CN113749662A - 复合生物电极 - Google Patents

Abstract

公开了复合生物电极。计算设备可以包括(1)从用户身体捕获生物信号的生物信号采集电路，以及(2)电耦合到生物信号采集电路的一个或更多个复合生物电极。一个或更多个复合生物电极可以包括(1)具有第一预定配置的机械或电气属性的电路接口侧，和(2)具有第二预定配置的机械或电气属性的用户接口侧。还公开了各种其他复合生物电极、系统和方法。

Description

复合生物电极

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月5日提交的美国临时申请第63/035,420号和2021年5月25日提交的美国非临时专利申请第17/330,375号的权益，其公开内容通过引用整体结合于此。

附图简述

附图说明了许多示例性实施例，并且是说明书的一部分。与以下描述一起，这些附图展示并解释了本公开的各种原理。

图1是根据本文描述的技术的一些实施例的示例性生物信号系统的部件的示意图。

图2是根据一些实施例的图1的生物信号系统的简图。

图3是根据一些实施例的复合生物电极的示例性区域的图示。

图4是根据一些实施例的图1的复合生物电极的示例性分层配置的图示。

图5是根据一些实施例的示例性的变化的生物电极属性的曲线图。

图6是根据一些实施例的示例性的变化的生物电极属性的曲线图。

图7是根据一些实施例的图1的复合生物电极的示例性配置的图示。

图8是根据一些实施例的示例性的变化的生物电极属性的曲线图。

图9是根据一些实施例的示例性的变化的生物电极属性的曲线图。

图10是根据一些实施例的图1的复合生物电极的示例性配置的图示。

图11是根据一些实施例的示例性的变化的生物电极属性的曲线图。

图12是根据一些实施例的图1的复合生物电极的示例性配置的图示。

图13是根据一些实施例的图1的复合生物电极的示例性配置的图示。

图14是根据一些实施例的图1的复合生物电极的示例性配置的图示。

图15是根据一些实施例的图1的复合生物电极的示例性配置的图示。

图16是根据一些实施例的示例性单片生物电极阵列的图示。

图17是根据一些实施例的图16的单片生物电极阵列的示例性配置的图示。

图18是根据一些实施例的图17的示例性配置的侧视图。

图19是根据一些实施例的图16的单片生物电极阵列的另一示例性配置的图示。

图20是制造复合生物电极的示例性方法的流程图。

图21是根据本公开的至少一个实施例的示例性腕带系统的图示。

图22是根据本公开的至少一个实施例的另一示例性腕带系统的透视图。

图23是根据一些实施例的示例性设备的图示。

图24是根据一些实施例的示例性设备的图示。

图25是可结合本公开的实施例使用的示例性人工现实头带的图示。

图26是可结合本公开的实施例使用的示例性增强现实眼镜的图示。

图27是根据一些实施例的示例性头戴式显示设备的透视图。

图28是可结合本公开的实施例使用的示例性虚拟现实头戴装置的图示。

图29是可以结合本公开的实施例使用的示例性触觉设备的图示。

图30是根据本公开实施例的示例性虚拟现实环境的图示。

图31是根据本公开实施例的示例性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。虽然本文描述的示例性实施例易于进行各种修改和替代形式，但是已经通过附图中的例子示出了具体实施例，并且将在本文详细描述。然而，本文描述的示例性实施例并不旨在局限于所公开的特定形式。相反，本公开覆盖了所有修改、等同物和替代物。

示例性实施例的详细描述

使用常规电极和常规信号处理技术获得一致的高质量生物信号具有挑战性，部分原因在于用户皮肤和电极之间的界面处的阻抗不匹配。对于要求近乎实时分析生物信号的应用，获取一致的高质量信号对于能够快速迭代记录的数据非常重要。电极与人体之间不良的机电耦合可能会大大增加信号噪声，并可能使捕获的生物信号无法用于分析。用于机电耦合电极与人体的一些常规技术包括湿电极的使用或干电极与皮肤准备(例如，剃毛、打磨或用乳膏保湿)的结合使用。用于机电耦合电极与人体的其他传统技术包括使用粘合剂或将电极压在用户皮肤上，这可能不方便和/或给用户带来不适。尽管有这些技术，传统的电极在由电极-皮肤界面处的变化引起的接触阻抗方面往往具有相当大的可变性。

本公开详细描述了用于生物信号测量的复合生物电极的各种示例性设计和配置；特别是用于腕带的柔软和灵活的设计和配置。所公开的复合生物电极可以被设计成具有不同的机械和/或电气属性，以改善(1)复合生物电极和使用者皮肤之间和/或(2)复合生物电极和其他电气或机械部件之间的机电耦合。所公开的复合生物电极的各种属性可以被设计成更好地控制(1)由电极和用户皮肤之间的运动引起的电极-皮肤电阻抗变化，(2)复合生物电极和用户皮肤之间的接触面积的变化，和/或(3)影响电极-皮肤电阻抗的其他非预期的机电变化。

在一些实施例中，所公开的复合生物电极可以通过调节它们的电气属性、机械属性和/或几何形状以匹配复合生物电极将对接(interface)的特定身体部位的电气属性、机械属性和/或几何形状，来针对有效接触面积、改善的生物信号质量和/或舒适性进行优化。附加地或替代地，所公开的复合生物电极可以通过调节它们的电气属性、机械属性和/或几何形状以匹配复合生物电极将与之对接和/或连接的换能器和设备部件的电气属性、机械属性和/或几何形状，来针对改善生物信号质量和/或采集密度进行优化。在一些实施例中，所公开的复合生物电极可以通过分层和/或图案化具有不同属性的多个区域(例如，使用各向异性导电聚合物)而单片地创建。所公开的用于创建复合生物电极的过程可以扩展到复合生物电极的大的一维和/或二维阵列(例如，通过在单个单片结构内图案化导电和非导电材料的多个区域)。

下面将参照图1和图2提供示例性生物信号系统的详细描述。对应于图3-图19的描述提供了示例性复合生物电极的详细描述。对应于图20的讨论将提供用于制造、配置和/或优化本文提出的复合生物电极的方法的例子。对应于图21-图24的描述将提供实现本文提出的复合生物电极的实施例的系统的例子。最后，参考图25-图31，以下将提供可以实现本公开的实施例的各种人工现实系统和部件的详细描述。

图1示意性地示出了根据一些实施例的生物信号系统100的部件。系统100包括一对复合生物电极110，其被配置为记录或测量由用户102的身体产生的生物信号(例如，电描记术(EOG)信号、肌电图(EMG)信号、脑电图(EEG)信号、心电图(ECG)信号等(例如，用于电生理监测或刺激)。在一些实施例中，复合生物电极110可以被布置为被配置为佩戴在用户身体的一部分上或围绕用户身体的一部分的可佩戴设备的一部分。例如，在一个非限制性示例中，包括复合生物电极110的多个复合生物电极可以围绕可调节和/或弹性带周向布置，该可调节和/或弹性带例如是被配置为围绕用户手腕或手臂佩戴的腕带或臂带。附加地或替代地，至少一些复合生物电极110可以被布置在可佩戴贴片上，该可佩戴贴片被配置为附着到用户102的身体的一部分或放置成与该部分接触。应当理解，可以使用任何合适数量的复合生物电极，并且复合生物电极的数量和布置可以取决于设备被使用的特定应用。

由复合生物电极110测量或记录的表面电位(surface potentials)可能很小，并且可能需要放大由复合生物电极110记录的生物信号。如图1所示，复合生物电极110可以耦合到放大电路111，放大电路111被配置为放大由复合生物电极110传导的生物信号。放大电路111的输出可以提供给模数转换器(ADC)电路114，模数转换器电路114可以将放大的生物信号转换成数字信号，以供微处理器116进一步处理。微处理器116可以由一个或更多个硬件处理器来实现。在一些实施例中，复合生物电极110、放大电路111、ADC电路114和/或微处理器116可以代表生物信号传感器的一些或全部。从微处理器116输出的经处理的信号可以由主机120解释，主机120的例子包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、智能手表、智能手机、头戴式显示设备或任何其他计算设备。在一些实施方式中，主机120可以被配置为至少部分地基于对从微处理器116输出的信号的分析，输出用于控制物理或虚拟设备的一个或更多个控制信号。如所示，生物信号系统100可以包括附加的传感器118，其可以被配置为记录除了生物信号信息之外的关于用户状态的信息类型。例如，传感器118可以包括被配置为测量皮肤/电极温度的温度传感器、被配置为测量诸如旋转和加速度的运动信息的惯性测量单元(IMU)传感器、湿度传感器以及被配置为提供关于用户和/或用户环境的信息的其他生化传感器。

图2是生物信号系统100的简化示意图。如图所示，生物信号系统100包括信号采集层202，复合生物电极110可以机械和/或电耦合到该信号采集层202。在一些实施例中，信号采集层202可以代表放大电路111的一些或全部、ADC电路114的一些或全部、微处理器116的一些或全部、传感器118的一些或全部、主机120的一些或全部和/或任何其他相关部件(例如，柔性电子器件、连接器、布线、外壳、安装件、支撑件、基板等)。在一些示例中，信号采集层202可以包括印刷电路板(PCB)、印刷电路板组件(PCBA)和/或柔性印刷电路(FPC)。如图所示，复合生物电极110可以机械地和电气地耦合到信号采集层202的全部或一部分，和/或可以被配置成与用户102的皮肤204的区域对接。

图3示出了复合生物电极110的示例性区域。如图所示，复合生物电极110可以具有机械和/或电耦合到信号采集层202的采集侧302、被配置为与皮肤204的区域机械地和电气地对接的用户侧304、左侧306、右侧308和内部区域310。如下文将更详细解释的，复合生物电极110可以具有从复合生物电极110的一个区域到另一个区域变化(例如，在尺寸、数量、程度或性质上不同)的机械和/或电气属性，和/或可以跨越复合生物电极110的多个区域变化。在一些实施例中，复合生物电极110的机械和/或电气属性可以从采集侧302到用户侧304变化。在其他实施例中，机械和/或电气属性可以从左侧306到右侧308变化。在其他实施例中，机械和/或电气属性可以从采集侧302到用户侧304变化，同时也可以从左侧306到右侧308变化。

在一些实施例中，复合生物电极110可以具有从一个区域到另一个区域连续变化的一个或更多个机械和/或电气属性。在其他实施例中，复合生物电极110可以具有从一个区域或一侧到另一区域或另一侧不连续变化的一个或更多个机械和/或电气属性。在一些实施例中，复合生物电极110的属性可以从一个区域到另一个区域单调增加。附加地或替代地，复合生物电极110的属性可以从一个区域到另一个区域单调减小。在至少一个实施例中，复合生物电极110的属性可以从一个区域到另一个区域以非单调的方式变化。

可以从复合生物电极110的一个区域到另一个区域变化的机械属性的例子包括但不限于柔软度(softness)、强度(hardness)、硬度(durometry)、柔韧性(flexibility)、可挠性(pliability)、可塑性(plasticity)、伸缩性(elasticity)、刚度(stiffness)、刚性(rigidity)、弹性(springiness)、压缩性(compressibility)、回弹性(resilience)、黏度(viscosity)、阻尼、各向异性、导热性、热膨胀、形状、几何形状、凹度、凸度、表面积、横截面积、体积、尺寸、纹理、粘着性(tackiness)、粘附性(stickiness)、密度、触感反馈、材料、材料分布和材料浓度。可以从复合生物电极110的一个区域变化到另一个区域的电气属性的例子包括但不限于阻抗、电容、电阻率、电导率、传导的各向异性和电致伸缩。

在一些实施例中，采集侧302的机械和/或电气属性的值可以等于或匹配信号采集层202的机械和/或电气属性的值。例如，采集侧302的刚度或柔软度可以等于信号采集层202的刚度或柔软度。在一些实施例中，用户侧304的机械和/或电气属性的值可以等于或匹配皮肤204的相同机械和/或电气属性的值。例如，用户侧304的刚度或柔软度可以等于皮肤204的刚度或柔软度。

图4是具有可区分的水平层402(1)-(N)的生物电极110的示例性配置的图示。在一些实施例中，层402(1)-(N)中的一个或更多个可以具有等于单个值的机械和/或电气属性。在至少一个实施例中，层402(1)-(N)中的一个或更多个可以具有其值跨层变化的机械和/或电气属性。在一些实施例中，层402(1)-(N)的一个或更多个机械和/或电气属性可以从一层到另一层不连续地变化。例如，如图5所示，层402(1)-(N)的属性可以从值502到值504不连续地变化。附加地或替代地，层402(1)-(N)的一个或更多个机械和/或电气属性可以从一层到另一层连续变化。在一些实施例中，层402(1)-(N)的一个或更多个机械和/或电气属性可以以足够小的增量从一层到另一层不连续地变化，以便近似连续变化的或梯度的属性。例如，如图6所示，层402(1)-(N)的属性可以从值602到值604不连续地变化，以近似梯度606。

在一个实施例中，层402(1)可以由硬的导电材料组成，层402(N)可以由软的导电材料组成，并且层402(2)-402(N-1)可以具有范围在层402(1)的刚度与层402(N)的柔软度之间的单调递减的刚度。在一些实施例中，层402的刚度可以基本上等于信号采集层202的刚度，和/或层402(N)的柔软度可以等于皮肤204的柔软度。

图7是没有可区分层的复合生物电极110的示例性配置的图示。在一些实施例中，复合生物电极110的机械和/或电气属性可以在生物电极110上从采集侧702的一个值到用户侧704的另一个值连续变化。在一些实施例中，属性可以从采集侧702的一个值单调增加到用户侧704的另一个值。可选地，复合生物电极110的属性可以从采集侧702的一个值单调降低到用户侧704的另一个值。在至少一个实施例中，复合生物电极110的属性可以以非单调的方式从采集侧702的一个值变化到用户侧704的另一个值。在一些实施例中，属性可以以恒定速率单调增加或减少。例如，如图8所示，属性可以沿着梯度806以恒定速率从采集侧702的值802变化到用户侧704的值804。在其他实施例中，属性可以以可变速率单调增加或减少。例如，如图9所示，属性可以沿着梯度906以可变速率从采集侧702的值902变化到用户侧704的值904。在一些实施例中，采集侧702的属性可以具有与信号采集层202的属性的值相匹配的值，和/或用户侧704的属性可以具有与皮肤204的属性的值相匹配的值。例如，采集侧702可以具有基本上等于信号采集层202的刚度的刚度，和/或用户侧704可以具有基本上等于皮肤204的柔软度的柔软度。

图10是具有两个可区分的层(即，层1002和层1004)的生物电极110的示例性配置的图示。在该实施例中，层1002可以具有其值在层1002上变化的机械和/或电气属性，而层1004可以具有相同机械和/或电气属性的单一值。在一个示例中，如图11所示，层1002的属性可以从值1102连续变化到值1106，并且层1004的属性可以具有等于值1104的单个值。在一些实施例中，值1102可以等于信号采集层202的刚度，和/或值1104可以等于皮肤204的柔软度。

图12是具有多个垂直层(即，层1202-1214)的生物电极110的示例性配置的图示。层1202-1214的机械和/或电气属性可以以类似于上述水平层的机械和/或电气属性的变化的方式变化。在一个实施例中，垂直层1202-1214的机械和/或电气属性可以以交替方式不连续地变化。例如，垂直层1202、1206、1210和1214可以由刚性导电材料组成，以及垂直层1204、1208和1212可以由柔软的非导电材料组成。

图13是具有多个水平层(即层1302(1)-(N))和多个垂直层(即层1304和1306)的生物电极110的示例性配置的图示。层1302(1)-(N)和层1304和1306的机械和/或电气属性可以以类似于上述变化的方式变化。在一个实施例中，层1302(1)-(N)可以由导电材料组成，以及层1304和1306可以由非导电材料组成。附加地或替代地，层1302(1)-(N)的刚度可以变化(例如，层1302(1)的刚度可以等于信号采集层202的刚度，并且层1302(N)的柔软度可以等于皮肤204的柔软度)，并且层1304和1306的刚度可以相等。

图14是具有不同厚度的多个水平层1402-1406的生物电极110的示例性配置的图示。层1402-1406的其他机械和/或电气属性可以以类似于上述变化的方式变化。在一个实施例中，层1404可以相对于层1402和1406是柔软的。附加地或替代地，层1402可以具有等于信号采集层202的刚度的刚度，和/或层1406可以具有等于皮肤204的柔软度的柔软度。

图15是具有多个区域1502-1510(其具有不同形状、体积、表面等)的生物电极110的示例性配置的图示。区域1502-1510的其他机械和/或电气属性可以以类似于上述变化的方式变化。在一个实施例中，区域1502-1510可以由导电材料组成，并且区域1506相对于区域1502、1504、1508和1510可以是刚性的。

复合生物电极110可以作为单个单片或整体结构单独或一起生产。图16-19示出了生物电极110的几个单片示例性配置。如图16所示，复合生物电极110可以形成生物电极阵列1600，其具有排列成NxN网格的生物电极110。如图17和图18所示，生物电极阵列1600可以机械耦合到信号采集层202。在这些图中所示的配置中，每个生物电极110的机械和/或电气属性可以以类似于上述变化的方式变化。在一些实施例中，生物电极阵列1600中的每个生物电极110可以由非导电材料分开，或者可以由各向异性导电材料组成，使得每个生物电极110在信号采集层202和皮肤204中的电连接之间提供信号路径或通道(例如，信号路径1800)。在一些实施例中，生物电极阵列1600可以形成腕带或其他可佩戴设备的一部分，和/或可以包括传导几十个生物信号的几十个通道或传导几百个生物信号的几百个通道。在一些实施例中，生物电极阵列1600可以用于冗余地测量生物信号和/或检测特定生物信号的行进方向。在一些实施例中，生物电极阵列1600可以经由一个或更多个中间层1900机械耦合到信号采集层202。在至少一个实施例中，每个中间层1900可以是生物电极阵列。

图20是根据本文公开的任何实施例的用于生产复合生物电极的示例性制造方法2000的流程图。图20所示的步骤可以由个人和/或任何合适的手动和/或自动装置来执行。如图20所示，在步骤2010，可以产生复合生物电极的具有等于第一预定值的机械或电气属性的电路接口部分。然后在步骤2020，可以产生复合生物电极的具有等于第二预定值的机械或电气属性的用户接口部分。在一些实施例中，可以产生复合生物电极的具有等于其他预定值的机械或电气属性的附加部分。使用图4作为例子，层402(1)可以被产生为具有等于第一预定值的机械或电气属性，而层402(N)可以被产生为具有等于第二预定值的机械或电气属性。使用图7作为另一个例子，采集侧702可以被产生为具有等于第一预定值的机械或电气属性，而用户侧704可以被产生为具有等于第二预定值的机械或电气属性。

复合生物电极可以以多种方式被产生为具有不同机械和/或电气属性。在一些实施例中，可以通过使用具有不同机械和/或电气属性的多种材料来改变机械和/或电气属性。附加地或替代地，可以使用多种材料组合来改变机械和/或电气属性，每种组合具有不同的机械和/或电气属性。在一些实施例中，可以通过改变复合生物电极的每个部分的处理方式(例如，通过改变固化时间、混合时间、温度等)来改变机械和/或电气属性。

可用于生产本文所述复合生物电极的材料的例子包括但不限于弹性体、聚合物、硅酮(例如铂固化硅酮)、含氟弹性体、氟硅酮、氟三元共聚物、热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、可变导电材料或材料组合、具有可变硬度的材料或材料组合、各向异性材料和/或上述项的任意组合。本文所述的复合生物电极可以由任何合适的导电材料或导电材料的组合形成。在一些例子中，复合生物电极的全部或一部分可以是不导电的。

本文所述的复合生物电极可以使用各种制造工艺生产。例如，本文所述的复合生物电极可以使用注射成型、多次注射成型(multi-shot Injection molding)、压缩成型、包覆成型(overmolding)、丝网印刷、模板印刷、注射印刷、多层层压、激光烧蚀、图案化工艺(例如光刻)、蚀刻、三维印刷、多头分配(multi-head dispensing)、掺杂和/或其任意组合来生产。

在一些实施例中，复合电极的某些机械和/或电气属性可以在复合电极上保持恒定，而复合电极的其他机械和/或电气属性可以在复合电极上变化。例如，复合生物电极可以由一种或更多种材料形成，使得复合生物电极的电导率在复合电极上保持恒定，而复合电极的刚度在复合电极上可以变化。

本文所述的复合生物电极的机械和/或电气属性可为多种目的进行优化。例如，复合生物电极的全部或一部分的机械和/或电气属性可以被优化，以最小化特定频率、特定频率范围(例如，几十赫兹到几千赫兹的范围)和/或感兴趣的特定电流密度的接触阻抗。在一些实施例中，可以选择或改变接触或非常接近用户皮肤的复合生物电极的一部分的机械和/或电气属性，以最小化电极-皮肤接触阻抗，最大化用户舒适度，最大化接触面积，和/或最大化鲁棒性。附加地或替代地，可以选择或改变接触信号采集电路的复合生物电极的一部分的机械和/或电气属性，以最小化电极-电路接触阻抗和/或最大化连接耐久性。在至少一个实施例中，可以选择或改变复合生物电极的部分的机械和/或电气属性，以最小化压缩对复合生物电极导电性的影响。

本公开的实施例可以包括或结合各种类型的可佩戴设备来实现。图21示出了示例系统2100，其包括耦合到腕带2112的手表主体2104。手表主体2104和腕带2112可以具有被配置成允许用户将系统2100佩戴在身体部位(例如，手腕)上的任何尺寸和/或形状。系统2100可以执行与用户相关联的各种功能。这些功能可以在手表主体2104中独立执行，在腕带2112中独立执行，和/或在手表主体2104和腕带2112之间的通信中执行。由系统2100执行的功能可以包括但不限于向用户显示视觉内容(例如，显示在显示屏2102上的视觉内容)、感测用户输入(例如，感测按钮2108上的触摸、利用复合生物电极110感测生物统计数据或神经肌肉信号)、消息传递(例如，文本、语音、视频等)、图像捕获，无线通信(如蜂窝、近场、WiFi、个人区域网等)、位置确定，金融交易，提供触觉反馈等。功能可以结合人工现实系统在系统2100上执行。

腕带2112可以戴在(例如佩戴在)用户的身体部位(例如手腕)上，并且可以独立于手表主体2104操作。例如，腕带2112可以被配置为由用户佩戴，并且腕带2112的内表面可以与用户的皮肤接触。当用户佩戴时，复合生物电极110可以与用户的皮肤接触。如下面参考图22详细描述的，集成到腕带112中的肌电图传感器可以感测用户的肌肉意图。所感测的肌肉意图可以被传输到人工现实系统(例如，图26中的增强现实系统2600或图27中的虚拟现实系统2700)，以在相关联的人工现实环境中执行动作，例如控制向用户显示的物理和/或虚拟对象。

图22示出了示例腕带系统2200的透视图，该腕带系统2200包括耦合到腕带2212的手表主体2204。腕带系统2200的结构和/或功能可以类似于图21的腕带系统2100。手表主体2204和腕带2212可以具有大致矩形或圆形的形状，并且可以被配置为允许用户将腕带系统2200佩戴在身体部位(例如，手腕)。腕带系统2200可以执行如上参考图21所述的与用户相关联的各种功能。由腕带系统2200执行的示例功能可以包括但不限于向用户显示视觉内容(例如，显示在显示屏2202上的视觉内容)、经由复合生物电极110感测生物统计数据、经由复合生物电极110感测神经肌肉信号、消息传递(例如，文本、语音、视频等)、图像捕获，无线通信(如蜂窝、近场、WiFi、个人区域网等)、位置确定，金融交易，提供触觉反馈等。这些功能可以在手表主体2204中独立执行，在腕带2212中独立执行，和/或在手表主体2204和腕带2212之间的通信中执行。可以在腕带系统2200上结合诸如图25-31中描述的人工现实系统的人工现实系统来执行功能。

腕带2212可以被配置为由用户佩戴，使得腕带2212的内表面可以与用户的皮肤接触。当用户佩戴时，复合生物电极110可以与用户的皮肤接触。腕带2212可以使用有线通信方法和/或无线通信方法将复合生物电极110采集的数据传输到手表主体2204。腕带2212可以被配置为独立于手表主体2204是否耦合到腕带2212或从腕带2212去耦而操作(例如，使用复合生物电极110收集数据)。

在一些示例中，腕带2212可以包括信号采集电路202。在一些示例中，信号采集电路202可以感测用户的肌肉意图。所感测的肌肉意图可以被传输到人工现实(AR)系统，以在相关联的人工现实环境中执行动作，例如控制向用户显示的虚拟设备的运动。此外，人工现实系统可以通过触觉设备与人工现实应用相协调地向用户提供触觉反馈。来自信号采集电路202的信号可用于向用户提供与AR系统生成的AR环境中的物理对象和/或虚拟对象的增强交互。来自信号采集电路202的信号可以通过一个或更多个复合生物电极110获得(例如，感测和记录)。在一些示例中，腕带2212可以包括多个复合生物电极110，其周向布置在腕带2212的内表面上，使得多个复合生物电极110接触用户的皮肤。当用户执行肌肉激活(例如，运动、手势等)时，信号采集电路202可以感测和记录来自用户的神经肌肉信号。用户执行的肌肉激活可以包括静态手势，例如将用户的手掌向下放在桌子上；动态手势，例如抓住物理或虚拟对象；以及其他人察觉不到的隐蔽手势，例如通过共同收缩相对的肌肉或使用肌肉下激活来稍微拉紧关节。用户执行的肌肉激活可以包括符号手势(例如，基于指定手势到命令的映射的手势词汇表，映射到其他手势、交互或命令的手势)。

本文公开的复合生物电极可被实施、符合和/或适当成形以适合各种可佩戴设备。在一些示例中，术语“可佩戴”和“可佩戴设备”可以指由人工现实系统和/或视觉显示系统的用户作为衣服、附件和/或植入物的一部分而佩戴的任何类型或形式的计算设备。在一个示例中，可佩戴设备可以包括和/或代表固定到用户手腕和/或由用户手腕佩戴的腕带。可佩戴设备的其他示例包括但不限于臂带、吊坠、手镯、戒指、珠宝、脚链、衣服、电子纺织品、鞋子、夹子、耳机、头带、头戴式显示器、手套、眼镜、一个或更多个相同设备的变体或组合和/或任何其他合适的可佩戴设备。

复合生物电极110和/或复合生物电极阵列1600可以被实施到图23和图24所示的示例系统2300和2400中的一个或更多个设备中。如图23所示，系统2300可以包括用户2302和由用户2302佩戴或持有的计算设备。例如，图23示出了戴在用户2302头上的头戴式显示系统2304，例如图28所示的头戴式显示系统2800，戴在用户2302手腕上的智能手表2306，以及握在用户2302手中的智能电话2308。如图24所示，系统2400可以包括用户2402和由用户2402佩戴或持有的各种计算设备。例如，图24示出了佩戴在用户2402头部的头戴式显示设备2404(例如图27所示的头戴式显示设备2700)，佩戴在用户2402手腕上的电子设备2406，围绕用户2402颈部区域佩戴的电子设备2408，佩戴在用户2402脚踝上的电子设备2410，以及佩戴在用户2402前臂上的柔性电子设备2412。在一些示例中，图23和图24中所示的一个或更多个设备可以被成形为符合佩戴者身体的相应部分。

本文描述的各种设备、系统和方法可以包括使用能够检测和/或感测穿过用户身体的神经肌肉信号的可佩戴设备。例如，用户可以佩戴具有多个表面肌电图(EMG)传感器的智能腕带，该传感器检测和/或感测穿过用户手臂、手腕和/或手的神经肌肉信号。在该示例中，智能腕带可以通信地耦合到附近的计算设备。响应于经由用户身体检测到的某些神经肌肉信号，智能腕带可以指示计算设备执行一个或更多个考虑了这些神经肌肉信号的动作。

因此，与传统HCI相比，智能腕带可以使用户能够以较少限制的方式参与在计算设备上呈现和/或显示的交互式媒体。智能腕带可用于至少部分基于与用户的一个或更多个身体部位的预定义状态相关的EMG信号来控制交互式媒体的某些元素。智能腕带可以使用户能够指示计算设备执行某些交互任务。这种交互式任务的例子包括但不限于地图导航、页面浏览、游戏控制、飞行控制、与显示器上呈现的图形对象的交互、光标控制、链接和/或按钮选择、一个或更多个相同任务的组合和/或任何其他合适的交互式任务。

在一些实施方式中，可佩戴设备可以用于在身体部位状态和响应动作的不同映射之间转换。例如，可佩戴设备可以检测和/或感测穿过用户身体的某些神经肌肉信号。在这个例子中，那些神经肌肉信号可以对应于和/或表示用户身体一个或更多个部分的特定状态。结果，可佩戴设备可能能够检测和/或感测由用户的那些身体部位做出的一个或更多个位置、运动、力、收缩、姿势和/或手势。一个映射可以使得可佩戴设备和/或目标计算设备响应于对那些身体部位的特定状态的检测来执行特定动作。然而，另一个映射可以使得可佩戴设备和/或目标计算设备响应于对那些身体部位的相同状态的检测来执行不同的动作。可佩戴设备可以使用户能够通过神经肌肉信号在这些映射之间转换。

本公开的实施例可以包括或结合各种类型的人工现实系统来实现。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式调整过的现实形式，其可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实、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计算机生成的内容或者与捕获的(例如，现实世界)内容相结合的计算机生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，它们中的任何一个可以在单个通道或多个通道中呈现(例如向观众产生三维(3D)效果的立体视频)。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、服务或其某种组合被用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)。

人工现实系统可以以各种不同的形式和配置实现。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，其一个例子是图25中的增强现实系统2500。其他人工现实系统可以包括也提供对真实世界的可视性的NED(例如，图26中的增强现实系统2600)，或者将用户视觉沉浸在人工现实中的NED(例如，图28中的虚拟现实系统2800)。虽然一些人工现实设备可以是独立的系统，但是其他人工现实设备可以与外部设备通信和/或协调以向用户提供人工现实体验。这种外部设备的例子包括手持控制器、移动设备、台式计算机、用户佩戴的设备、一个或更多个其他用户佩戴的设备和/或任何其他合适的外部系统。

转到图25，增强现实系统2500通常表示尺寸适合用户身体部位(例如，头部)的可佩戴设备。如图25所示，系统2500可以包括框架2502和相机组件2504，相机组件2504耦合到框架2502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。增强现实系统2500还可以包括一个或更多个音频设备，例如输出音频换能器2508(A)和2508(B)以及输入音频换能器2510。输出音频换能器2508(A)和2508(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2510可以捕获用户环境中的音频。

如图所示，增强现实系统2500不一定包括位于用户眼睛前方的NED。没有NED的增强现实系统可以采取多种形式，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。虽然增强现实系统2500可以不包括NED，但是增强现实系统2500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2502的一侧的显示屏)。

本公开中讨论的实施例也可以在包括一个或更多个NED的增强现实系统中实现。例如，如图26所示，增强现实系统2600可以包括具有框架2610的眼镜设备2602，框架2610被配置为将左显示设备2615(A)和右显示设备2615(B)保持在用户的眼睛前方。显示设备2615(A)和2615(B)可以一起或独立地向用户呈现图像或一系列图像。虽然增强现实系统2600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的增强现实系统中实现。

在一些实施例中，增强现实系统2600可以包括一个或更多个传感器，例如传感器2640。传感器2640可以响应于增强现实系统2600的运动产生测量信号，并且可以位于框架2610的基本上任何部分上。传感器2640可以代表位置传感器、惯性测量单元(IMU)、深度相机组件或其任意组合。在一些实施例中，增强现实系统2600可以包括或不包括传感器2640，或者可以包括一个以上的传感器。在传感器2640包括IMU的实施例中，IMU可以基于来自传感器2640的测量信号生成校准数据。传感器2640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。

增强现实系统2600还可以包括具有多个声换能器2620(A)-2620(J)(统称为声换能器2620)的麦克风阵列。声换能器2620可以是检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声换能器2620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2中的麦克风阵列可以包括例如十个声换能器：2620(A)和2620(B)，其可以被设计成放置在用户的相应耳朵内；声换能器2620(C)、2620(D)、2620(E)、2620(F)、2620(G)和2620(H)，其可以位于框架2610上的不同位置；和/或声换能器2620(I)和2620(J)，其可以位于相应的颈带2605上。

在一些实施例中，声换能器2620(A)-2620(F)中的一个或更多个可以用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声换能器2620(A)和/或2620(B)可以是耳塞或任何其他合适类型的耳机或扬声器。

麦克风阵列的声换能器2620的配置可以变化。虽然增强现实系统2600在图26中显示为具有十个声换能器2620，但是声换能器2620的数量可以大于或小于十个。在一些实施例中，使用更多数量的声换能器2620可以增加所收集的音频信息量和/或音频信息的灵敏度和准确性。相反，使用较少数量的声换能器2620可以降低相关控制器2650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换能器2620的位置可以变化。例如，声换能器2620的位置可以包括用户上的定义位置、框架2610上的定义坐标、与每个声换能器2620相关联的取向或它们的某种组合。

声换能器2620(A)和2620(B)可以位于用户耳朵的不同部分，例如耳郭后面或在耳廓或窝内。或者，除了耳道内的声换能器2620之外，在耳朵上或耳朵周围可以有附加的声换能器2620。将声换能器2620定位在用户的耳道附近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。通过将至少两个声换能器2620定位在用户头部的任一侧(例如，作为双耳麦克风)，增强现实设备2600可以模拟双耳听觉并捕获用户头部周围的3D立体声声场。在一些实施例中，声换能器2620(A)和2620(B)可以经由有线连接2630连接到增强现实系统2600，并且在其他实施例中，声换能器2620(A)和2620(B)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)连接到增强现实系统2600。在其他实施例中，声换能器2620(A)和2620(B)可以根本不与增强现实系统2600结合使用。

框架2610上的声换能器2620可以沿着镜腿的长度、跨过镜梁、在显示设备2615(A)和2615(B)之上或之下、或者它们的某种组合来定位。声换能器2620可以被定向成使得麦克风阵列能够检测佩戴增强现实系统2600的用户周围的大范围方向上的声音。在一些实施例中，可以在增强现实系统2600的制造期间执行优化过程，以确定麦克风阵列中每个声换能器2620的相对定位。

在一些示例中，增强现实系统2600可以包括或连接到外部设备(例如，配对设备)，例如颈带2605。颈带2605通常代表任何类型或形式的配对设备。因此，以下对颈带2605的讨论也可适用于各种其他配对设备，例如充电盒、智能手表、智能电话、腕带、其他可佩戴设备、手持控制器、平板电脑、膝上型电脑和其他外部计算设备等。

如图所示，颈带2605可以通过一个或更多个连接器连接到眼镜设备2602。连接器可以是有线或无线的，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2602和颈带2605可以独立操作，而它们之间没有任何有线或无线连接。虽然图26示出了眼镜设备2602和颈带2605的部件在眼镜设备2602和颈带2605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2602和/或颈带2605上。在一些实施例中，眼镜设备2602和颈带2605的部件可以位于与眼镜设备2602、颈带2605或其某种组合配对的一个或更多个附加外围设备上。

将外部设备(如颈带2605)与增强现实眼镜设备配对，可使眼镜设备能够达到一副眼镜的形状因数，同时仍能提供足够的电池和计算能力以扩展功能。增强现实系统2600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，或者在配对的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、热分布和形状因数，同时仍然保持期望的功能。例如，颈带2605可以允许原本包含在眼镜设备上的部件包含在颈带2605中，因为使用者可以在他们肩部承受比他们在头上承受的更重的重量负荷。颈带2605也可以具有更大的表面积，以将热量扩散和分散到周围环境中。因此，颈带2605可以允许比在独立眼镜设备上可能的更大的电池和计算能力。由于颈带2605中承载的重量比眼镜设备2602中承载的重量对用户的伤害更小，因此用户可以忍受佩戴较轻的眼镜设备，并且可以忍受比佩戴较重的独立眼镜设备更长的时间来携带或佩戴配对的设备，从而使得用户能够将人工现实环境更充分地结合到他们的日常活动中。

颈带2605可以与眼镜设备2602和/或其他设备通信耦合。这些其他设备可以向增强现实系统2600提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图26的实施例中，颈带2605可以包括两个声换能器(例如，2620(I)和2620(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2605还可以包括控制器2625和电源2635。

颈带2605的声换能器2620(I)和2620(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(模拟或数字)。在图26的实施例中，声换能器2620(I)和2620(J)可以定位在颈带2605上，从而增加颈带声换能器2620(I)和2620(J)与定位在眼镜设备2602上的其他声换能器2620之间的距离。在一些情况下，增加麦克风阵列的声换能器2620之间的距离可以提高经由麦克风阵列执行的波束成形的精度。例如，如果声换能器2620(C)和2620(D)检测到声音，并且声换能器2620(C)和2620(D)之间的距离大于例如声换能器2620(D)和2620(E)之间的距离，则检测到的声音的确定的源位置可能比声换能器2620(D)和2620(E)检测到声音的情况更准确。

颈带2605的控制器2625可以处理由颈带2605和/或增强现实系统2600上的传感器产生的信息。例如，控制器2625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2625可以执行到达方向(DOA)估计，以估计检测到的声音到达麦克风阵列的方向。当麦克风阵列检测到声音时，控制器2625可以用该信息填充音频数据集。在增强现实系统2600包括惯性测量单元的实施例中，控制器2625可以从位于眼镜设备2602上的IMU计算所有惯性和空间计算。连接器可以在增强现实系统2600和颈带2605之间以及增强现实系统2600和控制器2625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。将增强现实系统2600生成的信息的处理移动到颈带2605可以减少眼镜设备2602中的重量和热量，使其对用户更舒适。

颈带2605中的电源2635可以向眼镜设备2602和/或颈带2605供电。电源2635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。在一些情况下，电源2635可以是有线电源。将电源2635包括在颈带2605上而不是眼镜设备2602上可以帮助更好地分配由电源2635产生的重量和热量。

图27是根据一些实施例的头戴式显示设备2700的图示。所描绘的实施例包括右近眼显示器2702A和左近眼显示器2702B，它们统称为近眼显示器2702。近眼显示器2702可以是包括或利用显示系统(例如，投影显示系统)来向用户呈现媒体的透明或半透明透镜。由近眼显示器2702呈现的媒体的示例包括一个或更多个图像、一系列图像(例如，视频)、音频或其某种组合。近眼显示器2702可以被配置为作为增强现实近眼显示器来操作，使得用户可以看到由近眼显示器2702投影的媒体，并且通过近眼显示器2702看到真实世界环境。然而，在一些实施例中，近眼显示器2702可以被修改为也作为虚拟现实近眼显示器、混合现实近眼显示器或其某种组合来操作。因此，在一些实施例中，近眼显示器2702可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理现实世界环境的视图。

如图27所示，在近眼显示器2702包括单独的左显示器和右显示器的实施例中，头戴式显示设备2700可以包括将近眼显示器2702固定在用户头部适当位置的支架或框架2704。在一些实施例中，框架2704可以是眼镜(eye-wear glasses)框架。框架2704可包括构造成搁在使用者耳朵顶部和/或后面的镜腿2706、构造成搁在使用者鼻梁顶部的镜梁2708、以及被设定尺寸和构造成搁在使用者脸颊上或抵靠使用者脸颊的外框2710。在各种实施例中，框架2704的任何或所有部件可以包括或集成本文公开的弯曲电池。尽管图27中未示出，但是在一些实施例中，头戴式显示设备2700可以包括用于搁在用户鼻梁上的鼻垫。头戴式显示设备2700可以附加地或替代地包括各种其他特征和/或部件，非限制性地，包括例如向用户提供音频的定向扬声器、用于通过用户头部听觉区域中的振动骨传导向用户提供声音信号的骨传导换能器、跟踪和/或记录相机、从用户环境捕获图像的被动和/或主动的正面和/或背面相机、眼睛跟踪相机、环境光、夜视和/或热成像传感器，用于无线通信的多模式连接天线、用于捕获用户环境中的声音的音频麦克风、用于照亮用户环境的灯、惯性、触觉、环境和/或健康监测传感器、和/或任何其他合适的部件。

如上所述，一些人工现实系统可以用虚拟体验代替用户对真实世界的一个或更多个感官感知，而不是将人工现实与实际现实混合。这种类型系统的一个例子是头戴式显示系统，例如图28中的虚拟现实系统2800，其主要或完全覆盖用户的视野。虚拟现实系统2800可以包括前刚性主体2802和形状适于围绕用户头部的带2804。虚拟现实系统2800还可以包括输出音频换能器2806(A)和2806(B)。此外，尽管在图28中未示出，前刚性主体2802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。

人工现实系统可能包括各种类型的视觉反馈机制。例如，增强现实系统2600和/或虚拟现实系统2800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、数字光投影(DLP)微显示器、硅上液晶(LCoS)微显示器和/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两只眼睛的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供显示屏，这可以为变焦调整或校正用户的屈光不正提供额外的灵活性。一些人工现实系统还可以包括具有一个或更多个透镜的光学子系统(例如，传统的凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调液体透镜等)，用户可以通过它观看显示屏。这些光学子系统可用于多种目的，包括准直(例如，使物体看起来距离其物理距离更远)、放大(例如，使物体看起来比其实际尺寸更大)和/或传递光(例如，将光传递到观察者的眼睛)。这些光学子系统可以用于非光瞳形成配置(例如直接准直光但导致所谓枕形失真的单透镜配置)和/或光瞳形成配置(例如产生所谓桶形失真以抵消枕形失真的多透镜配置)。

除了或代替使用显示屏，一些人工现实系统可以包括一个或更多个投影系统。例如，增强现实系统2600和/或虚拟现实系统2800中的显示设备可以包括将光(使用例如波导)投射到显示设备中的微型LED投影仪，例如允许环境光通过的透明组合透镜。显示设备可以向用户的瞳孔折射投射的光，并且可以使用户能够同时观看人工现实内容和现实世界。显示设备可以使用多种不同光学部件中的任何一种来实现这一点，包括波导部件(例如，全息、平面、衍射、偏振和/或反射波导元件)、光操纵表面和元件(例如衍射、反射和折射元件和光栅)、耦合元件等。人工现实系统也可以配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统，例如在虚拟视网膜显示器中使用的视网膜投影仪。

人工现实系统也可能包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统2500、增强现实系统2600和/或虚拟现实系统2800可以包括一个或更多个光学传感器，例如二维(2D)或3D相机、飞行时间深度传感器、单光束或扫描激光测距仪、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，绘制现实世界的地图，向用户提供关于现实世界环境的上下文，和/或执行各种其他功能。

人工现实系统也可以包括一个或更多个输入和/或输出音频换能器。在图25和图28所示的示例中，输出音频换能器2508(A)、2508(B)、2806(A)和2806(B)可以包括音圈扬声器、带状扬声器、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2510可以包括电容式麦克风、动态麦克风、带状麦克风和/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25-28中未示出，但是人工现实系统可以包括触感(即触觉)反馈系统，该系统可以结合到头饰、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。触觉反馈系统可以独立于其他人工现实设备、在其他人工现实设备内和/或结合其他人工现实设备来实现。

通过提供触觉感觉、听觉内容和/或视觉内容，人工现实系统可以在各种上下文和环境中创建完整的虚拟体验或增强用户的真实世界体验。例如，人工现实系统可以帮助或扩展用户在特定环境中的感知、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。人工现实系统也可以用于教育目的(例如，用于学校、医院、政府组织、军事组织、商业企业等的教学或培训)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)，和/或出于可访问性的目的(例如，作为助听器、视觉辅助设备等)。本文公开的实施例可以在一个或更多个这些上下文和环境中和/或在其他上下文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2500、2600和2800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传感器的触觉接口，该传感器提供触觉反馈和/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/或用户可以佩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29示出了可佩戴手套(触觉设备2910)和腕带(触觉设备2920)形式的振动触感系统2900。触觉设备2910和触觉设备2920被示为可佩戴设备的示例，其包括柔性的、可佩戴的纺织材料2930，该纺织材料2930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分定位，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”可以包括任何柔性的、可佩戴的材料，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感设备2940可以至少部分地位于振动触感系统2900的纺织材料2930中形成的一个或更多个相应的口袋内。振动触感设备2940可以定位在向振动触感系统2900的用户提供振动感觉(例如触觉反馈)的位置。例如，振动触感设备2940可以靠着用户的手指、拇指或手腕定位，如图29所示。在一些示例中，振动触感设备2940可以足够柔软以顺应或随着用户的相应身体部位弯曲。

用于向振动触感设备2940施加电压以激活振动触感设备2940的电源2950(例如电池)可以例如经由导电线路2952电耦合到振动触感设备2940。在一些示例中，每个振动触感设备2940可以独立地电耦合到电源2950，用于单独激活。在一些实施例中，处理器2960可以可操作地耦合到电源2950，并被配置(例如，编程)来控制振动触感设备2940的激活。

振动触感系统2900可以以多种方式实现。在一些示例中，振动触感系统2900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。作为另一个例子，振动触感系统2900可以被配置为与另一个设备或系统2970交互。例如，在一些示例中，振动触感系统2900可以包括通信接口2980，用于接收信号和/或向其他设备或系统2970发送信号。其他设备或系统2970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)，手持控制器等。通信接口2980可以实现振动触感系统2900和其他设备或系统2970之间经由无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、蜂窝、无线电等)链接或有线链接的通信。如果存在，通信接口2980可以与处理器2960通信，例如向处理器2960提供信号以激活或去激活一个或更多个振动触感设备2940。

振动触感系统2900可以可选地包括其他子系统和部件，例如触敏垫2990、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，振动触感设备2940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2990的信号、来自压力传感器的信号、来自其他设备或系统2970的信号等。

尽管电源2950、处理器2960和通信接口2980在图29中被示为位于触觉设备2920中，但是本公开不限于此。例如，电源2950、处理器2960或通信接口2980中的一个或更多个可以位于触觉设备2910内或另一个可佩戴纺织品内。

触觉可佩戴设备，例如结合图29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30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)的示例性人工现实环境3000，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，每个头戴式显示器和每个触觉设备与相同的控制台、便携式计算设备或其他计算系统通信。

头戴式显示器3002通常代表任何类型或形式的虚拟现实系统，例如图28中的虚拟现实系统2800。触觉设备3004通常表示由人工现实系统的用户佩戴的任何类型或形式的可佩戴设备，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3004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3004可以限制或增强用户的移动。举一个具体的例子，触觉设备3004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，用户也可以使用触觉设备3004向控制台发送动作请求。动作请求的例子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。

虽然触觉接口可以用于虚拟现实系统，如图30所示，但是触觉接口也可以用于增强现实系统，如图31所示。图31是用户3110与增强现实系统3100交互的透视图。在该示例中，用户3110可以佩戴一副增强现实眼镜3120，该眼镜可以具有一个或更多个显示器3122并且与触觉设备3130配对。在该示例中，触觉设备3130可以是腕带，该腕带包括多个带元件3132和将带元件3132彼此连接的张紧机构3134。

一个或更多个带元件3132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3132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3132可以包括一个或更多个各种类型的致动器。在一个示例中，每个带元件3132可以包括振动触觉器(例如，振动触感致动器)，该振动触觉器被配置为一致地或独立地振动，以向用户提供一种或更多种各种类型的触觉感觉。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2910、2920、3004和3130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2910、2920、3004和3130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2910、2920、3004和3130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3130的每个带元件3132可以包括振动触觉器(例如，振动触感致动器)，该振动触觉器被配置为一致地或独立地振动，以向用户提供一种或更多种各种类型的触觉感觉。

示例实施例

示例1：一种计算设备，包括(1)捕获来自用户身体的生物信号的生物信号采集电路，以及(2)通信耦合到生物信号采集电路的一个或更多个复合生物电极，其将来自用户身体的生物信号传送到生物信号采集电路。一个或更多个复合生物电极可以包括(a)具有第一预定配置的机械或电气属性的电路接口侧，和(b)具有第二预定配置的机械或电气属性的用户接口侧。

示例2：根据示例1的计算设备，其中第一预定配置匹配生物信号采集电路的机械或电气属性的相关配置。

示例3：根据示例1-2中任一示例的计算设备，其中第二预定配置匹配用户身体的机械或电气属性的相关配置。

示例4：根据示例1-3中任一示例的计算设备，其中机械或电气属性是表面纹理或几何形状之一。

示例5：根据示例1-4中任一示例的计算设备，其中机械或电气属性是刚度。

示例6：根据示例1-5中任一示例的计算设备，其中机械或电气属性是阻抗。

示例7：根据示例1-6中任一示例的计算设备，其中机械或电气属性是柔软度。

示例8：根据示例1-7中任一项的计算设备，其中第二预定配置最小化压力对一个或更多个复合生物电极的电导率的影响，或者最大化用户的舒适度。

示例9：根据示例1-8中任一示例的计算设备，其中一个或更多个复合生物电极被集成到计算设备的腕带中。

示例10：根据示例1-9中任一项的计算设备，其中一个或更多个复合生物电极形成单片阵列，并且所述一个或更多个复合生物电极中的每一个都是电绝缘的和各向异性导电的。

示例11：一种用于将生物信号从用户身体传导到生物信号采集电路的复合生物电极，该复合生物电极包括(1)与生物信号采集电路对接的电路接口部分，该电路接口部分具有等于第一预定值的机械或电气属性，以及(2)与用户身体对接的用户接口部分，该用户接口部分具有等于第二预定值的机械或电气属性。

示例12：根据示例11的复合生物电极，进一步包括电路接口部分和用户接口部分之间的一个或更多个中间部分。

示例13：根据示例12的复合生物电极，其中一个或更多个中间部分的机械或电气属性的值在第一预定值和第二预定值之间连续变化。

示例14：根据示例12的复合生物电极，其中一个或更多个中间部分的机械或电气属性的值在第一预定值和第二预定值之间不连续地变化。

示例15：根据示例12的复合生物电极，其中一个或更多个中间部分的机械或电气属性的值从第一预定值和第二预定值单调增加。

示例16：根据示例12的复合生物电极，其中一个或更多个中间部分的机械或电气属性的值从第一预定值和第二预定值单调减小。

示例17：一种制造复合生物电极以将生物信号从用户身体传导至生物信号采集电路的方法。该方法可以包括(1)产生复合生物电极的具有等于第一预定值的机械或电气属性的电路接口部分，以及(2)产生复合生物电极的具有等于第二预定值的机械或电气属性的用户接口部分。

示例18：根据示例17的方法，其中第一预定值被调节以匹配生物信号采集电路的机械或电气属性的相关值，以及第二预定值被调节以匹配用户身体的机械或电气属性的相关值。

示例19：根据示例17和18中任一项的方法，其中使用注射成型、压缩成型、掺杂、丝网印刷、光刻或三维印刷中的一种或更多种来产生复合生物电极的电路接口部分和用户接口部分。

示例20：根据示例17-19中任一项的方法，其中所述复合生物电极被产生作为复合生物电极的单片阵列的一部分。

本文描述和/或说明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/或示出的各种示例性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。

提供前面的描述是为了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性实施例的各个方面。该示例性描述并不旨在穷举或限制于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变化是可能的。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。

除非另有说明，说明书中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应理解为允许直接和间接(即，通过其他元件或部件)连接。此外，说明书中使用的术语“一”或“一个”应理解为“至少一个”。最后，为了便于使用，说明书中使用的术语“包括”和“具有”(及其派生词)可与单词“包括”互换，并具有相同的含义。

Claims (20)

1.一种计算设备，包括：

生物信号采集电路，其捕获来自用户身体的生物信号；和

一个或更多个复合生物电极，其通信地耦合到所述生物信号采集电路，将来自用户身体的所述生物信号传送到所述生物信号采集电路，所述一个或更多个复合生物电极包括：

具有第一预定配置的机械或电气属性的电路接口侧；和

具有第二预定配置的机械或电气属性的用户接口侧。

2.根据权利要求1所述的计算设备，其中，所述第一预定配置与所述生物信号采集电路的机械或电气属性的相关配置相匹配。

3.根据权利要求1所述的计算设备，其中所述第二预定配置与用户身体的机械或电气属性的相关配置相匹配。

4.根据权利要求1所述的计算设备，其中所述机械或电气属性是表面纹理或几何形状之一。

5.根据权利要求1所述的计算设备，其中所述机械或电气属性是刚度。

6.根据权利要求1所述的计算设备，其中所述机械或电气属性是阻抗。

7.根据权利要求1所述的计算设备，其中所述机械或电气属性是柔软度。

8.根据权利要求7所述的计算设备，其中，所述第二预定配置：

最小化压力对所述一个或更多个复合生物电极的电导率的影响；或者

最大化用户的舒适度。

9.根据权利要求1所述的计算设备，其中所述一个或更多个复合生物电极被集成到所述计算设备的腕带中。

10.根据权利要求1所述的计算设备，其中：

所述一个或更多个复合生物电极形成单片阵列；和

所述一个或更多个复合生物电极中的每一个都是电绝缘的和各向异性导电的。

11.一种用于将生物信号从用户身体传导到生物信号采集电路的复合生物电极，所述复合生物电极包括：

与所述生物信号采集电路对接的电路接口部分，所述电路接口部分具有等于第一预定值的机械或电气属性；和

与用户身体对接的用户接口部分，所述用户接口部分具有等于第二预定值的机械或电气属性。

12.根据权利要求11所述的复合生物电极，还包括在所述电路接口部分和所述用户接口部分之间的一个或更多个中间部分。

13.根据权利要求12所述的复合生物电极，其中所述一个或更多个中间部分的机械或电气属性的值在所述第一预定值和所述第二预定值之间连续变化。

14.根据权利要求12所述的复合生物电极，其中所述一个或更多个中间部分的机械或电气属性的值在所述第一预定值和所述第二预定值之间不连续地变化。

15.根据权利要求12所述的复合生物电极，其中所述一个或更多个中间部分的机械或电气属性的值从所述第一预定值和所述第二预定值单调增加。

16.根据权利要求12所述的复合生物电极，其中所述一个或更多个中间部分的机械或电气属性的值从所述第一预定值和所述第二预定值单调减小。

17.一种制造复合生物电极以将生物信号从用户身体传导到生物信号采集电路的方法，所述方法包括：

产生复合生物电极的具有等于第一预定值的机械或电气属性的电路接口部分；和

产生所述复合生物电极的具有等于第二预定值的机械或电气属性的用户接口部分。

18.根据权利要求17所述的方法，其中：

所述第一预定值被调节以匹配所述生物信号采集电路的机械或电气属性的相关值；和

所述第二预定值被调节以匹配用户身体的机械或电气属性的相关值。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述复合生物电极的所述电路接口部分和所述用户接口部分使用以下中的一个或更多个来产生：

注射成型；

压缩成型；

掺杂；

丝网印刷；

光刻；或者

三维打印。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述复合生物电极被产生作为复合生物电极的单片阵列的一部分。

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