性质是基于所述第二泡沫和所述第二组电极对之间的关系；

所述第二泡沫和所述第二组电极对之间的所述关系是基于所述第二轴线相对于所述重力方向的定向、所述微流体结构沿所述第二轴线的加速以及所述微流体结构垂直于所述第二轴线的旋转中的至少一个。

12.根据权利要求11所述的传感器，其中：

所述至少一个腔室还包括第三微流体通道，其沿垂直于所述第一轴线且垂直于所述第二轴线延伸的第三轴线延伸；

所述第二流体在所述第三微流体通道中形成所述第一流体内的第三泡沫；

所述至少一对电极还包括第三组电极对，其沿所述第二微流体通道的所述第三轴线分布，使得跨所述第三组电极对测量的至少一个电子学性质是基于所述第三泡沫和所述第三组电极对之间的关系；

所述第三泡沫和所述第三组电极对之间的所述关系是基于所述第三轴线相对于所述重力方向的定向、所述微流体结构沿所述第三轴线的加速以及所述微流体结构垂直于所述第三轴线的旋转中的至少一个。

13.根据权利要求1所述的传感器，其中：

所述至少一个腔室包括微流体腔，其沿第一轴线以及沿垂直于所述第一轴线的第二轴线延伸；

所述第一材料是第一流体；

所述第二材料是第二流体，其在所述微流体腔中形成所述第一流体内的泡沫；

跨所述至少一对电极测量的所述至少一个电子学性质是基于所述泡沫与所述至少一对电极之间的关系；并且

所述微流体结构的所述物理状态包括如下中的至少一个：

所述微流体结构沿所述第一轴线的加速；

所述微流体结构沿所述第二轴线的加速；

所述第二轴线相对于重力方向的定向；

所述第一轴线相对于所述重力方向的定向；以及

所述微流体结构关于垂直于所述第一轴线和所述第二轴线的第三轴线的旋转。

14. 根据权利要求13所述的传感器，其中：

所述微流体腔具有第一直径，且配置成由于所述微流体结构关于所述第三轴线的旋转而折曲，使得所述第一直径增加；并且

所述至少一个泡沫具有基于所述第一直径的第二直径，使得所述第二直径是基于所述微流体结构关于所述第三轴线的所述旋转。

15. 根据权利要求14所述的传感器，其中：

跨所述至少一对电极测量的所述至少一个电子学性质包括电容；并且

所述第二流体的所述至少一个电子学性质包括介电常数，使得跨至少一个电极对测量的所述电容基于所述至少一个泡沫的所述第二直径而改变。

16.根据权利要求15所述的传感器，还包括：

测量装置，其电气连接到所述至少一个电极对，且配置成基于跨所述至少一个电极对测量的所述电容确定所述微流体结构的旋转速率。

17.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述微流体结构包括柔性聚合物材料。

18.根据权利要求17所述的传感器，其中，所述柔性聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷和帕利灵中的至少一个。

19. 一种柔性电子装置，包括：

至少一个柔性电子电路；以及

与所述至少一个柔性电子电路同质集成的柔性微流体传感器，所述柔性微流体传感器包括：

限定至少一个微流体腔室的柔性微流体结构；

设置在所述至少一个腔室中的第一材料和第二材料，所述第二材料具有与所述第一材料的物理性质不同的至少一个物理性质，所述第二材料具有与所述第一材料的电子学性质不同的至少一个电子学性质，并且所述第一材料和所述第二材料中的至少一个是流体；以及

电极布置，其包括彼此间隔开的至少一对电极，其中所述至少一个腔室的至少一部分在功能上直接定位在所述电极之间，使得跨所述至少一对电极测量的至少一个电子学性质是基于所述第二材料与所述至少一对电极之间的关系；

其中，所述第二材料与所述至少一对电极之间的所述关系是基于所述微流体结构的物理状态。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述微流体结构的所述物理状态指示人类用户的至少一部分的定向、加速和旋转速率中的至少一个。