CN113454376A - 制造微流体阀和系统的方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的微流体阀可以包括其中具有至少一个空腔的阀体、将空腔分成输入闸门端部和输出闸门端部的闸门传动元件、被配置为将驱动流体输送到输入闸门端部中的闸门端口以及流体通道。闸门传动元件可以包括柔性膜和耦合到柔性膜的柱塞。闸门传动元件可被配置为在空腔内移动，以在输入闸门端部加压时抑制目标流体从流体通道的入口端口流向流体通道的出口端口，并且在输入闸门端部减压时允许目标流体从入口端口流向出口端口。还公开了各种其他相关系统和方法。

Description

制造微流体阀和系统的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年2月19日提交的第16/279,152号美国申请的优先权，出于所有目的，该美国申请的内容通过引用以其整体并入本文。
背景
本发明涉及微流体设备。更具体地，本发明涉及一种制造微流体阀的方法。
微流体系统是涉及流体流动的小型机械系统。微流体系统可用于许多不同的领域，例如生物医学、化学、遗传学、生物化学、制药、触觉学(haptics)和其他领域。微流体阀是微流体系统的基本部件，并且可以用于停止、启动或以其他方式控制微流体系统中的流体流动。例如，可以利用压电材料或弹簧加载机构(spring-loaded mechanism)经由流体压力来致动传统的微流体阀。
以微流体系统的尺度(scale)制造可重复使用且可靠的阀可能具有挑战性。例如，以可以对阀进行可靠的密封(例如，在阀座处、在阀的部件之间等)的方式来形成如此小尺度的阀可能是困难的。此外，像微流体阀这样的小型机构中的活动件可能很脆弱，并且难以在不造成损坏的情况下进行控制。
因此，本公开认识到了对改进的微流体阀和系统、控制微流体系统中的流体流动的方法以及制造微流体阀和系统的方法的需求并提供了解决方案。
概述
根据本发明，提供了一种制造微流体阀的方法，该方法包括：在微流体阀体内形成空腔；将闸门传动元件定位在空腔内，其中闸门传动元件将空腔分成输入闸门端部(gateterminal)和输出闸门端部；以及形成流体通道，该流体通道包括位于微流体阀体内的入口端口、至少部分地位于输出闸门端部内的限制区域以及出口端口，其中闸门传动元件被定位和配置为在输入闸门端部加压和减压时来回移动，以在输入闸门端部加压时限制该限制区域，从而抑制目标流体(subject fluid)从入口端口流向出口端口，并且在输入闸门端部减压时允许或增加目标流体从入口端口流向出口端口。
可选地，闸门传动元件可以包括耦合到柱塞(plunger)的柔性膜，该柱塞可以在打开位置和关闭位置之间可移动，以控制目标流体通过流体通道的流动。
可选地，本公开包括微流体阀。微流体阀可以包括其中具有至少一个空腔的阀体和设置在空腔内并将空腔分成输入闸门端部和输出闸门端部的闸门传动元件。闸门传动元件可以包括柔性膜和耦合到柔性膜的柱塞。闸门端口可以被配置为将驱动流体(drivefluid)引导到输入闸门端部内，以对输入闸门端部加压。流体通道可以包括入口端口、限制区域和出口端口。流体通道可以被配置为将目标流体从入口端口输送通过限制区域，并且到达出口端口。闸门传动元件可以被配置为在空腔内移动以在输入闸门端部加压时限制该限制区域，从而抑制目标流体从入口端口流向出口端口，并且在输入闸门端部减压时使限制区域膨胀以允许或增加目标流体从入口端口流向出口端口。
可选地，限制区域可以至少部分地由柔性泡罩(flexible bubble)限定，该柔性泡罩定位在输出闸门端部内、在入口端口和出口端口上方、以及在柱塞与入口端口和出口端口之间。柔性泡罩可以将输出闸门端部分成柔性泡罩内的限制区域和在柔性泡罩外部与闸门传动元件之间的输出闸门排气室。柱塞可以被配置为在输入闸门端部加压时，挤压柔性泡罩以收缩限制区域。阀体还可以包括排气出口，该排气出口被配置为将流体引导至输出闸门排气室和从输出闸门排气室引导流体。输出闸门排气室可以被配置为通过排气出口进行加压和减压。在一些示例中，阀体可以包括：设置在柔性膜和形成柔性泡罩的柔性材料之间的闸门体部分、设置在柔性膜的与闸门体部分相反的一侧上并且包括闸门端口的驱动体部分、以及设置在形成柔性泡罩的柔性材料的与闸门体部分相反的一侧上并且包括入口端口和出口端口的流体通道体部分。
进一步可选地，平行于柔性膜截取的空腔的横截面积可以为大约25mm2或更小(例如大约1mm2或更小)。柱塞可以化学地结合(bond)到柔性膜。阀体可以包含硅、二氧化硅、玻璃、聚碳酸酯或刚性聚合物中的至少一种。柔性膜可以包含聚合物材料(例如聚硅氧烷材料)。
可选地，本公开包括微流体系统。微流体系统可以包括微流体阀、驱动流体源、目标流体源和流体驱动机构。微流体阀可以包括其中具有至少一个空腔的阀体和设置在空腔内并且将空腔分成输入闸门端部和输出闸门端部的闸门传动元件。闸门端口可以被配置为将驱动流体引导到输入闸门端部内，以对输入闸门端部加压。入口端口可被配置为将目标流体输送到流体通道的限制区域中。出口端口可以被配置为将目标流体输送出流体通道的限制区域。柔性泡罩可以定位于入口端口和出口端口之间的流体通道内。柔性泡罩可以限定流体通道中的限制区域，该柔性泡罩可以被配置为变形以在输入闸门端部加压时阻塞入口端口和出口端口之间的流体通道，从而抑制目标流体从入口端口流向出口端口，并且在输入闸门端部减压时允许目标流体从入口端口流向出口端口。驱动流体源可以被配置为通过闸门端口将驱动流体输送到输入闸门端部中或输送出输入闸门端部。目标流体源可以被配置为将目标流体输送到入口端口。流体驱动机构可以被配置为从出口端口接收目标流体。
可选地，闸门传动元件可以包括柔性膜和设置在空腔内并耦合到柔性膜的柱塞。柱塞可以被配置为在输入闸门端部加压时挤压柔性泡罩，以阻塞入口端口和出口端口之间的限制区域。流体驱动机构可以包括微机电设备、可膨胀空腔、活塞系统或触觉反馈设备中的至少一个。在一些实施例中，空腔内的柔性膜的表面积可以大于柔性泡罩的表面积。
可选地，微流体系统可以包括微流体阀。微流体阀可以包括输入闸门端部和进入闸门端部的闸门端口(通过从驱动体部分去除材料而形成)。可选地，微流体阀可以包括闸门体部分(可选地包括形成在所述闸门体部分上的柔性膜)。可选地，该阀可以包括输出闸门端部(可选地通过从闸门体部分去除材料而形成)。可选地，可以在输出闸门端部内限定柱塞(可选地通过从闸门体部分去除材料)。可选地，柱塞结合到柔性膜。可选地，微流体阀的流体通道体部分可以包括形成在流体通道体部分上的柔性泡罩。可选地，微流体阀包括与柔性泡罩内部流体连通的入口端口和出口端口。可选地，通过从流体通道体部分去除材料来形成入口端口和出口端口。
可选地，驱动体部分耦合到闸门体部分。可选地，输入闸门端部通过柔性膜与输出闸门端部分离。可选地，闸门体部分耦合到流体通道体部分。可选地，驱动流体源可操作地耦合到闸门端口。可选地，目标流体源可操作地耦合到入口端口。可选地，流体驱动机构可操作地耦合到出口端口，并且被配置为当微流体阀处于打开状态时由目标流体操作。
可选地，通过同时形成多个微流体阀来形成微流体阀。可选地，通过将驱动体衬底材料(可选地包括多个驱动体部分)结合到闸门体衬底材料(可选地包括多个闸门体部分)来将驱动体部分耦合到闸门体部分。可选地，通过将闸门体衬底材料(可选地包括多个闸门体部分)结合到流体通道体衬底材料(可选地包括多个流体通道体部分)来将闸门体部分耦合到流体通道体部分。
可选地，驱动体部分、闸门体部分和/或流体通道体部分具有通过光刻操作选择性去除的材料。
可选地，流体通道体部分包括形成在其上的块。可选地，块和流体通道体部分包括形成在所述块和流体通道体部分上方的柔性材料。可选地，该块被配置为被去除，留下柔性材料保留在流体主体部分上，从而在流体通道体部分上形成柔性泡罩。
可选地，适于通过经由选择性材料去除工艺穿过入口端口或出口端口中的至少一个选择性地去除该块的材料来去除该块。
可选地，柔性材料和/或柔性膜可以由弹性材料形成。
可选地，可操作地耦合到出口端口的流体驱动机构包括微机电设备、可膨胀空腔、活塞系统或触觉反馈设备中的至少一个。
可选地，形成柔性泡罩，使得其表面积小于分隔输入闸门端部和输出闸门端部的柔性膜的表面积。
可选地，耦合到流体通道体部分的闸门体部分包括抵靠柔性泡罩的柱塞。
可选地，本公开包括控制微流体系统中目标流体的流动的方法。可选地，可以将目标流体通过流体通道的限制区域从入口端口输送到出口端口。驱动流体可以从闸门端口流入微流体阀体的空腔内的输入闸门端部。输出闸门端部和输入闸门端部可以通过闸门传动元件彼此分离，闸门传动元件可以包括柔性膜和耦合到柔性膜的柱塞。响应于驱动流体流入输入闸门端部，闸门传动元件可以被移动以挤压定位于输出闸门端部内的柔性泡罩并使其变形。柔性泡罩可以将输出闸门端部与限制区域分离。通过用变形的柔性泡罩阻塞限制区域，可以抑制目标流体从入口端口流向出口端口。
可选地，控制目标流体流动的方法可以包括使目标流体从出口端口流入流体驱动机构，以启动流体驱动机构。启动流体驱动机构可以包括启动人工现实系统的触觉反馈设备。驱动流体可以通过闸门端口从输入闸门端部抽出，以移动闸门传动元件，从而减轻对柔性泡罩的压力并疏通(unblock)限制区域。
可选地，闸门传动元件被定位和配置为在输入闸门端部加压和减压时来回移动，以在输入闸门端部减压时使限制区域膨胀，从而允许或增加目标流体从入口端口流向出口端口。
可选地，将闸门传动元件定位在空腔内可以包括将柱塞定位在输出闸门端部内，并且可选地将柱塞耦合到柔性膜。柔性泡罩可以定位在输出闸门端部内，并定位在入口端口和出口端口上方。限制区域可以限定在入口端口和出口端口之间的流体通道中并且限定在柔性泡罩内。柱塞可被配置为在输入闸门端部加压时使柔性泡罩变形，以用变形的柔性泡罩阻塞限制区域，从而抑制目标流体从入口端口流向出口端口。在微流体阀体内形成空腔可以包括形成具有大约1mm2或更小的平行于柔性膜截取的横截面积的空腔。排气出口可以形成在微流体阀体中。排气出口可以与输出闸门端部流体连通。
可选地，在微流体阀体内形成空腔可以包括在微流体阀体的驱动体部分内形成输入闸门端部，以及在微流体阀体的闸门体部分内形成输出闸门端部。柔性膜可以形成在闸门体部分的表面上。驱动体部分可以耦合到闸门体部分，而流体通道体部分可以耦合到闸门体部分。柔性泡罩可以形成在流体通道体部分的表面上。至少一个对准标记可以形成在驱动体部分、闸门体部分或流体通道体部分中的至少一个之上或之内。将驱动体部分耦合到闸门体部分以及将流体通道体部分耦合到闸门体部分可以包括使用至少一个对准标记来将驱动体部分、闸门体部分和流体通道体部分彼此对准。
在微流体阀体内形成空腔可以包括执行至少一个光刻操作。在微流体阀体内形成空腔可以包括在硅材料、二氧化硅材料、玻璃材料、聚碳酸酯材料或刚性聚合物材料中的至少一种内形成空腔。
可选地，本公开包括制造微流体系统的方法。可以形成微流体阀。可以从驱动体部分去除材料，以形成输入闸门端部和进入输入闸门端部的闸门端口。柔性膜可以形成在闸门体部分上。可以从闸门体部分去除材料以形成输出闸门端部，并在输出闸门端部内限定柱塞，该柱塞被结合到柔性膜。柔性泡罩可以形成在流体通道体部分上。可以从流体通道体部分去除材料，以形成与柔性泡罩的内部流体连通的入口端口和出口端口。驱动体部分可以耦合到闸门体部分，并且可以用柔性膜将输入闸门端部与输出闸门端部分离。闸门体部分可以耦合到流体通道体部分。驱动流体源可以可操作地耦合到闸门端口。目标流体源可以可操作地耦合到入口端口。当微流体阀处于打开状态时，流体驱动机构可以可操作地耦合到出口端口，以由目标流体操作。
形成微流体阀可以包括同时形成多个微流体阀。将驱动体部分耦合到闸门体部分可以包括将包括多个驱动体部分的驱动体衬底材料结合到包括多个闸门体部分的闸门体衬底材料。将闸门体部分耦合到流体通道体部分可以包括将包括多个闸门体部分的闸门体衬底材料结合到包括多个流体通道体部分的流体通道体衬底材料。
可选地，从驱动体部分去除材料、从闸门体部分去除材料和/或从流体通道体部分去除材料可以包括执行光刻操作以选择性地去除材料。在流体通道体部分上形成柔性泡罩可以包括在流体通道体部分上形成块，在块和流体通道体部分上方形成柔性材料，以及去除块，同时留下柔性材料保留在流体通道体部分上。去除块可以包括使用选择性材料去除工艺通过入口端口或出口端口中的至少一个来去除块的材料。在块和流体通道体部分上方形成柔性材料和在闸门体部分上形成柔性膜中的每一个都可以包括形成弹性材料。将流体驱动机构可操作地耦合到出口端口可以包括将微机电设备、可膨胀空腔、活塞系统或触觉反馈设备中的至少一个可操作地耦合到出口端口。在一些实施例中，在流体通道体部分上形成柔性泡罩可以包括形成柔性泡罩，该柔性泡罩的表面积小于分隔输入闸门端部和输出闸门端部的柔性膜的表面积。将闸门体部分耦合到流体通道体部分可以包括将柱塞抵靠柔性泡罩。
根据本文描述的一般原理，本文描述的任何实施例的特征可以彼此结合使用。当结合附图和权利要求阅读下面的详细描述时，这些和其他实施例、特征和优点将被更充分地理解。
附图简述
附图示出了许多示例实施例，并且是说明书的一部分。这些附图连同下面的描述一起展示并解释了本公开的各种原理。
图1是示例流体控制系统的图示。
图2是微流体系统的示意性俯视图。
图3A是微流体阀的透明透视图。
图3B是图3A的微流体阀的部分透明俯视图。
图4是图3A的微流体阀的横截面透视图。
图5是图3A的微流体阀的横截面侧视图。
图6-图15示出了微流体阀的驱动体部分的各个制造阶段的横截面视图。
图16-图25示出了微流体阀的闸门体部分的各个制造阶段的横截面视图。
图26-图39示出了微流体阀的流体通道体部分的各个制造阶段的横截面视图。
图40示出了处于打开状态的组装的微流体阀的横截面视图。
图41示出了处于关闭状态的图40的组装的微流体阀的横截面视图。
图42是示出控制目标流体在微流体系统中的流动的方法的流程图。
图43和图44是分别示出制造微流体系统的方法的流程图。
图45是可以与本发明结合使用的示例人工现实头带的图示。
图46是可以与本发明结合使用的示例增强现实眼镜的图示。
图47是可以与本发明结合使用的示例虚拟现实头戴式装置(headset)的图示。
图48是可以与本发明结合使用的示例触觉设备的图示。
图49是示例虚拟现实环境的图示。
图50是示例增强现实环境的图示。
在所有附图中，相同的附图标记和描述表示相似但不一定相同的元件。虽然本文所述的示例实施例容许各种修改和可选的形式，但特定的实施例作为示例在附图中被示出并且将在本文被详细描述。然而，本文描述的示例实施例并不旨在局限于所公开的特定形式。相反，本公开涵盖了落在所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代方案。
示例实施例的详细描述
本公开总体上涉及微流体阀、系统和相关方法。如下文将更详细解释的，本公开的实施例可以包括微流体阀，该微流体阀具有设置在阀体中的空腔内的柔性膜。柔性膜可以将空腔分成输入闸门端部和输出闸门端部。入口端口可以被配置为将目标流体引导到限制区域中，而出口端口可以被配置为当微流体阀处于打开状态时将目标流体引导出限制区域。柱塞可以设置在空腔内并且耦合到柔性膜。柔性膜和柱塞可被配置为在空腔内移动以在输入闸门端部加压时抑制目标流体从入口端口流向出口端口，并且在输入闸门端部减压时允许目标流体流动。在一些实施例中，柔性泡罩可以定位在输出闸门端部内并在限制区域上方。微流体系统可以结合这种微流体阀。还公开了控制流体流动和制造微流体系统的相关方法。
下面将参考图1-图5提供示例流体系统和阀(例如，微流体系统和微流体阀)的详细描述。参考图6-图39，提供了微流体阀的各个制造阶段的详细描述。参考图40和图41，分别提供了处于打开状态和关闭状态的示例微流体阀的详细描述。参考图42，提供了控制流体流动的示例方法的详细描述。参考图43和图44，提供了制造微流体系统的示例方法的详细描述。参考图45-图47，提供了各种人工现实系统的详细描述。参考图48-图50，提供了用于触觉、人工现实和虚拟现实的示例系统和设备的详细描述。
本公开可以包括触觉流体系统，该触觉流体系统涉及对通过流体通道的流体流动的控制(例如，停止、启动、限制、增加等)。可以用流体阀来实现对流体流动的控制。图1示出了根据本公开的至少一个实施例的用于控制通过流体通道12的流动的流体阀10的示意图。来自流体源(例如，加压流体源、流体泵等)的流体可以通过流体通道12从入口端口14流向出口端口16，该出口端口16可以可操作地耦合到例如流体驱动机构、另一个流体通道或流体储存器。
流体阀10可以包括用于控制通过流体通道12的流体流动的闸门18。闸门18可以包括闸门传动元件20，该闸门传动元件20可以是可移动部件，其被配置为将输入力、压力或位移传递到限制区域22，以限制或停止通过流体通道12的流动。相反，在一些示例中，向闸门传动元件20施加力、压力或位移可能导致打开限制区域22，以允许或增加通过流体通道12的流动。施加到闸门传动元件20的力、压力或位移可以被称为闸门力、闸门压力或闸门位移。闸门传动元件20可以是柔性元件(例如，弹性膜、隔膜(diaphragm)等)、刚性元件(例如，可移动活塞、杠杆等)、或它们的组合(例如，耦合到弹性膜或隔膜的可移动活塞或杠杆)。
如图1所示，流体阀10的闸门18可以包括一个或更多个闸门端部，例如在闸门传动元件20的相反侧上的输入闸门端部24A和输出闸门端部24B(本文统称为“闸门端部24”)。闸门端部24可以是用于向闸门传动元件20施加力(例如，压力)的元件。举例来说，闸门端部24可以各自是或包括邻近闸门传动元件20的流体室。可选地或附加地，一个或更多个闸门端部24可以包括实心部件(例如杠杆、螺钉或活塞)，其被配置为向闸门传动元件20施加力。
在一些示例中，闸门端口26可以与输入闸门端部24A流体连通，以用于在输入闸门端部24A内施加正或负流体压力。控制流体源(例如，加压流体源、流体泵等)可以与闸门端口26流体连通，以选择性地对输入闸门端部24A加压和/或减压。在附加的实施例中，可以以其他方式(例如利用压电元件或机电致动器等)在输入闸门端部24A处施加力或压力。
在图1所示的实施例中，输入闸门端部24A的加压可使得闸门传动元件20朝向限制区域22位移，导致输出闸门端部24B的相应加压。输出闸门端部24B的加压转而可以使得限制区域22部分或完全限制以减少或停止通过流体通道12的流体流动。输入闸门端部24A的减压可以使得闸门传动元件20远离限制区域22位移，导致输出闸门端部24B的相应减压。输出闸门端部24B的减压转而可以使得限制区域22部分或完全膨胀，以允许或增加通过流体通道12的流体流动。因此，流体阀10的闸门18可用于控制从流体通道12的入口端口14到其出口端口16的流体流动。
图2是微流体系统100的示意性俯视图，该微流体系统100包括微流体阀102、被配置为由微流体阀102启动的流体驱动机构104、用于驱动微流体阀102的驱动流体源106、以及用于使目标流体流动以启动流体驱动机构104的目标流体源108。目标流体的流动可以通过微流体阀102的闸门来控制。闸门端口110可以提供驱动流体源106和微流体阀102之间的流体连通。入口端口112可以提供目标流体源108和微流体阀102之间的流体连通。出口端口114可以提供微流体阀102和流体驱动机构104之间的流体连通。微流体阀102可以包括柱塞116，该柱塞116可以在空腔118内可移动，以打开和关闭微流体阀102，从而用于控制目标流体的流动。
微流体系统100可以包括衬底120，微流体系统100的至少一些部件设置在衬底120内或衬底120上。例如，衬底120的至少一部分可以限定微流体阀102的阀体122、驱动流体源106、目标流体源108、闸门端口110、入口端口112、出口端口114、空腔118和/或流体驱动机构104中的一个或更多个。在一些实施例中，衬底120可以包括材料(例如驱动体部分、至少一种柔性材料(例如，弹性材料)、闸门体部分和/或流体通道体部分)的堆叠。在一些示例中，术语“柔性的”可以意指能够弯曲和/或返回到初始状态而没有永久损坏。柔性材料还可以是可拉伸的。在一些示例中，衬底120可以包含硅、二氧化硅、玻璃和/或刚性聚合物(例如，聚碳酸酯材料、丙烯酸材料、聚氨酯材料、氟化弹性体材料、聚硅氧烷材料等)中的至少一种。
流体驱动机构104可以是可以通过以微流体尺度使目标流体流动和/或加压来被驱动或控制的任何机构。作为示例而非限制，流体驱动机构104可以包括微机电设备(例如，所谓的“MEMS”设备)、可膨胀空腔、活塞系统和/或触觉反馈设备中的至少一个。
驱动流体源106和目标流体源108中的每一个可以是能够提供加压流体(例如气体(例如空气、氮气等)或液体(例如水、油等))到微流体阀102的任何源或机构。作为示例而非限制，驱动流体源106和目标流体源108可以各自是或包括加压储存器、风扇、泵或活塞系统等。
可选地，在一些实施例中，排气出口124(在图2中以虚线示出)可以与微流体阀102流体连通。当柱塞116来回移动以打开或关闭微流体阀102时，排气出口124可以使微流体阀102内的一个或更多个室能够膨胀和/或收缩，如下文将进一步详细解释的。
在一些实施例中，微流体系统100可以并入触觉反馈设备，例如用于与人工现实(例如，虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality)或混杂现实(hybrid reality))系统一起使用。微流体系统100可以定位在可穿戴设备(例如，头带、头戴式显示器、手套、臂带等)上或可穿戴设备中，该可穿戴设备被配置为将触觉反馈(例如，振动、压力等)提供给用户。例如，微流体系统100的流体驱动机构104可以是可膨胀的空腔，该可膨胀的空腔被配置为在微流体阀102打开时用目标流体填充和膨胀。膨胀空腔可以挤压用户，并且用户可以感觉到来自膨胀空腔的压力(例如由用户在人工现实中采取的动作所导致的压力)。举例来说，微流体系统100可以并入手套的手指中，并且用户可以在空间中使用他或她的手指以在人工现实环境中做出选择。微流体系统100的可膨胀空腔可以用目标流体填充和膨胀，以在用户手指上提供压觉点(pressure point)，从而确认用户做出的选择。压觉点可以提供用户正在触摸真实对象的感觉。可替代地，流体驱动机构104可以包括偏心旋转元件，当微流体阀102处于打开状态时，该偏心旋转元件可以被流动的目标流体旋转，从而为用户产生振动感觉作为触觉反馈。
下面结合图3A-图5、图40和图41描述可以用于微流体阀102的架构的示例。
图3A-图5示出了根据本公开的至少一个实施例的微流体阀200的各种视图。例如，图3A-图5所示的微流体阀200可以用作图2所示的微流体系统100的微流体阀102。
微流体阀200可以包括用于控制闸门211的闸门端口210。闸门211可以控制目标流体通过流体通道从入口端口212流向出口端口214。闸门端口210、入口端口212和出口端口214可各自穿过阀体222并进入形成在阀体222中的空腔218。空腔218可以被分成由柔性膜234隔开的输入闸门端部230和输出闸门端部232。闸门端口210可以与输入闸门端部230流体连通。柱塞216可以设置在空腔218内，并且可以被配置为来回移动(例如，从图3A、图4和图5的角度看是上下移动)以打开和关闭微流体阀200。柱塞216可以耦合到(例如，粘附到、化学地结合到、紧固到)柔性膜234。柱塞216和柔性膜234可以一起限定微流体阀200的闸门传动元件。柔性膜234可以由聚合物(例如，弹性材料，诸如聚硅氧烷材料)形成。
在一些实施例中，柔性泡罩236可以定位在输出闸门端部232内、在入口端口212和出口端口214上方并且在柱塞与入口端口212和出口端口214之间。柔性泡罩236可以由聚合物(例如，弹性材料，诸如聚硅氧烷材料)形成。柔性泡罩236可以将输出闸门端部232分成柔性泡罩236内的流体通道的限制区域238(在图4和图5中标识)和柔性泡罩236的外部与柔性膜234之间的输出闸门排气室240(在图4和图5中标识)。柱塞216可以定位在输出闸门排气室240内。在一些实施例中，至少一个排气出口224可以与输出闸门排气室240流体连通，使得输出闸门排气室240能够在输入闸门端部230加压和减压时自由地(即，没有来自输出闸门排气室240内的流体压力的阻力)膨胀和收缩。
阀体222可以包括至少部分地限定输入闸门端部230的驱动体部分244、至少部分地限定柱塞216和/或输出闸门端部232的闸门体部分246、以及至少部分地限定入口端口212和出口端口214的流体通道体部分248。驱动体部分244和闸门体部分246可以通过柔性膜234彼此分离并且彼此耦合(例如，粘附、化学地结合)。闸门体部分246和流体通道体部分248可以通过形成柔性泡罩236的柔性材料250彼此分离并且彼此耦合(例如，粘附、化学地结合)。
通过经由闸门端口210引入或抽出驱动流体来对输入闸门端部230进行充分的加压和减压可以分别向下和向上(从图3A、图4和图5的角度来看)移动柱塞216和柔性膜234。因此，当输入闸门端部230被充分加压时，柱塞216可以向下移动以限制(例如，收缩、阻塞)入口端口212和出口端口214之间的限制区域238。在一些实施例中，柱塞216的向下移动可以挤压柔性泡罩236并使其变形(例如，压下)，以收缩限制区域238。阻塞限制区域238可以抑制(例如，减少或终止)目标流体从入口端口212流向出口端口214，从而关闭微流体阀200。
在对输入闸门端部230充分减压后，柱塞216可以向上移动以疏通限制区域238。例如，柱塞216的向上移动可以减轻对柔性泡罩236的压力，以允许限制区域238膨胀。限制区域238的膨胀可以通过柔性泡罩236的弹性特性和/或入口端口212的加压中的一项或两项来实现。疏通限制区域238可以允许目标流体从入口端口212流向出口端口214，从而打开微流体阀200。
在一些示例中，排气出口224可用于对输出闸门排气室240加压和/或减压以便促进限制区域238的阻塞或疏通。
作为非限制性示例，空腔218内的柔性膜234的表面积可以大于柔性泡罩236的表面积。当输入闸门端部230被加压时，由柱塞216施加给柔性泡罩236的力可以与柔性膜234的表面积与柔性泡罩236的表面积之比成比例。因此，与柔性膜234的表面积和柔性泡罩236的表面积相等的情况相比，柔性膜234的更大表面积(与柔性泡罩236的表面积相比)可以提供机械优势以在输入闸门端部230中用更低的驱动流体压力关闭微流体阀200。在一些示例中，平行于柔性膜截取的空腔218的横截面积(即，空腔218内的柔性膜234的表面积)可以为大约25mm2或更小(例如大约1mm2或更小)。
如图3A和图3B所示，柱塞216和空腔218可以各自拥有具有圆形横截面的圆柱形状。然而，本公开不限于此。例如，在附加的实施例中，柱塞216和/或空腔218中的一个或两个可以具有正方形、矩形、卵形、椭圆形或不规则的横截面形状。可以选择柱塞216、空腔218、闸门端口210、入口端口212和出口端口214的形状和尺寸，以调整微流体阀200的机械特性、流体特性和功能特性。
图6-图41示出了根据本公开的至少一个实施例的微流体阀300的各个制造阶段的横截面视图。广义地说，可以通过形成和组装驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348来形成微流体阀300。图6-图15示出了驱动体部分344的各个制造阶段的横截面视图。图16-图25示出了闸门体部分346的各个制造阶段的横截面视图。图26-图39示出了流体通道体部分348的各个制造阶段的横截面视图。图40示出了在驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348组装在一起之后，微流体阀300(其中其闸门处于打开状态)的横截面视图。图41示出了组装的微流体阀300(其中闸门处于关闭状态)的横截面视图。
参考图6，可以选择驱动体衬底材料352进行处理以形成驱动体部分344(在图15中以其完成状态示出)。作为示例而非限制，驱动体衬底材料352可以是或包括硅材料、二氧化硅材料、玻璃材料或刚性聚合物材料。在一些实施例中，驱动体衬底材料352可以是待处理的晶圆(wafer)或其它整块衬底(bulk substrate)，以包括相应微流体阀300的多个驱动体部分344(图40)。
如图7所示，第一光刻胶材料354可以设置在驱动体衬底材料352的上表面上。如光刻领域中已知的，第一光刻胶材料354可以经由选择性暴露于辐射(例如，紫外光、红外光等)来图案化和显影。例如，第一光刻胶材料354可以通过旋涂工艺或另一沉积工艺施加到驱动体衬底材料352上。
如图8所示，第一掩模356可以定位在第一光刻胶材料354上。第一掩模356可以具有辐射阻挡部分和辐射透射部分(例如，透明部分或间隙)的图案。第一光刻胶材料354可以通过第一掩模356的辐射透射部分被选择性地辐射，如第一箭头358所示。辐射可以被第一掩模356的辐射阻挡部分阻挡。第一光刻胶材料354的化学结构可以通过暴露于辐射而改变，并且可以相对于第一光刻胶材料354的未被辐射部分变得选择性可去除(例如，可溶解)。
参考图9，第一光刻胶材料354的被辐射部分可以被去除(例如，显影)。例如，如在光刻领域中是已知的，第一光刻胶材料354可以是所谓的正性光刻胶材料，其在通过合适的辐射进行辐射后变得可被显影剂溶剂或其他化学物质去除(例如，可溶解)，并且当不被辐射时不可被显影剂溶剂或其他化学物质去除。在显影之后，位于第一光刻胶材料354的被辐射部分下面的驱动体衬底材料352可以通过第一光刻胶材料354的未被辐射部分被暴露。驱动体衬底材料352的被暴露部分可以具有预定的图案(例如，形状、尺寸、数量等)。
如图10所示，可以去除驱动体衬底材料352的被暴露部分，以至少部分地在驱动体衬底材料352中限定输入闸门端部330。举例来说，可以执行各向异性材料去除工艺(例如，蚀刻工艺)来去除驱动体衬底材料352的被暴露部分。相对于第一光刻胶材料354的剩余未被辐射部分，材料去除工艺对于驱动体衬底材料352可以是选择性的。
参考图11，可以例如通过各向同性或各向异性材料去除工艺(例如，化学蚀刻工艺、离子蚀刻工艺、研磨工艺、化学机械平坦化(“CMP”)工艺、暴露于溶剂等)，从驱动体衬底材料352去除剩余的第一光刻胶材料354。
如图12所示，驱动体载体衬底360可以附接到驱动体衬底材料352，并且在其中形成的输入闸门端部330上方(例如经由粘合材料362)。驱动体衬底材料352在图12-图15中相对于图6-图11以相反的取向示出。
仍然参考图12，第二光刻胶材料364可以设置在驱动体衬底材料352的与输入闸门端部330相反的表面上。第二掩模366可以定位在第二光刻胶材料364上，并且第二光刻胶材料364可以通过第二掩模366被选择性地辐射(如第二箭头368所示)。
举例来说，第二光刻胶材料364可以是正性光刻胶材料，如上面参考第一光刻胶材料354所解释的。因此，如图13所示，第二光刻胶材料364的被辐射部分可以被选择性地去除(例如，显影)，并且第二光刻胶材料364的未被辐射部分可以保留在驱动体衬底材料352上。
参考图14，驱动体衬底材料352的通过第二光刻胶材料364的剩余部分被暴露的部分可以被去除，例如通过相对于第二光刻胶材料364对驱动体衬底材料352是选择性的各向异性材料去除工艺(例如，蚀刻工艺)。该材料去除工艺可以在驱动体衬底材料352中形成闸门端口310，该闸门端口310可以与输入闸门端部330流体连通。
如图15所示，第二光刻胶材料364和驱动体载体衬底360可以从驱动体衬底材料352被去除(例如显影)，并且驱动体部分344可以由所得结构限定。驱动体部分344可以包括闸门端口310和输入闸门端部330。在其中将要形成多个相应的微流体阀300的多个驱动体部分344的实施例中，晶圆或其他整块衬底的多个驱动体部分344可以在此时或在稍后的时间彼此分离(例如，切割)，如将在下面进一步描述的。
如上所述，图16-图25示出了闸门体部分346的各个制造阶段。参考图16，可以选择闸门体衬底材料370进行处理以形成闸门体部分346(在图25中以其完成状态示出)。作为示例而非限制，闸门体衬底材料370可以是或包括硅材料、二氧化硅材料、玻璃材料或刚性聚合物材料。在一些实施例中，闸门体衬底材料370可以是待处理的晶圆或其它整块衬底的形式，以包括相应的微流体阀300的多个闸门体部分346(图40)。
参考图17，第一蚀刻停止材料372(例如二氧化硅)可以形成在闸门体衬底材料370上。作为示例而非限制，第一蚀刻停止材料372可以通过化学气相沉积(“CVD”)工艺、等离子体增强CVD(“PECVD”)工艺、扩散工艺等形成。
如图18所示，第二蚀刻停止材料374(例如二氧化硅)可以形成在闸门体衬底材料370的与第一蚀刻停止材料372相反的表面上。作为示例而非限制，第二蚀刻停止材料374可以通过化学气相沉积(“CVD”)工艺、等离子体增强CVD(“PECVD”)工艺、扩散工艺等形成。
参考图19，第一柔性材料376可以形成在第一蚀刻停止材料372上。第一柔性材料376可以是例如聚合物材料(例如，弹性材料，诸如聚硅氧烷材料)。在一些示例中，第一柔性材料376可以化学地结合到第一蚀刻停止材料372，该第一蚀刻停止材料372转而可以化学地结合到闸门体衬底材料370。在一些实施例中，在第一蚀刻停止材料372上形成第一柔性材料376之前，可以对第一蚀刻停止材料372进行等离子体处理，例如用于改善第一柔性材料376和第一蚀刻停止材料372之间的结合。
在图20中，闸门体衬底材料、第一蚀刻停止材料372、第二蚀刻停止材料374和第一柔性材料376相对于图19以相反的取向示出。第三光刻胶材料378可以形成在第二蚀刻停止材料374上，而第三掩模380可以定位在第三光刻胶材料378上。第三光刻胶材料378可以通过第三掩模380被辐射，如第三箭头382所示。
举例来说，第三光刻胶材料378可以是所谓的负性光刻胶材料，其在未被辐射时可溶解于显影剂，而在被辐射时变得不溶解于显影剂。如图21所示，第三光刻胶材料378的未被辐射的部分可以被去除(例如，显影)以使下面的第二蚀刻停止材料374的部分暴露。
参考图22，第二蚀刻停止材料374的被暴露部分可以被去除以使下面的闸门体衬底材料370的部分暴露。
如图23所示，闸门体衬底材料370的被暴露部分可以被去除，例如通过各向异性材料去除工艺(例如，蚀刻工艺，诸如干反应离子蚀刻工艺)，该各向异性材料去除工艺相对于第三光刻胶材料378、第一蚀刻停止材料372和/或第二蚀刻停止材料374的剩余部分对闸门体衬底材料370是选择性的。该材料去除工艺可以在闸门体衬底材料370中形成沟槽，并且可以使第一蚀刻停止材料372在沟槽底部处的部分暴露。
在一些实施例中，可以结合参考图21-图23描述的材料去除工艺来形成可选的排气出口324(图41所示)。例如，第三光刻胶材料378可以通过第三掩模380暴露于辐射，并且可以被显影以形成包括排气出口324的图案。第三光刻胶材料378中的图案可以通过上述材料去除工艺转移到第二蚀刻停止材料374和闸门体衬底材料370，以形成沟槽和排气出口324。
如图24所示，然后可以从沟槽底部去除第一蚀刻停止材料372的被暴露部分(例如通过相对于第一柔性材料376对第一蚀刻停止材料372是选择性的材料去除工艺)。参考图21-图24描述的材料去除工艺可以限定输出闸门端部332和输出闸门端部332内的柱塞316。
参考图25，可以去除第三光刻胶材料378，并且所得结构可以包括闸门体部分346和柱塞316。柱塞316可以通过输出闸门端部332与相邻的闸门体部分346物理分离。然而，柱塞316可以经由第一柔性材料376耦合到闸门体部分346，该第一柔性材料376可以限定跨越输出闸门端部332的柔性膜334。第一柔性材料376可以化学地结合到闸门体部分346和柱塞316。柱塞316和柔性膜334可以一起限定闸门传动元件。在其中将要形成多个相应的微流体阀300的多个闸门体部分346的实施例中，晶圆或其他整块衬底的多个闸门体部分346可以在此时或在稍后的时间彼此分离(例如，切割)，如将在下面进一步描述的。
如上所述，图26-图39示出了流体通道体部分348的各个制造阶段。参考图26，可以选择流体通道体衬底材料386进行处理以形成流体通道体部分348(在图39中以其完成状态示出)。作为示例而非限制，流体通道体衬底材料386可以是或包括硅材料、二氧化硅材料、玻璃材料或刚性聚合物材料。在一些实施例中，流体通道体衬底材料386可以是待处理的晶圆或其他整块衬底的形式，以包括相应微流体阀300的多个流体通道体部分348(图40)。
如图27所示，第四光刻胶材料388可以设置在流体通道体衬底材料386的表面上。举例来说，第四光刻胶材料388可以是负性光刻胶材料，如上面参考第三光刻胶材料378所解释的。
参考图28，第四掩模390可以定位在第四光刻胶材料388上，并且辐射可以通过第四掩模390被引导到第四光刻胶材料388的被暴露部分，如图28中的第四箭头392所示。
在图29中，第四光刻胶材料388的未被辐射的部分可以被显影剂去除，以选择性地使下面的流体通道体衬底材料386的部分暴露。金属材料394可以沉积在剩余的第四光刻胶材料388和流体通道体衬底材料386的被暴露部分上。举例来说，金属材料394可以通过物理气相沉积(“PVD”)工艺(例如溅射工艺)来沉积。金属材料394可以是或包括例如铝材料。
参考图30，可以去除第四光刻胶材料388和其上的金属材料394的部分，在流体通道体衬底材料386上留下金属材料394的图案。剩余的金属材料394可以形成着陆垫(landing pad)，当阻挡流体通道中的限制区域时，柔性泡罩将挤压该着陆垫。
参考图31，第五光刻胶材料396可以设置在流体通道体衬底材料386和金属材料394上。第五光刻胶材料396可以是正性光刻胶材料，如上面参考第一光刻胶材料354所述。第五掩模398可以定位在第五光刻胶材料396上，并且该组件可以被辐射以选择性地使第五光刻胶材料396的部分暴露，如第五箭头400所示。
如图33所示，可以去除第五光刻胶材料396的被辐射部分，在金属材料394和流体通道体衬底材料386的相邻部分上留下第五光刻胶材料396的块402。
参考图34，第五光刻胶材料396可以被热处理以使第五光刻胶材料396的块402的上拐角变圆，形成倒圆块(rounded block)404。可以基于以下项来选择热处理的温度和时间：构成块402的材料的类型、其对热的物理反应(例如，拐角的水平倒圆)以及热处理后所得倒圆块404的期望轮廓。倒圆块404可以形成基础结构，在该基础结构上将形成柔性泡罩，如下面进一步解释的。因此，倒圆块404的形状可以基于所得柔性泡罩的期望形状来选择。
参考图35，第二柔性材料406可以设置在流体通道体衬底材料386上和倒圆块404上。例如，第二柔性材料406可以是聚合物材料(例如，弹性材料，诸如聚硅氧烷材料)。倒圆块404上的第二柔性材料406的部分可以限定柔性泡罩336。
在图36-图38中，流体通道体衬底材料386、金属材料394、第五光刻胶材料396的倒圆块404和第二柔性材料406相对于图26-图35以相反的取向示出。
参考图36，第六光刻胶材料408可以设置在流体通道体衬底材料386的与第二柔性材料406相反的表面上。第六光刻胶材料408可以是负性光刻胶材料，如上面参考第三光刻胶材料378所解释的。第六掩模410可以定位在第六光刻胶材料408上。第六光刻胶材料408可以通过第六掩模410被辐射(如第六箭头412所示)，以将第六掩模410的图案转移到第六光刻胶材料408。
参考图37，第六光刻胶材料408的未被辐射的部分可以被去除，以使流体通道体衬底材料386的部分通过第六光刻胶材料408的剩余部分暴露。
如图38所示，如光刻领域中已知的，可以通过各向异性材料去除工艺(例如蚀刻工艺(例如，化学蚀刻工艺、干反应离子蚀刻工艺等))去除流体通道体衬底材料386的被暴露部分。该材料去除工艺可以在流体通道体衬底材料386中形成孔，该孔将在所得微流体阀300中限定入口端口312和出口端口314(见图40)。第二柔性材料406下的倒圆块404的第五光刻胶材料396可以通过入口端口312和出口端口314暴露。
在图39中，相对于图36-图38所示的结构以相反的取向(即，与图26-图35中的取向相同)示出该结构。如图39所示，可以通过入口端口312和出口端口314(例如通过各向同性材料去除工艺(例如，湿法蚀刻工艺、化学蚀刻工艺等)，如光刻领域中已知的)去除倒圆块404的第五光刻胶材料396。此时，可以形成和限定柔性泡罩336和入口端口312至出口端口314之间的流体通道的限制区域338。此外，流体通道体部分348也可以被形成和限定。在其中将要形成多个相应的微流体阀300的多个流体通道体部分348的实施例中，晶圆或其他整块衬底的多个流体通道体部分348可以在此时或在稍后的时间彼此分离(例如，切割)，如将在下面进一步解释的。
接下来，如图40所示，驱动体部分344(图15)、闸门体部分346(图25)和流体通道体部分348(图39)可以被组装并彼此耦合以形成微流体阀300。在一些示例中，驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348的单独单元(例如，晶片(dice))可以被形成，并且被单独组装和彼此耦合以形成一个微流体阀300。可替代地，分别包括驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348的多个单元的晶圆或其他整块衬底可以被对准、组装和彼此耦合。然后，多个微流体阀300可以彼此分离(例如，切块、切割等)并且同时形成。
在一些示例中，驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348可以被用粘合材料组装并且彼此耦合。在附加的示例中，驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348可以经由化学结合(chemical bonding)被组装并且彼此耦合。例如，驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348可以彼此挤压和/或进行热处理以形成化学结合(chemical bond)。一种或更多种结合剂可以施加在驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348之间的界面处，以促进在这些部件之间形成化学结合。
如图40所示，在将闸门体部分346组装到流体通道体部分348上时，由于柔性泡罩336的结构，柱塞316可以被向上(相对于图40的透视图)推动远离流体通道体部分348。柔性膜334可以拉伸以使柱塞316能够处于图40所示的位置。在一些实施例中，在没有任何施加的流体力或加压的情况下，柔性泡罩336的结构可以足以将柱塞316保持在该向上位置。在另外的实施例中，在入口端口312加压、输入闸门端部330减压和/或输出闸门排气室340加压时，柱塞316可以被强行进入向上位置(图40)。当柱塞316处于图40所示的向上位置时，限制区域338可以被疏通，微流体阀300可以处于打开状态，并且目标流体可以从入口端口312流向出口端口314(并且最终流向流体驱动机构)。
在图41中，微流体阀300被示出处于关闭状态，其中柱塞316处于朝向流体通道体部分348的向下(相对于图41的透视图)位置。柱塞316可以挤压柔性泡罩336并使其变形，以阻塞入口端口312和出口端口314之间的限制区域338(图40)。当通过闸门端口310对输入闸门端部330充分加压和/或通过排气出口324对输出闸门排气室340充分减压时，柱塞316可以移动到该向下位置。
图41还示出了形成在驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348的表面上的可选对准标记414(以虚线示出)。对准标记414可以可选地在相应的驱动体部分344、闸门体部分346和/或流体通道体部分348的制造期间形成。例如，对准标记414可以通过印刷(例如，喷墨印刷)工艺、蚀刻工艺和/或光刻工艺来形成。对准标记414(如果存在)可以促进对准驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348以用于正确组装它们。可替代地，形成在驱动体部分344、闸门体部分346和流体通道体部分348中的其他特征可用于在组装(例如输入闸门端部330的边缘、输出闸门端部332的边缘、入口端口312和/或出口端口314等)期间促进这些结构的对准。
图42是示出根据本公开的至少一个实施例的控制微流体系统中目标流体的流动的方法500的流程图。在操作510，可以通过流体通道的限制区域从入口端口向出口端口输送目标流体。例如，如上所述，限制区域可以在输出闸门端部内，并且可以由柔性泡罩的内部限定。在一些示例中，输送到出口端口中的流体可以流向流体驱动机构以启动流体驱动机构。作为非限制性示例，流体驱动机构可以是人工现实系统的触觉反馈设备。
在操作520，驱动流体可以流入通过闸门传动元件(例如，耦合到柱塞的柔性膜)与输出闸门端部分离的输入闸门端部。例如，如上所述，驱动流体可以从驱动流体源经由闸门端口被引入输入闸门端部。
在操作530，可以移动闸门传动元件以挤压定位在输出闸门端部内的柔性泡罩并且使该柔性泡罩变形。输出闸门端部可以通过柔性泡罩与限制区域分离。例如，闸门传动元件可以响应于驱动流体流入输入闸门端部而移动。
在操作540，通过用变形的柔性泡罩阻塞限制区域，可以抑制目标流体从入口端口流向出口端口。例如，如上所述，限制区域可以通过柔性泡罩的变形而收缩。以这种方式，微流体阀可以被操作至关闭状态。如果期望将微流体阀从关闭状态操作至打开状态，则方法500还可以包括通过闸门端口从输入闸门端部抽出驱动流体，以移动闸门传动元件，从而减轻对柔性泡罩的压力，并疏通限制区域。
图43和图44是分别示出根据本公开的至少一个实施例的制造微流体系统的方法600和700的流程图。
参考图43，方法600可以包括在微流体阀体内形成空腔的操作610，该微流体阀体可以是或包括硅材料、二氧化硅材料、玻璃材料或刚性聚合物材料中的至少一种。例如，如上所述，输入闸门端部可以形成在微流体阀体的驱动体部分内，而输出闸门端部可以形成在微流体阀体的闸门体部分内。可以执行至少一个光刻操作以在微流体阀体内形成空腔。空腔可以被形成为具有大约25mm2或更小(例如大约1mm2或更小)的横截面积。
在操作620，可以将闸门传动元件定位在空腔内，以将输入闸门端部与输出闸门端部分离(例如通过在闸门体部分的表面上设置柔性膜并且将柱塞耦合到柔性膜)。闸门体部分和驱动体部分可以彼此耦合。
在一些实施例中，流体通道体部分可以在闸门体部分的与驱动体部分相反的一侧上耦合到闸门体部分。
在操作630，可以形成流体通道以包括微流体阀体内的入口端口、限制区域和出口端口。闸门传动元件可以被定位和配置为在输入闸门端部加压和减压时来回移动，以在输入闸门端部加压时限制该限制区域，从而抑制目标流体从入口端口流向出口端口。类似地，闸门传动元件可被配置为来回移动，以在输入闸门端部减压时允许或增加目标流体从入口端口流向出口端口。柔性泡罩可以将限制区域与输出闸门端部的输出闸门排气室分离。因此，柔性泡罩可以形成在限制区域上方并且定位在输出闸门端部内。排气出口可以形成在微流体阀体中，与输出闸门排气室流体连通。
参考图44，制造微流体系统的方法700可以包括形成微流体阀，如在操作710所示。可以如上所述形成微流体阀。例如，可以从微流体阀体的驱动体部分去除材料(例如，通过执行至少一个光刻操作)，以形成输入闸门端部和进入输入闸门端部的闸门端口。柔性膜可以形成在微流体阀体的闸门体部分上。例如，柔性膜可以是或包括聚合物材料(例如，弹性材料，诸如聚硅氧烷材料)。可以从闸门体部分去除材料(例如，通过执行至少一个光刻操作)，以形成输出闸门端部，并且在输出闸门端部内限定柱塞。柱塞可以结合到柔性膜上，但是可以以其它方式与闸门体部分分离。可以在微流体阀体的流体通道体部分上形成柔性泡罩，并且可以从流体通道体部分去除材料(例如，通过执行至少一个光刻操作)，以形成入口端口和出口端口。入口端口和出口端口可以与柔性泡罩的内部流体连通。驱动体部分可以耦合到闸门体部分。输入闸门端部可以通过柔性膜与输出闸门端部分离。闸门体部分可以耦合到流体通道体部分。
在一些示例中，形成微流体阀可以包括同时形成多个微流体阀。将驱动体部分耦合到闸门体部分可以包括将包括多个驱动体部分的驱动体衬底材料结合到包括多个闸门体部分的闸门体衬底材料。将闸门体部分耦合到流体通道体部分可以包括将包括多个闸门体部分的闸门体衬底材料结合到包括多个流体通道体部分的流体通道体衬底材料。在闸门体部分耦合到流体通道体部分之后，柱塞可以抵靠柔性泡罩。
在一些示例中，在流体通道体上形成柔性泡罩可以包括在流体通道体部分上形成块。该块可以被倒圆，例如通过对该块进行热处理。柔性材料(例如弹性材料，诸如聚硅氧烷材料)可以形成在该块和流体通道体部分上方。该块可以被去除，同时留下柔性材料保留在流体通道体部分上。例如，可以通过使用选择性材料去除工艺经由入口端口或出口端口中的至少一个去除该块的材料来去除该块。柔性泡罩可以形成为具有比柔性膜的表面积小的表面积，以便为操作微流体阀提供机械优势。
在操作720，驱动流体源可以可操作地耦合到微流体阀的闸门端口。例如，驱动流体源可以是或包括加压储存器、风扇、泵或活塞系统等，其可以被放置成与闸门端口流体连通。
在操作730，目标流体源可以可操作地耦合到微流体阀的(例如，流体通道的)入口端口。例如，目标流体源可以是或包括加压储存器、风扇、泵或活塞系统等，其可以被放置成与入口端口流体连通。
在操作740，流体驱动机构可以可操作地耦合到微流体阀的(例如，流体通道的)出口端口。当微流体阀处于打开状态时，流体驱动机构可以由目标流体操作。例如，流体驱动机构可以包括MEMS设备、可膨胀空腔、活塞系统和/或触觉反馈设备中的至少一个。
因此，公开了用于控制流体流动的微流体阀和相关系统与方法。微流体阀可以包括其中具有至少一个空腔的阀体和将空腔分成输入闸门端部和输出闸门端部的闸门传动元件。闸门传动元件可以包括耦合到柔性膜的柱塞。闸门传动元件可以被配置为在空腔内移动，以在输入闸门端部加压时抑制目标流体从流体通道的入口端口流向流体通道的出口端口，并且在输入闸门端部减压时允许目标流体流动。所公开的概念可以提供改进的架构和方法，其实现并促进以微流体尺度控制流体流动。
本公开的实施例可以包括各种类型的人工现实系统或结合各种类型的人工现实系统来被实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实、混合现实(MR)、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与捕获的(例如，真实世界的)内容相结合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道(例如向观看者产生三维效果的立体视频)中被呈现。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式被使用(例如，以在人工现实中执行活动)。
可以在各种不同的形状因子和配置中实现人工现实系统。一些人工现实系统可以被设计成在没有近眼显示器(NED)的情况下工作，其一个示例是图45中的人工现实系统800。其他人工现实系统可以包括还提供对真实世界的可视性的NED(例如，图46中的人工现实系统900)或者将用户视觉地沉浸在人工现实中的NED(例如，图47中的VR系统1000)。虽然一些人工现实设备可以是自主式系统，但是其他人工现实设备可以与外部设备通信和/或协作以向用户提供人工现实体验。这种外部设备的示例包括手持控制器、移动设备、台式计算机、用户穿戴的设备、一个或更多个其他用户穿戴的设备和/或任何其他合适的外部系统。
转到图45，人工现实系统800通常表示尺寸设计为适配用户身体部位(例如，头部)周围的可穿戴设备。如图45所示，人工现实系统800可以包括框架802和相机组件804，相机组件804耦合到框架802并被配置为通过观察本地环境来收集关于本地环境的信息。人工现实系统800还可以包括一个或更多个音频设备，例如输出音频换能器808(A)和808(B)以及输入音频换能器810。输出音频换能器808(A)和808(B)可以向用户提供音频反馈和/或内容，并且输入音频换能器810可以捕获用户环境中的音频。
如图所示，人工现实系统800可能不一定包括定位在用户眼睛前方的NED。无NED的人工现实系统可以采用多种形式，例如头带、帽子、发带、腰带、手表、腕带、踝带、戒指、颈带、项链、胸带、眼镜框、和/或任何其他合适类型或形式的装置。虽然人工现实系统800可以不包括NED，但是人工现实系统800可以包括其他类型的屏幕或视觉反馈设备(例如，集成到框架802的一侧内的显示屏)。人工现实系统800可以包括一个或更多个触觉反馈设备812，其可以是或包括图1的流体系统10和/或图2的微流体系统100。
本公开中讨论的实施例还可以在包括一个或更多个NED的人工现实系统中实现。例如，如图46所示，人工现实系统900可以包括具有框架910的眼镜设备902，框架910被配置为将左显示设备915(A)和右显示设备915(B)保持在用户眼睛前方。显示设备915(A)和915(B)可以一起或独立地起作用以向用户呈现图像或一系列图像。虽然人工现实系统900被示出为包括两个显示器，但是本公开的实施例可以在具有单个NED或多于两个NED的人工现实系统中实现。
在一些实施例中，人工现实系统900可以包括一个或更多个传感器(例如传感器940)。传感器940可以响应于人工现实系统900的运动而生成测量信号，并且可以位于框架910的基本上任何部分上。传感器940可以包括位置传感器、惯性测量单元(IMU)、深度相机组件、或其任何组合。在一些实施例中，人工现实系统900可以包括或可以不包括传感器940，或者可以包括一个以上传感器。在传感器940包括IMU的实施例中，IMU可以基于来自传感器940的测量信号生成校准数据。传感器940的示例可包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于IMU的误差校正的传感器或以上项的某种组合。
人工现实系统900还可以包括具有被统称为声传感器(acoustic sensor)920的多个声传感器920(A)-920(J)的麦克风阵列。声传感器920可以是检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声传感器920可以被配置成检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(例如，模拟或数字格式)。图46中的麦克风阵列可以包括例如十个声传感器：920(A)和920(B)，其可以被设计成放置在用户的相应耳朵内；声传感器920(C)、920(D)、920(E)、920(F)、920(G)和920(H)，其可以被定位在框架910上的不同位置；和/或声传感器920(I)和920(J)，其可以被定位在相应的颈带905上。
麦克风阵列的声传感器920的配置可以变化。虽然人工现实系统900在图46中被示出为具有十个声传感器920，但是声传感器920的数量可以大于或小于十。在一些实施例中，使用更高数量的声传感器920可以增加所收集的音频信息的量和/或音频信息的灵敏度和准确度。相反，使用更低数量的声传感器920可以降低控制器950处理所收集的音频信息所需的计算能力。此外，麦克风阵列的每个声传感器920的位置可以变化。例如，声传感器920的位置可以包括在用户身上的所定义的位置、在框架910上的所定义的坐标、与每个声传感器相关联的定向、或者其某种组合。
声传感器920(A)和920(B)可以定位在用户耳朵的不同部位上，例如在耳廓(pinna)后面或在耳廓(auricle)或窝(fossa)内。或者，除了在耳道内部的声传感器920之外，还可以有在耳朵上或耳朵周围的附加声传感器。将声传感器定位在用户的耳道旁边可以使麦克风阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将声传感器920中的至少两个定位在用户头部的任一侧上(例如，作为双耳麦克风)，人工现实设备900可以模拟双耳听觉并捕获在用户的头部周围的3D立体声声场。在一些实施例中，声传感器920(A)和920(B)可以经由有线连接来连接到人工现实系统900，并且在其他实施例中，声传感器920(A)和920(B)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)来连接到人工现实系统900。在另外的其它实施例中，声传感器920(A)和920(B)可以完全不与人工现实系统900结合来被使用。
可以沿着眼镜腿(temple)的长度、横越镜梁(bridge)、在显示设备915(A)和915(B)的上方或下方、或者其某种组合来定位框架910上的声传感器920。声传感器920可以被定向成使得麦克风阵列能够检测佩戴人工现实系统900的用户周围的大范围方向上的声音。在一些实施例中，可以在人工现实系统900的制造期间执行优化过程，以确定麦克风阵列中每个声传感器920的相对定位。
人工现实系统900还可以包括或连接到诸如颈带905的外部设备(例如，配对设备)。如图所示，颈带905可以经由一个或更多个连接器930耦合到眼镜设备902。连接器930可以是有线或无线连接器，并且可以包括电气和/或非电气(例如，结构)部件。在一些情况下，眼镜设备902和颈带905可以独立地操作，而在它们之间没有任何有线或无线连接。虽然图46示出了眼镜设备902和颈带905的部件在眼镜设备902和颈带905上的示例位置，但是这些部件可以位于其他地方和/或不同地分布在眼镜设备902和/或颈带905上。在一些实施例中，眼镜设备902和颈带905的部件可以位于与眼镜设备902、颈带905或其某种组合配对的一个或更多个附加外围设备上。此外，颈带905通常表示任何类型或形式的配对设备。因此，颈带905的下面的讨论还可以应用于各种其他配对设备，例如智能手表、智能电话、腕带、其他可穿戴设备、手持式控制器、平板计算机、膝上型计算机等。
将外部设备(例如颈带905)与人工现实眼镜设备配对，可使眼镜设备能够实现一副眼镜的形状因子，同时仍能提供足够的电池和计算能力以扩展功能。人工现实系统900的电池功率、计算资源和/或附加特征中的一些或全部可以由配对的设备提供，或者在配对设备和眼镜设备之间共享，因此总体上减少了眼镜设备的重量、热分布和形状因子，同时仍然保持期望的功能。例如，颈带905可以允许原本包含在眼镜设备上的部件包含在颈带905中，因为与用户将在他们的头部或面部上容忍的重量负荷相比，用户可以在他们的肩部容忍更重的重量负荷。颈带905还可以具有更大的表面积，在该表面积上将热量扩散和分散到周围环境中。因此，与独立眼镜设备上原本可能具有的电池和计算能力相比，颈带905可以允许更大的电池和计算能力。因为在颈带905中承载的重量可能比在眼镜设备902中承载的重量对用户更低创，所以相比于用户容忍佩戴重的独立眼镜设备，用户可以在更长的时间段期间容忍佩戴更轻的眼镜设备以及携带或佩戴配对设备，从而使人工现实环境能够更充分地融入用户的日常活动中。
颈带905可以与眼镜设备902通信耦合和/或通信耦合到其他设备。其他设备可以向人工现实系统900提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度映射、处理、存储、触觉反馈等)。在图46的实施例中，颈带905可以包括两个声传感器(例如，920(I)和920(J))，它们是麦克风阵列的一部分(或者潜在地形成它们自己的麦克风子阵列)。颈带905还可以包括控制器925和电源935。
颈带905的声传感器920(I)和920(J)可以被配置成检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(模拟的或数字的)。在图46的实施例中，声传感器920(I)和920(J)可以定位在颈带905上或颈带905中，从而增加在颈带声传感器920(I)和920(J)与定位在眼镜设备902上的其他声传感器920之间的距离。在一些情况下，增加在麦克风阵列的声传感器920之间的距离可以提高经由麦克风阵列执行的波束成形的准确度。例如，如果声音由声传感器920(C)和920(D)检测到，并且在声传感器920(C)和920(D)之间的距离大于例如在声传感器920(D)和920(E)之间的距离，则检测到的声音的所确定的源位置可以比如果声音由声传感器920(D)和920(E)检测到所确定的源位置更准确。
颈带905的控制器925可以处理由颈带905和/或人工现实系统900上的传感器生成的信息。例如，控制器925可以处理来自麦克风阵列的描述麦克风阵列检测到的声音的信息。对于每个检测到的声音，控制器925可以执行DoA估计以估计方向(检测到的声音从该方向到达麦克风阵列)。当麦克风阵列检测到声音时，控制器925可以用该信息填充音频数据集。在人工现实系统900包括惯性测量单元的实施例中，控制器925可以从位于眼镜设备902上的IMU计算所有惯性和空间计算结果。连接器930可以在人工现实系统900和颈带905之间以及在人工现实系统900和控制器925之间传递信息。信息可以是光学数据、电子数据、无线数据的形式或任何其他可传输的数据形式。将人工现实系统900生成的信息的处理移动到颈带905可以减少眼镜设备902中的重量和热量，使其对用户更舒适。
颈带905中的电源935可以向眼镜设备902和/或颈带905提供电力。电源935可包括但不限于锂离子电池、锂聚合物电池、一次锂电池、碱性电池或任何其他形式的蓄电设备(power storage)。在一些情况下，电源935可以是有线电源。将电源935包括在颈带905上而不是眼镜设备902上可以帮助更好地分布由电源935产生的重量和热量。
人工现实系统900可以包括一个或更多个触觉反馈设备945，其可以是或包括图1的流体系统10和/或图2的微流体系统100。触觉反馈设备945可以结合到眼镜设备902中，以向用户的头部或面部提供触觉反馈，和/或可以并入颈带905或另一个可穿戴设备(例如，手套、头带、臂带等)中以向用户的颈部或其他身体部位提供触觉反馈。
如所提到的，一些人工现实系统可以实质上用虚拟体验代替用户对真实世界的一个或更多个感官知觉，而不是将人工现实与实际现实混合。这种类型的系统的一个示例是头戴式(head-worn)显示系统(例如图47中的VR系统1000)，其主要地或完全地覆盖用户的视场。VR系统1000可以包括前刚性主体1002和被成形为适配在用户的头部周围的带1004。VR系统1000还可以包括输出音频换能器1006(A)和1006(B)。一个或更多个触觉反馈设备1008(其可以是或包括图1的流体系统10和/或图2的微流体系统100)还可以被包括在VR系统1000中(例如(但不限于)在带1004中或在带1004上)。此外，尽管在图47中未示出，但是前刚性主体1002可以包括一个或更多个电子元件，其包括一个或更多个电子显示器、一个或更多个惯性测量单元(IMU)、一个或更多个跟踪发射器或检测器、和/或用于创建人工现实体验的任何其他合适的设备或系统。
人工现实系统可以包括各种类型的视觉反馈机构。例如，在人工现实系统900中和/或在VR系统1000中的显示设备可以包括一个或更多个液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器、和/或任何其他合适类型的显示屏。人工现实系统可以包括用于双眼的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供显示屏，这可以提供对变焦调节或对于校正用户的屈光不正的附加的灵活性。一些人工现实系统还可以包括具有一个或更多个透镜(例如，传统的凹透镜或凸透镜、菲涅耳(Fresnel)透镜、可调液体透镜等)的光学子系统，用户可以通过这些透镜来观看显示屏。
除了或代替使用显示屏，一些人工现实系统还可以包括一个或更多个投影系统。例如，在人工现实系统900中和/或在VR系统1000中的显示设备可以包括(使用例如波导)将光投射到显示设备中的微LED(micro-LED)投影仪(例如允许环境光穿过的透明组合器透镜)。显示设备可以朝着用户的瞳孔折射所投射的光，并且可以使用户能够同时观看人工现实内容和真实世界。人工现实系统还可以配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统。
人工现实系统还可以包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，人工现实系统800、人工现实系统900和/或VR系统1000可以包括一个或更多个光学传感器，例如二维(2D)或三维(3D)相机、飞行时间深度传感器、单光束或扫频激光测距仪、3D LiDAR传感器、和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以处理来自这些传感器中的一个或更多个的数据以识别用户的位置、绘制真实世界的地图、向用户提供关于真实世界周围环境的背景、和/或执行各种其他功能。
人工现实系统还可以包括一个或更多个输入和/或输出音频换能器。在图45和图47所示的示例中，输出音频换能器808(A)、808(B)、1006(A)和1006(B)可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器和/或任何其他合适类型或形式的音频换能器。类似地，输入音频换能器810可以包括电容式麦克风、电动式麦克风(dynamic microphone)、带式麦克风和/或任何其他类型或形式的输入换能器。在一些实施例中，单个换能器可以用于音频输入和音频输出。
虽然在图45-图47中未示出，但是人工现实系统可以包括触觉(tactile)(即，触觉(haptic))反馈系统，其可以被结合到头饰、手套、紧身衣裤、手持控制器、环境设备(例如，椅子、地板垫等)、和/或任何其他类型的设备或系统中。触觉反馈系统可以提供各种类型的皮肤反馈，包括振动、力、牵引力、纹理和/或温度。触觉反馈系统还可以提供各种类型的动觉反馈，例如运动和柔软度(compliance)。触觉反馈可以使用马达、压电致动器、流体系统和/或各种其他类型的反馈机制来实现。可以独立于其他人工现实设备、在其他人工现实设备内、和/或与其他人工现实设备结合来实现触觉反馈系统。
通过提供触觉感觉、可听内容和/或视觉内容，人工现实系统可以创建整个虚拟体验或者增强用户在各种背景和环境中的真实世界体验。例如，人工现实系统可以帮助或扩展用户在特定环境内的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与现实世界中的其他人的交互，或者可以实现与虚拟世界中的其他人的更沉浸式的交互。人工现实系统还可以用于教育目的(例如，用于在学校、医院、政府组织、军事组织、商业企业等中的教学或培训)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)和/或用于可及性目的(例如，作为助听器、助视器等)。本文公开的实施例可以在这些背景和环境中的一个或更多个中和/或在其他背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。
如上所述，人工现实系统800、900和1000可以与各种其他类型的设备一起使用，以提供更引人注目的人工现实体验。这些设备可以是具有换能器的触觉接口，该换能器提供触觉反馈和/或收集关于用户与环境的交互的触觉信息。本文公开的人工现实系统可以包括检测或传达各种类型的触觉信息的各种类型的触觉接口，包括触感反馈(例如，用户通过皮肤中的神经检测的反馈，也可以称为皮肤反馈)和/或动觉反馈(例如，用户通过位于肌肉、关节和/或肌腱中的感受器检测的反馈)。
触觉反馈可以由位于用户环境内的接口(例如，椅子、桌子、地板等)和/或用户可以穿戴或携带的物品上的接口(例如手套、腕带等)提供。作为示例，图48示出了可穿戴手套(触觉设备4810)和腕带(触觉设备4820)形式的振动触感系统4800。触觉设备4810和触觉设备4820被示为可穿戴设备的示例，其包括柔性的、可穿戴的纺织材料4830，该纺织材料4830被成形和配置成分别抵靠用户的手和手腕定位。本公开还包括振动触感系统，该振动触感系统可以被成形和配置为抵靠其他人体部位定位，例如手指、手臂、头部、躯干、脚或腿。作为示例而非限制，根据本公开的各种实施例的振动触感系统也可以是手套、头带、臂带、袖子、头套、袜子、衬衫或裤子等形式，并存在其他的可能性。在一些示例中，术语“纺织品(textile)”可以包括任何柔性的、可穿戴的材料，包括纺织织物、非纺织织物、皮革、布、柔性聚合物材料、复合材料等。
一个或更多个振动触觉设备4840可以至少部分地位于在振动触觉系统4800的纺织材料4830中形成的一个或更多个相应的口袋内。振动触觉设备4840可以位于向振动触觉系统4800的用户提供振动感觉(例如触觉反馈)的位置上。例如，如图48所示，振动触觉设备4840可以定位成抵靠用户的手指、拇指或手腕。在一些示例中，振动触觉设备4840可以是足够柔性的，以符合用户的相应身体部位或随着用户的相应身体部位弯曲。
用于将电压施加到振动触觉设备4840用于其激活的电源4850(例如，电池)可以例如经由导电接线4852电气地耦合到振动触觉设备4840。在一些示例中，每个振动触觉设备4840可以独立地电气地耦合到电源4850，用于单独激活。在一些实施例中，处理器4860可以可操作地耦合到电源4850，并被配置(例如，编程)来控制振动触觉设备4840的激活。
振动触觉系统4800可以以多种方式实现。在一些示例中，振动触觉系统4800可以是独立的系统，其具有独立于其他设备和系统运行的集成子系统和部件。作为另一个示例，振动触觉系统4800可以被配置为与另一个设备或系统4870交互。例如，在一些示例中，振动触觉系统4800可以包括用于接收信号和/或向其他设备或系统4870发送信号的通信接口4880。其他设备或系统4870可以是移动设备、游戏控制台、人工现实(例如，虚拟现实、增强现实、混合现实)设备、个人计算机、平板计算机、网络设备(例如，调制解调器、路由器等)、手持式控制器等。通信接口4880可以经由无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、蜂窝、无线电等)链路或有线链路实现振动触觉系统4800和其他设备或系统4870之间的通信。如果存在，通信接口4880可以与处理器4860通信，以向处理器4860提供信号来激活或去激活一个或更多个振动触觉设备4840。
振动触觉系统4800可以可选地包括其他子系统和部件，例如触敏垫4890、压力传感器、运动传感器、位置传感器、照明元件和/或用户接口元件(例如开/关按钮、振动控制元件等)。在使用过程中，振动触觉设备4840可以被配置为由于各种不同的原因而被激活，例如响应于用户与用户接口元件的交互、来自运动或位置传感器的信号、来自触敏垫4890的信号、来自压力传感器的信号、来自其他设备或系统4870的信号等。
尽管电源4850、处理器4860和通信接口4880在图48中被示为定位在触觉设备4820中，但是本公开不限于此。例如，电源4850、处理器4860或通信接口4880中的一个或更多个可以定位在触觉设备4810内或另一个可穿戴织物内。
触觉可穿戴设备，例如结合图48示出和描述的那些，可以在各种类型的人工现实系统和环境中实现。图49示出了包括一个头戴式虚拟现实显示器和两个触觉设备(即，手套)的示例人工现实环境4900，并且在其他实施例中，这些部件和其他部件的任何数量和/或组合可以被包括在人工现实系统中。例如，在一些实施例中，可以有多个头戴式显示器，每个头戴式显示器具有相关联的触觉设备，其中每个头戴式显示器和每个触觉设备与同一控制台、便携式计算设备或其他计算系统通信。
头戴式显示器4902通常表示任何类型或形式的虚拟现实系统，例如图47中的虚拟现实系统4700。触觉设备4904通常表示由人工现实系统的用户穿戴的任何类型或形式的可穿戴设备，其向用户提供触觉反馈，以给予用户他或她正在物理上与虚拟对象接触的感觉。在一些实施例中，触觉设备4904可以通过向用户施加振动、运动和/或力来提供触觉反馈。例如，触觉设备4904可以限制或增强用户的移动。举一个具体的示例，触觉设备4904可以限制用户的手向前移动，使得用户具有他或她的手已经与虚拟墙壁物理接触的感觉。在该特定示例中，触觉设备内的一个或更多个致动器可以通过将流体泵入触觉设备的可膨胀囊状物来实现物理移动限制。在一些示例中，用户还可以使用触觉设备4904来向控制台发送动作请求。动作请求的示例包括但不限于启动应用和/或结束应用的请求和/或在应用内执行特定动作的请求。
虽然触觉接口可以与虚拟现实系统一起使用，如图49所示，但是触觉接口还可以与增强现实系统一起使用，如图50所示。图50是用户5010与增强现实系统5000交互的透视图。在该示例中，用户5010可以佩戴一副增强现实眼镜5020，该眼镜5020具有一个或更多个显示器5022并且与触觉设备5030配对。触觉设备5030可以是腕带，该腕带包括多个带元件5032和将带元件5032彼此连接的张紧机构5034。
一个或更多个带元件5032可以包括适于提供触觉反馈的任何类型或形式的致动器。例如，一个或更多个带元件5032可以被配置成提供一种或更多种不同类型的皮肤反馈(包括振动、力、牵引力、纹理和/或温度)。为了提供这样的反馈，带元件5032可以包括一种或更多种不同类型的致动器。在一个示例中，每个带元件5032可以包括振动触觉器(vibrotactor)(例如，振动触觉致动器)，该振动触觉器被配置为一起或独立地振动，以向用户提供一种或更多种不同类型的触觉感觉。可选地，只有单个带元件或带元件的子集可以包括振动触觉器。
触觉设备4810、4820、4904和5030可以包括任何合适数量和/或类型的触觉换能器、传感器和/或反馈机构。例如，触觉设备4810、4820、4904和5030可以包括一个或更多个机械换能器、压电换能器和/或流体换能器。触觉设备4810、4820、4904和5030还可以包括不同类型和形式的换能器的各种组合，这些换能器一起或独立地工作以增强用户的人工现实体验。在一个示例中，触觉设备5030的每个带元件5032可以包括振动触觉器(例如，振动触觉致动器)，该振动触觉器被配置为一起或独立地振动，以向用户提供一种或更多种不同类型的触觉感觉。
本文描述和/或示出的工艺参数和步骤序列仅作为示例给出，并且可以根据需要进行改变。例如，虽然本文所示和/或所述的步骤可以以特定顺序示出或讨论，但是这些步骤不一定需要以所示或讨论的顺序执行。本文描述和/或示出的各种示例方法也可以省略本文描述或示出的一个或更多个步骤，或者包括除了那些公开的步骤之外的附加步骤。
已经提供了前面的描述，以使本领域的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例实施例的各个方面。该示例描述并不旨在穷举或限制于任何公开的精确形式。许多修改和变化是可能的，而不偏离本公开的范围。本文公开的实施例应该被认为在所有方面都是说明性的，而不是限制性的。在确定本公开的范围时，应当参考所附权利要求及其等同物。
除非另外提到，否则如在说明书和权利要求中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应被解释为允许直接和间接(即，经由其他元件或部件)连接。此外，如在说明书和权利要求中使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”应被解释为意指“......中的至少一个”。最后，为了容易使用，如在说明书和权利要求中使用的术语“包括(including)”和“具有”(及其派生词)与词“包括(comprising)”可互换并具有与词“包括(comprising)”相同的含义。

Claims (15)

1.一种制造微流体阀的方法，所述方法包括：
在微流体阀体内形成空腔；
将闸门传动元件定位在所述空腔内，其中，所述闸门传动元件将所述空腔分成输入闸门端部和输出闸门端部；和
形成流体通道，所述流体通道包括位于所述微流体阀体内的入口端口、至少部分地位于所述输出闸门端部内的限制区域和出口端口，
其中，所述闸门传动元件被定位和配置为在所述输入闸门端部加压和减压时来回移动，以在所述输入闸门端部加压时限制所述限制区域，从而抑制目标流体从所述入口端口流向所述出口端口，并且在所述输入闸门端部减压时允许或增加目标流体从所述入口端口流向所述出口端口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述闸门传动元件定位在所述空腔内包括将柱塞定位在所述目标流体室内并且将所述柱塞耦合到柔性膜；并且
还包括：
将柔性泡罩定位在所述输出闸门端部内并且在所述入口端口和所述出口端口上方，在所述流体通道中限定的所述限制区域在所述入口端口和所述出口端口之间并且在所述柔性泡罩内，
其中，所述柱塞被配置为在所述输入闸门端部加压时使所述柔性泡罩变形，以用变形的柔性泡罩阻塞所述限制区域，从而抑制所述目标流体从所述入口端口流向所述出口端口。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述微流体阀体内形成所述空腔包括将所述空腔形成为具有大约1mm2或更小的平行于所述柔性膜截取的横截面积。
4.根据权利要求1-3所述的方法，还包括在所述微流体阀体中形成排气出口，其中，所述排气出口与所述输出闸门端部流体连通。
5.根据权利要求1-4所述的方法，其中，在所述微流体阀体内形成所述空腔包括：
在所述微流体阀体的驱动体部分内形成所述输入闸门端部；
在所述微流体阀体的闸门体部分内形成所述输出闸门端部；和
在所述闸门体部分的表面上形成所述柔性膜。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
将所述驱动体部分耦合到所述闸门体部分；
将流体通道体部分耦合到所述闸门体部分；和
在所述流体通道体部分的表面上形成柔性泡罩。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括在所述驱动体部分、所述闸门体部分或所述流体通道体部分中的至少一个之上或之中形成至少一个对准标记，其中，将所述驱动体部分耦合到所述闸门体部分和将所述流体通道体部分耦合到所述闸门体部分包括使用所述至少一个对准标记来将所述驱动体部分、所述闸门体部分和所述流体通道体部分彼此对准。
8.根据权利要求1-7所述的方法，其中，在所述微流体阀体内形成所述空腔包括执行至少一个光刻操作。
9.一种制造微流体系统的方法，所述方法包括：
形成微流体阀，包括：
从驱动体部分去除材料以形成输入闸门端部和进入所述输入闸门端部的闸门端口；
在闸门体部分上形成柔性膜；
从所述闸门体部分去除材料以形成输出闸门端部并在所述输出闸门端部内限定柱塞，所述柱塞结合到所述柔性膜；
在流体通道体部分上形成柔性泡罩；
从所述流体通道体部分去除材料以形成与所述柔性泡罩的内部流体连通的入口端口和出口端口；
将所述驱动体部分耦合到所述闸门体部分，并且用所述柔性膜将所述输入闸门端部与所述输出闸门端部分离；和
将所述闸门体部分耦合到所述流体通道体部分；
将驱动流体源可操作地耦合到所述闸门端口；
将目标流体源可操作地耦合到所述入口端口；和
将流体驱动机构可操作地耦合到所述出口端口，以在所述微流体阀处于打开状态时由目标流体操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
形成所述微流体阀包括同时形成多个微流体阀；
将所述驱动体部分耦合到所述闸门体部分包括将包括多个驱动体部分的驱动体衬底材料结合到包括多个闸门体部分的闸门体衬底材料；和
将所述闸门体部分耦合到所述流体通道体部分包括将包括所述多个闸门体部分的所述闸门体衬底材料结合到包括多个流体通道体部分的流体通道体衬底材料。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，从所述驱动体部分去除材料、从所述闸门体部分去除材料和/或从所述流体通道体部分去除材料中的每一个包括执行光刻操作以选择性地去除所述材料。
12.根据权利要求9-11所述的方法，其中，在所述流体通道体部分上形成所述柔性泡罩包括：
在所述流体通道体部分上形成块；
在所述块和所述流体通道体部分上方形成柔性材料；和
去除所述块，同时留下所述柔性材料保留在所述流体通道体部分上；
其中，去除所述块包括使用选择性材料去除工艺通过所述入口端口或所述出口端口中的至少一个去除所述块的材料。
13.根据权利要求9-12所述的方法，其中，将所述流体驱动机构可操作地耦合到所述出口端口包括将以下项中的至少一项可操作地耦合到所述出口端口：
微机电设备；
可膨胀空腔；
活塞系统；或者
触觉反馈设备。
14.根据权利要求9-13所述的方法，其中，在所述流体通道体部分上形成所述柔性泡罩包括将所述柔性泡罩形成为具有小于将所述输入闸门端部和所述输出闸门端部分开的所述柔性膜的表面积的表面积。
15.根据权利要求9-14所述的方法，其中，将所述闸门体部分耦合到所述流体通道体部分包括使所述柱塞抵靠所述柔性泡罩。
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