CN115000287A - 触觉装置的大规模集成 - Google Patents

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CN115000287A CN202210460190.XA CN202210460190A CN115000287A CN 115000287 A CN115000287 A CN 115000287A CN 202210460190 A CN202210460190 A CN 202210460190A CN 115000287 A CN115000287 A CN 115000287A
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Abstract

本申请涉及触觉装置的大规模集成。描述了一种用于向用户提供触觉反馈的电子装置。该电子装置具有由用户穿戴的柔性衬底(例如，以手套的形式用作虚拟现实系统的一部分)。该装置包括具有基于流体的致动器的弹性体层。在柔性衬底和弹性体层之间存在包含流体和非流体部件的感测层，该感测层包括对拉伸敏感并且被伸展时生成电势变化的至少一个伸展敏感的掺杂聚合物传感器。该聚合物传感器经由电流体接头耦接至至少一个基于流体的致动器。该装置包括操作基于流体的致动器的电子电路。

Description

触觉装置的大规模集成
本申请是申请日为2016年12月31日，申请号为201680091233.4，发明名称为“触觉装置的大规模集成”的申请的分案申请。
技术领域
本公开内容大体上涉及用于虚拟现实(VR)系统的流体控制的触觉装置，并且更具体地，涉及使用大规模集成将多个流体触觉装置与电气和电子装置一起集成在VR系统中。
背景技术
虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或者混合现实(MR)通过诸如VR系统提供由计算机技术创建并呈现给用户的模拟环境。在一些VR系统中，可穿戴装置(例如，手套)允许用户与虚拟对象交互。这种可穿戴装置上的电路可以是复杂的、体积大和/或沉重的，因而电路可包括传感器和致动器以及其他装置以在VR设置中为可穿戴装置的用户提高触觉、动觉或其他体验。可穿戴装置中的复杂组件的实现还可以受到诸如VR中使用的手套的物理尺寸的物理约束、热耗散限制、功率分配和/或能量存储约束的限制。因此，常规的可穿戴装置可以降低用户对VR系统的体验。
发明内容
根据本发明的实施方式特别公开在指向一种方法、一种存储介质、一种系统和一种计算机程序产品的所附权利要求中，其中，在一个权利要求类别(例如方法)中提及的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如系统)中要求保护。所附权利要求中的从属关系或后向引用仅出于形式原因而选择。然而，也可以要求保护通过有意后向引用之前权利要求而得到的任何主题(特别是多项从属)，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并且可以被要求保护而不管在所附权利要求中选择的从属关系如何。可以要求保护的主题不仅包括在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且包括权利要求中特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与权利要求中任何其他特征或者其他特征的组合相结合。此外，本文中所描述或描绘的任何实施方式和特征可以在单独的权利要求中要求保护，和/或在与本文中所描述或描绘的任何实施方式或特征或者与所附权利要求的任何特征的组合中要求保护。
本文中的实施方式描述根据各种形成规范并且使用指定的制造工艺形成的大规模集成(LSI)装置。LSI装置可包括流体和非流体电路，并且可以用作VR/AR/MR装置中的部件。例如，LSI装置可以是触觉手套的控制、感测和致动部件的一部分，并且可包括流体和非流体电路的层。这些层可以由各种聚合物和织物材料组成，并且包括用于流体的流动以及其他流体和非流体部件的通道。
借助于设计规则，LSI装置可以实现高效率和紧凑度。具体地，通过遵守各种设计目标，可以实现多个优点。首先，与其他系统相比，使用流体致动系统允许具有低热耗散的充分高的力密度。另外，大规模集成拓扑和设计规则解决和允许控制大量装置(例如，流体装置、电子装置和其他装置)。此外，该系统的软聚合物实现允许大量制造。
这些设计规则的实例可包括最小和最大的操作压力和电压、LSI装置的最小层厚度、最小硬度水平、信号的最大传播延迟、热设计要求等。LSI装置可以使用诸如失蜡铸造、辊对辊制造、高速模版和丝网印刷技术、固化剂的使用等各种高度可扩展的技术进行制造。
在一个实施方式中，LSI装置通过根据指定的制造工艺在衬底上形成大规模集成(LSI)装置的第一弹性体层而形成，该第一弹性体层具有多个基于流体的电路，第一弹性体层遵守多个形成规范。该第一层被固化，并且根据指定的制造工艺利用第一弹性体层形成LSI装置的一个或多个额外的弹性体层，一个或多个额外的弹性体层具有多个基于流体的电路(和电子电路)，一个或多个额外的弹性体层遵守多个形成规范。
在一个实施方式中，LSI装置包括第一层聚合物衬底。LSI装置进一步包括布置在聚合物衬底的表面上的感测层，感测层是具有用于除了弹性体电阻和/或电容感测电路之外还用于基于流体的感测和路由电路的操作的通道的弹性体。第一通孔层布置在感测层的表面上，其中，第一通孔层是具有用于基于流体的互连的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至感测层的一个或多个基于流体的电路。该层还可以包含导电通孔。另外，栅极层布置在第一通孔层的表面上，其中，栅极层是具有用于基于流体的栅极和路由电路的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至第一通孔层的一个或多个基于流体的电路。另外，第二通孔层布置在栅极层的表面上，其中，第二通孔层是具有用于基于流体的互连的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至栅极层的一个或多个基于流体的电路。在第二通孔层上布置有源极和漏极层，其中，源极和漏极层是具有用于基于流体的源极和漏极电路的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至第二通孔层的一个或多个基于流体的电路。
此外，第三通孔层布置在栅极层的表面上，其中，第三通孔层是具有用于基于流体的互连的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至源极和漏极层的一个或多个基于流体的电路。最后，致动器层布置在栅极层的表面上，其中，致动器层是具有用于基于流体的致动器的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至第三通孔层的一个或多个基于流体的电路。
因此，本公开内容的实施方式包括在虚拟现实、增强现实和混合现实(VR、AR和MR)的应用中创建诸如用于控制、感测和致动的流体电路堆栈等装置的LSI设计规则、以及制造工艺。
在本发明的实施方式中，可以提供一种方法，该方法包括以下步骤：
根据指定的制造工艺在衬底上形成大规模集成(LSI)装置的第一弹性体层，第一弹性体层至少具有多个基于流体的电路，第一弹性体层遵守多个形成规范；
固化第一弹性体层；并且
根据指定的制造工艺利用第一弹性体层形成LSI装置的一个或多个额外的弹性体层，一个或多个额外的弹性体层至少具有多个基于流体的电路，一个或多个额外的弹性体层遵守多个形成规范。
在实施方式中，形成规范可以包括最大操作压力和最小操作压力。多个基于流体的电路可以包括处于最大操作压力的高压轨以及处于最小操作压力的低压轨。实施方式中的最大操作压力可以是3巴，并且实施方式中的最小操作压力可以是真空。
在实施方式中，形成规范可以包括操作电压的范围。大规模集成装置的层包括可以在操作电压的范围内的电压下操作的电子电路。
在实施方式中，形成规范可以包括最小层厚度。LSI装置的层可以至少具有最小层厚度。
在实施方式中，形成规范可以包括最小硬度水平和最大硬度水平。LSI装置的层可以包括具有在最小硬度水平和最大硬度水平内的硬度水平的材料。在实施方式中，最小硬度水平可以是10硬度计。在实施方式中，最大硬度水平可以是50硬度计。
在实施方式中，形成规范可以包括最小伸长撕裂值。LSI装置的层可以包括在最小伸长撕裂值之下不会撕裂的材料。
在实施方式中，形成规范可以包括最大固化温度。LSI装置的层可以包括在最大固化温度之下固化的材料。
在实施方式中，形成规范可以指示在暴露于设定频率范围和强度范围的固化电磁(EM)辐射最小时间之后的最小百分比的结构完整性。
在实施方式中，形成规范可以指示最大端对端传播延迟。端对端传播延迟可以指定信号从LSI装置的一个边界传播至LSI装置的相对边界的最大时间。在实施方式中，LSI装置的一个或多个层可以包括流体增益电路，使得信号传播延迟保持在最大端对端传播延迟之下。
在实施方式中，形成规范可以指示每皮肤接触面积的最大热通量。每皮肤接触面积的热通量可以指示传导至包括LSI装置的可穿戴装置的用户的皮肤的最大热辐射。LSI装置被配置为在LSI装置的邻近于用户的皮肤的表面上辐射低于每皮肤接触面积的最大热通量的热量。在实施方式中，每皮肤接触面积的热通量可以是每平方厘米的表皮为40毫瓦。
在实施方式中，指定的制造工艺可以使用辊对辊处理。
在本发明的实施方式中，可以提供一种装置，该装置包括：第一层，作为聚合物衬底；以及一个或多个额外层，形成在聚合物衬底的上表面之上，一个或多个额外层是弹性体并且具有用于基于流体的致动器、基于流体的源极、漏极和栅极电路、以及基于流体的感测电路的操作的通道，其中，一个或多个额外层中的至少两个可选地形成在同一物理层上。
在本发明的实施方式中，可以提供一种或该装置，该装置包括：
第一层，作为聚合物衬底；
感测层，布置在聚合物衬底的表面上，感测层是具有用于基于流体的感测和路由电路的操作的通道的弹性体；
第一通孔层，布置在感测层的表面上，第一通孔层是具有用于基于流体的互连的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至感测层的一个或多个基于流体的电路；
栅极层，布置在第一通孔层的表面上，栅极层是具有用于基于流体的栅极和路由电路的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至第一通孔层的一个或多个基于流体的电路；
第二通孔层，布置在栅极层的表面上，第二通孔层是具有用于基于流体的互连的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至栅极层的一个或多个基于流体的电路；
源极和漏极层，布置在第二通孔层的表面上，源极和漏极层是具有用于基于流体的源极和漏极电路的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至第二通孔层的一个或多个基于流体的电路；
第三通孔层，布置在栅极层的表面上，第三通孔层是具有用于基于流体的互连的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至源极和漏极层的一个或多个基于流体的电路；以及
致动器层，布置在栅极层的表面上，致动器层是具有用于基于流体的致动器的操作的通道的弹性体，该通道流体地耦接至第三通孔层的一个或多个基于流体的电路。
在实施方式中，感测层可以进一步包括经由电流体接头与基于流体的路由电路耦接的伸展敏感的掺杂聚合物传感器。
在实施方式中，衬底可以由作为以下中的至少一种的材料组成：织物、掺杂聚合物、未掺杂聚合物、长链型分子、以及蛋白质。
附图说明
图1是根据实施方式的流体电路堆栈的截面的示例性示图。
图2示出了根据实施方式的在其上可以形成或放置流体电路堆栈的示例性触觉装置(即，触觉手套)的一部分。
图3示出了根据实施方式的在其上已经形成感测层和互连层的示例性触觉手套的一部分。
图4示出了根据实施方式的在其上已经形成控制和计算层以及致动器层的示例性触觉手套的一部分。
图5A示出了根据一个实施方式的在流体电路堆栈中使用的流体致动器和流体逆变器的示例性组合。
图5B示出了根据一个实施方式的包括流体和非流体部件的示例性集成电路。
图5C示出了根据一个实施方式的可以在集成电路中使用的示例性传感器以及该传感器的应变曲线图。
图5D示出了根据一个实施方式的可以在触觉装置中使用的片材卡纸致动器。
图6示出了根据一个实施方式的包括可以在流体电路堆栈中使用的流体晶体管的示例性流体装置。
图7示出了根据一个实施方式的用于形成流体电路堆栈的示例性过程。
图8示出了根据实施方式的用于形成流体电路堆栈的示例性流程图。
图9是根据一个实施方式的包括虚拟现实(VR)系统的系统环境的框图。
附图仅为了说明的目的描述了本公开内容的实施方式。本领域技术人员从下列描述中容易认识到，在不背离本文中描述的本公开内容的原理或推崇的益处的情况下，可以采用本文中示出的结构和方法的替换实施方式。
具体实施方式
概述
实施方式包括可以在VR系统中使用的触觉装置的大规模集成，该VR系统诸如纯虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统、混合现实(MR)系统、或者它们的某种组合。这些触觉装置可以是流体的，或者他们可以是电的、磁的等。流体装置是功能类似于电子装置(例如，电晶体管、电二极管等)的流体处理装置。例如，流体装置可以被设计成使得它作为流体晶体管(即，处理流体而不是电脉冲的晶体管)进行操作。形成流体电路的各种耦接的流体装置的组合可以充当VR系统中的诸如触觉手套的触觉装置中的控制器、传感器和致动器。例如，流体装置的组合可以响应于VR系统中的虚拟输入而限制或增强用户的移动。例如，这可以发生在用户与VR环境中的固体虚拟对象交互时，这实际上限制用户的身体(诸如，他的或她的手)的移动。耦接至VR系统的触觉装置可以使用流体装置的组合以限制用户的身体的移动，以便模拟这个移动限制。这些流体装置还可以耦接至非流体装置(例如，电气和电子装置)，诸如传感器、控制器和致动器，以便在VR系统中形成组合的流体和非流体触觉装置，诸如触觉手套。
然而，独立地组装和驱动每个致动器或传感器元件可能太大或太笨重而不能组装成完整的触觉系统。这可能导致触觉装置元件(例如传感器、致动器、控制器和电力分配装置)的组合在物理上不够紧凑以至于不能位于触觉系统上的问题。可替换地，或作为另一个问题，触觉系统元件的组合可能重量大，或者在小区域中实现可能比较复杂。另外，通过组合单独的触觉装置元件实现触觉系统可能不易于伸展。单独的流体装置的组合和集成还可能是不可靠的或者不如集成的系统装置可靠。为了解决这个问题，流体电路进而可以以大规模集成(LSI)的形式逐层堆叠。
通过利用LSI，可以使用各种方法使流体和非流体电路分层，并且所得到的电路在大小上更紧凑并且更好地满足触觉装置的尺寸、重量或其他要求。部件的堆叠还可以通过将流体和非流体电路压缩到较小区域中来减少制造成本。经由LSI的流体电路小型化还可以减少流体泵送要求，减小任意流体泵、通道等的尺寸。因为可以减小流体通道的压力，因此还可以减少电路中的流体泄漏的可能。还可以减小流体电路的噪声影响，这是因为较小的通道可造成较小的湍流(如果有的话)，从而导致更安静的操作。这些流体电路的LSI允许更复杂的流体电路附接至触觉或其他VR装置以执行各种期望的操作。
流体和其他电路(例如，电子电路、机电电路等)的大规模集成允许超过传统设计的多个优点。LSI包括各种设计规则、制造工艺约束、以及能够使各种部件一起集成到用于实现特定目标的系统中的其他条件，诸如，优化紧凑空间中的部件以提供用于VR/AR/MR环境(例如在触觉手套应用中)的物理力。尽管以下关于流体电路堆栈的具体实现进行了描述，但是本发明不限于此类堆栈，而是还包括这些设计规则、制造约束和其他条件，以创建其中可以创建作为本文中描述的流体电路堆栈的此类产品的生态系统。以下描述了关于流体电路的LSI的其他细节。
大规模集成的示例性设计规则
如上所述，流体和非流体电路的大规模集成(LSI)可以符合各种设计规则，以便生成满足如上所述的LSI的目标的各种电路和部件。在此呈现了设计规则的示例性设置。然而，这些设计目标不应解释为限制性的，并且在其他实施方式中，LSI可包括更多、更少和/或不同的设计规则。
示例性设计规则可以涉及1)特征大小、2)操作压力/电压、3)层尺寸、4)传播延迟要求、5)热设计要求、以及6)额外的全局约束。在一些实施方式中，交替和/或额外的设计规则可以是LSI过程的一部分。
可以约束部件的特征大小，以便实现一定水平的紧凑度并且有助于遵守该系统中的其他要求，诸如，操作压力、热设计要求等。例如，可以在LSI设计中实现流体通道(或者其他连接)的最大间距要求以使部件大小最小化并且允许在例如无需大型泵的情况下实现操作压力要求。在一个实施方式中，设计规则指定最小间距和最大间距(例如，1mm-5mm)。特征大小要求还可以应用于其他部件，诸如，最大部件大小(例如，1cm)、部件的最大内部流体体积(例如，1ml)等。
可以通过设计规则约束LSI设计的部件或系统的操作压力和电压。这可以有助于与其他设计规则协同将电力有效传递至系统的不同部件，以实现如上所述的LSI的目标。在一个实施方式中，设计规则可以指定最小和最大流体压力值。最小压力可以是-1巴(例如，零绝对压力下的真空)。最大压力可以是3巴。例如，LSI设计中的高压管线可以是1巴(大气压力)，同时低压管线可以是-1巴(真空)。在一个实施方式中，设计规则可以指定最小和最大电压或者多个操作电压。例如，某些部件的电压可以设置为较低电压，诸如，3.3伏特。其他部件的电压可以设置为高电压，诸如，312伏特。设计规则可以指定电压承载部件如何与流体承载部件交互，使得不会发生电流泄漏到流体中。
可以由设计规则指定某些层尺寸和特性以实现LSI的目标。包括不同部件的不同层可具有不同的最大和/或最小厚度以考虑层中的部件的尺寸以及系统(例如，电路堆栈)的总尺寸、结构完整性、制造要求等。例如，考虑到层中的流体通孔的直径，流体通孔层可以具有具体厚度(例如，5mm)。通孔本身可具有特定的尺寸要求，诸如，要求的厚度(例如，1mm)，并且具有最小的周围间隔，例如2mm。层本身还可以受到硬度要求的约束，诸如，特定的硬度计(例如，10-50肖氏硬度计硬度)。层还可以具有耐伸长撕裂要求，诸如，伸长撕裂率大于200％。可以选择层使得他们可以在某个温度(例如，140摄氏温度)之下固化，使得系统中的其他部件不受高温影响。设计规则还可以指定层对于用于固化的某些波长的EM辐射(例如，紫外线辐射)具有抵抗力。因此，设计规则可以指定在设定频率范围和强度范围的固化电磁(EM)辐射的最小时间曝光之后的最小百分比的结构完整性。
可以由设计规则指定该系统的传播延迟。传播延迟是所测量的信号在系统中行进某个距离的时间。具体地，在此传播延迟被定义为VR/AR/MR部件(诸如，触觉手套)上的端对端延迟。从部件(例如，手套底部)的一端或边界发出的流体或其他信号应该在最大传播延迟值(诸如，30ms)内到达另一端/相反端或边界(例如，手指)。传播延迟设计规则影响有关所选的部件、所选的材料等的多个次要规则和特性，以便保持传播延迟。例如，设计规则可以指定沿着电路以某个间隔使用增益部件以加速电路中的流体流动来减小传播延迟。致动器和其他部件可以被指定为具有最大电容(流体体积容量)，以便减小它们的响应时间。这可能要求致动器被设计成以比传统情况更低的流体容量行动。
可以由设计规则指定热约束。热约束被设计成使得该系统不会生成可能影响系统上的部件或更显著地影响用户的过热温度。例如，如果系统是触觉手套，则来自触觉手套的过多热辐射将被引导至用户的手，造成不舒服和潜在危险的情况。因此，可以限制每皮肤接触面积的热通量(例如，限制为40mw/cm2的表皮接触面积)。为了实现这些设计规则，可以将部件设计成使得可以例如经由使用散热器将热辐射朝向系统中的不会与用户的皮肤接触的一部分重定向。应注意，由于机械泵和致动器中的机械摩擦以及与电气部件的机械摩擦可能产生热量。以下参考图1至图6描述遵守LSI的这些设计规则的流体电路堆栈和其他部件的实例。
大规模集成的示例性制造工艺
根据上述设计规则，可以根据某些工艺制造LSI系统或部件。这些可包括各种印刷工艺、铸造工艺、粘合工艺、使用的各种试剂、和/或各种测试程序、以及整体制造工艺，诸如辊对辊处理的使用。这些制造工艺约束不应被解释为限制性的，并且在其他实施方式中，LSI可以使用不同的制造工艺。
可以在LSI系统的制造期间使用各种工艺。诸如模版印刷和丝网印刷等各种印刷技术可以用于使部件和其他元件放置在LSI系统(例如，流体电路堆栈)中。可以使用诸如失蜡铸造等各种铸造工艺，由此在蜡模具周围铸造诸如硅的聚合物材料，并且随后移除该蜡模具。
可以与诸如基于销的对准、等离子体处理、硅胶、胶掩模、胶移除(例如，使用胶刮技术)、固化抑制剂(例如，为了防止流体通道的堵塞)、固化加速剂等技术协调地使用诸如胶合和压延(使用压延机器)的不同的层粘合技术，以便形成LSI系统的层和部件。这可以与辊对辊制造相结合以创建用于LSI系统的有效的批量生产工艺。
制造工艺还可以指定各种检验和测试步骤，诸如电导测试，由此在流体通道和电通道之间测试带电电连接。这种带电连接可能是不期望的，并且肯定的成果可能需要丢弃部件。
制造设施本身可能受到诸如湿度、温度控制和空气质量等环境因素的控制。环境因素可以被设置为使得所制造的LSI系统的故障率降低。生产速度可能受到部件的固化速度的限制，并且模具的选择也可以受到约束(例如，模具的材料可能被选择以与部件兼容)。以下关于图7至图8描述制造工艺的实例。
示例性分层流体电路
图1是根据实施方式的流体电路堆栈110的截面的示例性示图。可以根据上述设计规则设计流体电路堆栈。尽管图1中的流体电路堆栈110示出了层的具体顺序和部件的组织，但是在其他实施方式中，可以以不同的方式使部件分层或者可以在每层内进行不同的组织。例如，传感器层可以放置在致动器层之上。如另一实例，以下描述的不同层可以驻留在相同的物理层上(例如，处于单个高度)。如上所述，流体电路堆栈110是可以使用LSI的各种设计规则和制造工艺实现的部件的系统的一个实例。以下将更详细地描述这些设计规则和工艺。
流体电路堆栈110的层包括多个流体电路和电子电路。流体电路类似于电路，但是用流体流动替换电流、用流体压力替换电势、并且用流体支承通道(例如，管道)替换导电体。流体可以是不可压缩液体，或者可以是气体，或者是它们的组合。流体电路可呈现在触觉装置使用的各种优点。例如，代替需要单独的较高的电流源和电动机来操作机械致动器，流体电路可以能使用控制的相同流体电路或流体电路中的其他感测机构操作流体致动器。然而，与对应的电子电路相比流体电路的物理大小可能造成问题，这是因为某些触觉装置的大小可能不易于容纳这些流体电路的大小。为了解决这个问题，流体电路可以使用大规模集成(LSI)而堆叠在一起。
在图1中示出了具有多个层的此类堆叠的流体电路110的示例性图示，以下参考图1至图7描述关于流体电路堆栈110和单独电路的其他细节，并且参考图8至图9描述使流体电路堆栈分层的示例性方法。
从流体电路堆栈110的底部至顶部，第一层是可由聚合物组成的衬底120。这个聚合物可具有某些理想特性，诸如，疏水性、高达至少阈值弯曲值而没有结构破坏的柔性、高达特定寿命的耐用性、不易燃性等。在一个实施方式中，衬底120的聚合物是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。PDMS的一个益处在于不吸收液体，尽管根据表面处理，它可以根据流体电路的应用而被设计成可湿润的或疏水性的。另外，PDMS是无毒性的、生物兼容性的、柔性的、低成本的、在大的温度范围内是稳定的、不导电的、透明的等。这使得PDMS成为可以在人体上或人体附近使用的VR装置的衬底120的材料的合适候选。
在其他实施方式中，衬底可以由诸如织物布(例如，具有合成和/或天然纤维)、非掺杂聚合物、以及其他大分子(例如，具有长链的那些大分子，诸如蛋白质)的其他材料制成。
导电聚合物层125可以形成在衬底120之上并且可允许在流体电路堆栈110内形成导电电路。电路(由较暗的区域表示)可以与流体电路堆栈110的其他层中的流体电路交互。可以嵌入导电聚合物层125中的电路的实例包括晶体管、开关、断电器、集成电路等。这些电路可以操作允许电子电路改变流体电路中的操作的流体-电界面。例如，一个流体-电界面可以基于跨界面的电势的施加来改变流体通道的流动，或者可以响应于施加到界面的电势来改变与表面接触的表面的湿润特性。
作为具体应用的另一实例，诸如触觉装置的VR装置可以接收电信号形式的输入。可以在导电聚合物层125处的流体-电界面处转换这个信号，以便驱动流体电路堆栈110的流体电路。结果可以是VR装置中的流体致动器的位置的改变。
在一个实施方式中，导电聚合物层由碳纳米管(CNT)掺杂的PDMS组成。这是掺杂有CNT纳米颗粒的PDMS材料，使得PDMS材料的CNT掺杂部分变成导电的。用CNT纳米颗粒而不是金属组分掺杂PDMS的益处在于在PDMS材料中使用金属产生可能发生诸如破裂的耐久性问题的不相连区域。当使用PDMS材料的CNT掺杂时不会发生这种情况。
感测层130形成在导电聚合物层125的顶部上并且可包括在感测和路由中涉及的各种流体电路和非流体电路。例如，这些电路可以在感测层130中并且可以感测下面的触觉装置中的移动。该移动可以改变感测层130中的流体的特性(例如，流体压力的变化)。这可使得感测层130中的流体电路生成可以被发送至流体电路堆栈110中的其他层的响应。感测层130还可以包括执行各种路由特征的流体电路，诸如，根据感测层130中的逻辑将输入从导电聚合物层125路由至流体电路堆栈110的其他部分中的恰当的流体电路。感测层还可以包括非流体电路，诸如，对拉伸敏感的掺杂聚合物，并且响应于被伸展而生成电势变化。
在一个实施方式中，感测层130由与衬底120相似的材料制成，诸如，不透液体的且可以利用流体支承通道模塑和形成的材料，以便在其上创建流体电路。
第一通孔层135形成在感测层130的顶部上并且在相邻层的电路之间提供互连。通孔层(诸如，第一通孔层135)本身可以是“绝缘”层，或者在流体电路的情况下，可以为相邻层之间的流体移动提供屏障，允许相邻层中的流体电路起作用而在不同层中的电路之间没有流体泄漏。根据相邻的流体电路层的要求，通孔层可以具有不同的厚度。由于限制厚度的流体压力要求，导致通孔层可以比标准厚度更薄。通孔层可以比标准厚度更厚，以便例如当驱动致动器时容纳更高压力的流体流动累积。
如所示，第一通孔层135与感测层130和栅极层140互连。在一个实施方式中，第一通孔层135以及流体电路堆栈110中的其他通孔层由与衬底120和感测层130相似的聚合物材料组成。然而，通孔层还可以包括织物材料。与聚合物材料相反，这些织物材料通过将材料的纤维束编织或组合在一起而产生，并且因此与聚合物材料相比，抵抗某些机械应力，诸如，张力，并且因此可以向流体电路堆栈110提供重要的结构支撑和增强。应注意，尽管在此示出了用于通孔的层，但是在一个实施方式中，流体电路堆栈110不包括通孔层。反而，层直接彼此连接，并且流体从一个层直接行进至另一层，而无需使用通孔层。例如，一个层在其内可具有腔，该腔与相邻层的腔对准。一旦组装起来，一个层的腔中的流体可以自由行进至另一层的腔，从而形成直通孔。
栅极层140可以形成在第一通孔层135的顶部上并且可包括用于一个或多个流体管(fluidister)(即，基于流体的晶体管)的一个或多个栅极。这些流体管与电子晶体管相似地执行，并且可具有源极、漏极和栅极，但是使用流体代替电子。该流体管可以实现流体电路堆栈的逻辑，并且可以对来自感测层130或流体电路堆栈110中的其他层的输出作出反应，生成被发送至流体电路堆栈110的其他层(例如，致动器层160)的输出。以下参考图6描述流体管的实例。
在一个实施方式中，栅极层140由与感测层130相同或相似的材料(例如，不透流体的聚合物)组成，其中一个或多个流体支承通道形成电路。
第二通孔层145形成在栅极层140的顶部上以提供相邻层之间的互连。第二通孔层145执行与第一通孔层135相似的功能，但是与第一通孔层135相比可以具有更小的相对厚度，这是因为它控制流体管栅极与源极和漏极分离。更薄的层可帮助减少流体压力损失和其他低效率。
源极/漏极层150形成在第二通孔层145的顶部上并且包括用于栅极层140中的对应栅极电路的源极和漏极的流体电路。因此，栅极层140中的栅极电路可以经由第二通孔层145互连至源极/漏极层150中的源极和漏极电路。如上所述，由栅极、源极和漏极组成的流体管可以在流体电路堆栈110中执行各种逻辑操作，诸如确定何时驱动流体电路堆栈110中的致动器。作为实例，流体管可以基于从感测层130接收的输入来确定(即，基于切换)是否应该激活致动器，感测层进而可能已从导电聚合物层125中的电路接收信号。响应于该输入，流体管(或者多个流体管)将流体信号(例如，引起流体流动)传输至致动器层中的一个或多个致动器以激活一个或多个致动器。在一个实施方式中，源极/漏极层150由与栅极层140相同或相似的材料组成。
第三通孔层155形成在源极/漏极层150的顶部上。与第一通孔层135和第二通孔层145相比，第三通孔层155可具有增加的厚度以容纳用于驱动致动器层160中的致动器的更高压力的流体流动或流体压力累积。可以设置厚度使得较高压力的流体流动不会导致通孔层在设定寿命之前过早故障(例如，与其他通孔层相比，故障前平均时间保持与第三通孔层155相同并且在规范内)。第三通孔层155可以从源极/漏极层150接收输入并且将该输入互连至在致动器层160处引导的输出。
致动器层160形成在第三通孔层155的顶部上并且包括流体和/或非流体致动器(例如，它们表示为附图中的椭圆形)。这些流体致动器可以将流体泵送到可膨胀气囊、流体通道、或者其他各种形状的包含流体的容器(未示出)中或者之外，以便实现物理移动或物理移动限制。致动器可以由来自第三通孔层155的输入激活，并且可以从第三通孔层155接收高压流体源。例如，来自源极/漏极层150的输入可以经由第三通孔层155互连至致动器层160以打开允许来自第三通孔层155的高压流体源的流体的栅极，从而允许流体进入致动器层160中的致动器，致动器层进而可以引导流体以使触觉装置中的气囊膨胀，引起触觉装置中的物理移动限制。如另一实例，致动器可以由多个层组成，其中，外层内的流体压力的增加引起内层上的压缩，这使得流体移出致动器之外，反之亦然。在一个实施方式中，致动器层160包括非流体致动器。这种非流体致动器的实例包括压电电动机。
在一个实施方式中，致动器层160由与源极/漏极层150相同或相似的材料组成。致动器层160可包括用作收集流体的较大贮存器的额外空隙区域。从来自流体电路堆栈110的其他层的输入调整这些空隙的大小、或者空隙内的流体的压力。空隙可以流体地耦接至堆栈中的其他流体电路，或者可以没有流体地耦接。如果空隙没有流体地耦接，则可以通过周围流体电路置于空隙上的物理压力来改变空隙中的流体的量。在另一个实施方式中，致动器层160被构造为使用诸如弹性聚合物(例如，衬底120的聚合物材料)等材料的基体(matrix)(即，网格)。基体支持一个或多个空隙，该空隙可以具有与基体相同的材料，或者由于材料的组成而可以是不同的材料，响应于内部流体压力的增加可以仅在大小上扩大到某个限制量。由于基体不是固体，因此它允许每个空隙的壁的进一步的移动范围。
通过使例如在图1中示出的流体电路堆栈110中的流体电路分层，可以在小空间中(诸如，在触觉手套上)实现流体电路中的其他复杂性。通过将流体电路的感测、控制和致动结合到流体电路的单层堆栈中，可以创建还可以是便携式的和易于移动的且安装在不同的触觉装置上而无需显著的重新配置的完全集成的流体电路，创建“堆栈上的流体系统”(即，与单片系统相似)。在维修或升级等的情况下，用户可能能够容易地彼此交换不同的可互操作的流体电路堆栈110。此外，与传统设计相比，在此描述的流体电路堆栈110易于通过额外部件和电路的添加扩展。以下关于图2至图9描述关于流体电路堆栈的分层的额外细节。
示例性触觉手套
图2示出了根据实施方式的在其上可以形成或放置流体电路堆栈110的示例性触觉装置(即，触觉手套210)的一部分。图2中的示图示出了覆盖手220的触觉手套210。尽管触觉手套210可包括其他流体电路，但是在图2的示图中，仅示出了衬底120以说明衬底120的放置。触觉手套210可以仅由与衬底120相同的材料(例如，硅聚合物)制成，或者它可以由不同的材料(诸如自然或人造纤维)的多层组成，其中衬底120覆盖触觉手套210的外部的全部或者子部分。例如，衬底120可以仅覆盖手220的背表面，或者可以覆盖流体电路堆栈110可以被放置的任何位置。尽管参考触觉手套210描述了流体电路堆栈110，但是在其他实施方式中，流体电路堆栈110与其他装置一起使用，或者作为独立电路使用。
触觉手套上的示例性感测层
图3示出了根据实施方式的在其上已经形成感测层130和互连层310的示例性触觉手套210的一部分。在图3的示图中，互连层310和感测层130已经形成在衬底120的顶部上。感测层130可包括一个或多个传感器，诸如，在手的一个或多个关节处感测触觉手套210中的手的弯曲移动的弯曲传感器。弯曲传感器是通过响应于弯曲移动在弯曲传感器内测量的流体压力的改变来感测物理的弯曲移动的流体部件。
互连层310可以是与图1中示出的通孔层相似的通孔层并且可以将感测层130中的部件互连至触觉手套210的其他部件(诸如，感测层130的其他部件)，互连至其他层中的其他部件(未示出)，或者互连至触觉手套210的基部320处的其他部件。当感测层130中的流体传感器检测到改变或测量到值时，它可以将穿过互连层310的输出传输至终点，诸如，栅极层140。
触觉手套上的示例性控制和致动层
图4示出了根据实施方式的在其上已经形成控制和计算层430以及致动器层160的示例性触觉手套210的一部分。触觉手套210额外包括高压轨410和低压轨420。在图4中示出的触觉手套210仅是一个实例，并且在未示出的替换的实施方式中，触觉手套210可包括额外/更少的或者不同的流体装置。同样地，触觉手套210的各种实体可以在不同的实施方式中不同。
高压轨410是在某个高压(例如，200千帕斯卡/kpa)下传输流体的流体部件。该结构由在该高压下不会变形的材料(例如，塑料、硅酮等)制成，然而该材料还可以是柔性的。高压轨410可根据触觉手套210的结构或附接要求而具有圆形、矩形或一些其他形状的截面。在一个实施方式中，高压轨410连接至加压流体源、一个或多个泵、或者可以用于确保高压轨410中的流体维持高压的一些其他装置。高压轨410中的流体的压力类似于电气系统中的电源的干线电压，使得流体远离高压轨410朝向具有较低压力的区域流动。
低压轨420是传输流体的另一个结构。低压轨120在低于高压轨410的高压的某个低压下传输流体。该低压可以是触觉手套210内的最低压。低压轨420中的流体的压力类似于电气系统中的电气接地。低压轨420的低压可以等于流体从触觉手套210中的流体电路返回时的结合压力。在低压轨420中使用的材料以及它的形状可以与在高压轨410中使用的相同。低压轨420通常用作低压区，使得来自触觉手套210的耦接至低压轨420的其他部分的流体朝向低压轨420流动。低压轨420可以类似于电气接地或中性线。
致动器层160包括一个或多个致动器并且可以经由一个或多个互连通孔层连接至触觉手套210中的其他层。致动器层160中的致动器可以通过例如改变附接至触觉手套的一个或多个气囊中的流体水平来诱导或限制触觉手套210中的物理移动。可替换地，每个致动器可以通过致动器中的各种流体水平的变化来直接诱导或限制触觉手套210中的物理移动。参考图5A-D描述关于致动器层160中的单独致动器的其他细节。
在一个实施方式中，致动器可以通过振荡器元件和/或电路引起振动触觉反馈。致动器可以以各种方式(例如，正常变形、剪切变形等)使皮肤变形。这些致动器是有或者没有一些刚性元件的流体的(气体或液体)动力软致动器。它们可以包括敞开的或泡沫填充腔。这些致动器可以通过填充或排空具有专门设计成产生各种触觉和动觉力的机械特性的腔室和腔来诱导这些力。此类致动器的一个可能的实例是PAM(气动人工肌肉)。
流体逆变器460是将流体的流动从一个压力或方向转换为不同的压力和/或方向的流体电路。参考图5A-D描述关于流体逆变器460的其他细节。
控制和计算层430可包括在流体电路堆栈110中描述的用于控制和计算的一个或多个层，诸如，栅极层140和源极/漏极层150、以及互连通孔层。这些可以利用模拟和/或数字部件。控制和计算层430可以耦接至高压轨410和低压轨420，并且此外，控制和计算层430可以耦接至感测层130和致动器层160。来自高压轨410的流体可以进入控制和计算层430以驱动控制和计算层430中的一个或多个流体电路，诸如，流体管。控制和计算层430中的流体电路可以从感测层130或从诸如导电聚合物层125等电子电路层接收输入，基于该输入执行各种逻辑操作，并且将输出引导至致动器层160中的致动器。
作为实例，控制和计算层430可以从感测层130接收指示穿戴触觉手套210的用户的触觉手套210的一个手指弯曲的输入。这可以使得控制和计算层430将电子信号经由电子电路层(例如，经由无线通信)传输至控制台或其他中央装置。作为响应，控制台可以指示手指的移动应该受到限制(例如，由于手指的移动使得手指碰到虚拟对象)。控制和计算层430可以从电子电路层接收指示手指的移动应该被限制在某个值的信号。控制和计算层430然后可以将基于流体的信号(例如，通过打开流体栅极)传输至致动器层160中的致动器，以用于相应地限制该手指的移动。
流体电路堆栈中使用的示例性部件
图5A示出了根据一个实施方式的在流体电路堆栈110中使用的流体致动器450和流体逆变器460的示例性组合。
触觉手套可包括多个流体致动器450。每个流体致动器450可以从高压轨530接收流体，并且可以经由低压轨535返回流体。高压轨530和低压轨535可以分别耦接至触觉手套210的主要的高压轨410和低压轨420，并且可以由相似的材料组成。高压轨530可以在与高压轨410相同的压力下操作，或者可以在相对于高压轨410的压力的更低压下操作。
每个流体致动器450可以耦接至流体管栅极525，该流体管栅极可以是流体管(即，流体晶体管)或者控制流体流入和流出流体致动器450的不同的流体电路。流体管栅极525可以控制从高压轨530到流体致动器450中的输入，或者控制离开流体致动器450至低压轨535的输出。
在一个实施方式中，流体致动器450改变流体致动器450本身内的流体的体积。在另一个实施方式中，流体致动器改变单独的可膨胀气囊中的流体的体积。流体的体积的变化可以导致物理移动的限制或者诱导触觉手套210中的物理移动。例如，流体致动器450可以通过增加流体致动器450中的流体体积的方式成形，使得其沿某个方向弯曲至某个程度。如另一实例，流体致动器450可以通过控制可膨胀气囊中的流体的量使得单独的可膨胀气囊膨胀或紧缩。在另一实例中，流体致动器450可以增加流体致动器450中的流体的体积，使得它在某个形状或定向变成刚性的和固定的(可能利用其他流体致动器450)。这可以导致触觉手套210中沿与刚性流体致动器450的定向相反的方向的物理移动的限制。
流体逆变器460是执行与电子电路中的逆变器类似功能的流体电路。在一个实施方式中，逆变器作为缓冲器和高增益元件。流体逆变器160用于减少驱动(填充和排空)高电容负载(逻辑或致动器)的延迟。
图5B示出了根据一个实施方式的包括流体和非流体部件的示例性集成电路506。
如所示，附图的左侧示出了外部组件502。外部组件502包括一个或多个夹紧机构504。这些可以应用于集成电路506的顶部和底部。顶部夹紧机构504A机械地固定集成装置的一端并且以三个金属管道508的形式提供流体输入/输出。底部夹紧机构504B包括相同的机械夹紧系统以及经由压接连接器510的电连接。
右侧示出了同一集成电路506的电路图512。在此，集成电路506包括创建不稳定的或振荡行为的连接至“气泡致动器”的一系列逆变器，气泡致动器用作表明振荡器正在起作用的指示器。该振荡行为可以用作时钟信号，以驱动额外的致动器和/或传感器，或者用于一些其他目的。在集成电路506中，轮廓框指示P-FET(流体晶体管)以及电阻器逆变器布置。气泡致动器514是当它暴露于高压下时可以像气球一样膨胀的小腔。在此它的目的是提供系统性能的目视指示器。
图5C示出了根据一个实施方式的可以在集成电路中使用的示例性应变传感器518以及该应变传感器518的应变曲线图516。
应变传感器518基于施加于应变传感器上的拉伸应力输出变化的电信号。部分由于传感器中的电导的截面面积并且由于材料的电阻率的变化(由于压电电阻效应)导致来自应变传感器518的电信号相对于拉伸力而改变。来自传感器的电信号可以通过使用感测层之间的电场变化转换为流体信号，以改变电流变流体的粘度并且观察流体域中的这些变化(例如，流动速率、RC时间常数)。还示出了截面图520和俯视图522。应注意在俯视图522中，如截面图520所示的至应变传感器518的顶层和底层的连接使用侧向相邻而不是堆叠的连接器耦接至压接连接器。
应变曲线图516指示应变传感器518对拉伸力(即，伸展)的响应随着时间的推移变化(例如，通过测试装置)。在如所示的“未被卡住的”状态下，传感器518附接至的触觉装置处于低刚性状态，即，没有被“激活”。应变曲线图516中的“测量”值是利用测试设备在外部确定的应变的值。应变曲线图516中的“粘合前拟合”是应变传感器被内置到触觉装置中之前的应变传感器518的校准结果。“粘合后拟合”是集成到触觉装置中之后的新的校准结果。应变曲线图516示出了安装到触觉装置中之后的性能中的DC偏移而不是应变传感器518的灵敏度。
在2015年9月2日提交的美国申请号14/843,067中描述了关于应变传感器518的额外细节，其全部内容通过引证结合于此。
图5D示出了根据一个实施方式的可以在触觉装置中使用的片材卡纸致动器540以及关联的应变曲线图542。片材卡纸致动器540通过将材料的锚定条按压在一起、生成充分摩擦以阻碍沿与条的纵向尺寸平行的方向上的运动来进行操作。此类装置可以用于防止触觉装置中的运动。
用于片材卡纸致动器540的应变曲线图542测量被卡住和未被卡住的状态，以及片材卡纸致动器540的负载量对比拉伸延伸。在被卡住的状态下，致动器540中的条被按压在一起，并且在未被卡住的状态下，条未被按压在一起(允许更自由的运动)。应注意，在被卡住的状态下，需要更低的负载量来诱导相同量的拉伸延伸。
在2016年10月4日提交的美国申请号15/285,391中、2016年10月4日提交的美国申请号15/285,298以及2016年10月4日提交的美国申请号15/285,281中描述了关于片材卡纸致动器540的额外细节，它们的全部内容通过引证结合于此。
在流体电路堆栈中使用的示例性流体装置
图6示出了根据一个实施方式的包括可以在流体电路堆栈110中使用的流体晶体管的示例性流体装置600。在一个实施方式中，可以在控制和计算层430中使用示例性流体装置600。
流体装置630A和630B是功能类似于电气系统中的晶体管的流体装置，例如，P沟道场效应晶体管(PFET)或者N沟道场效应晶体管(NFET)。如图6所示，每一个流体装置630包括源极、漏极、以及栅极。在一些实施方式中，在源极和漏极之间存在填充有流体的通道，并且源极中的流体的压力高于漏极中的流体的压力，允许当通道打开时通道中的流动从源极流动至漏极。源极处的压力可以是与高压轨410的压力相同的压力，并且漏极处的压力可以是与低压轨420处的压力相同的压力。
在一个实施方式中，当栅极处于低压状态下时，通道打开；并且当栅极处于高压状态下时，通道关闭。在另一个实施方式中，当栅极处于高压状态下时，通道处于打开状态；并且当栅极处于低压状态下时，通道处于关闭状态。
通道的“打开”状态指的是当通道中的流体以某个打开阈值速率(例如，相当于高压轨410中的流动速率的速率)从一端(例如，源极)流动至另一端(例如，漏极)时的状态。相反，通道的“关闭”状态指的是当通道中的流体的流动小于某个关闭阈值速率时的状态。在一些实施方式中，关闭阈值速率可以是零流动。可替换地，关闭阈值速率可以是小于打开阈值速率的某个流动速率。通道的“打开”状态还被称为流体装置的“接通”条件，并且通道的“关闭”状态还被称为流体状装置的“断开”条件。此外，当通道从打开状态转变为关闭状态或者从关闭状态转变为打开状态时出现“过渡”状态。如与电子电路一样，通道保持在该过渡状态下的时间可以根据栅极的切换速度、流体压力以及其他因素进行改变。另外，可以使用各种技术使这个过渡状态最小化，诸如，减小通道直径，增加流体压力，增加栅极转变的速度等。使通道保持在这个过渡状态下的时间最小化允许该系统增加流体电路起作用的速度。
在此描述的高压和低压取决于流体装置结构以及填充流体装置的流体的压力。通常，低压是落入低压范围内的流体的压力，并且“高压”是落入高压范围内的流体的压力。低压范围可以被认为是数字“0”并且高压范围可以被认为是数字“1”。因此，流体装置630A、630B可以在不同压力下使用流体进行数字操作。此外，流体装置的不同部件可以具有不同的高压范围和不同的低压范围。例如，栅极的高压范围可以小于源极的高压范围。
输入接口642是使流体装置630能够接收输入的接口。在一个实施方式中，到流体装置630的输入是施加到流体装置的某些部分的某个压力下的流体，这可以使得流体装置保持或改变为“接通”或“断开”条件。作为一个实例，该输入可以是施加到流体装置630的栅极的某个压力下的流体，这使得流体装置改变为“接通”状态。类似地，输出接口644是使流体装置630A、630B能够提供输出的接口。该输出允许流体装置驱动额外的流体电路，或者放大在输入接口642处接收的流体信号等。如在此使用的，放大流体信号可以包含在保持相同的流体压力的同时增加流体流动的量。尽管流体装置630可能不需要此类增加的流动，但是驱动致动器可能需要增加的流体流动。
形成流体电路堆栈的示例性工艺
为了形成流体电路堆栈，诸如，流体电路堆栈110，在一个实施方式中，衬底层120的聚合物材料浸透到触觉手套210的织物材料(例如，任何天然或人造纤维)上或者织物材料中。可以经由聚合物至织物的粘附力、化学沉积或一些其他方式实现该浸透。
随后，诸如图1所示的导电聚合物层125的额外层形成在衬底120的顶部上。导电聚合物层125可包括与衬底120的聚合物材料相似的聚合物材料，但是可以是使用各种物理或化学分散法(例如，在层的形成之前将CNT颗粒剪切混合到聚合物中)掺杂的CNT。导电区域可以在导电聚合物层125中形成导电通道，或者可以使得导电聚合物层125表现为半导体(例如，P-掺杂半导体)。
可替换地或者随后，层被形成，产生流体电路堆栈110的流体电路。在图7中示出了该过程。诸如第一模具710和第二模具720的一个或多个模具可以形成在流体电路堆栈110的当前最顶层(例如，衬底120或者导电聚合物层125)上。这些模具可以由随后被去除的材料制成，诸如，蜡或者在形成流体电路之后可以溶解、蚀刻、烧蚀或以其他方式破坏的其他材料(例如，失蜡铸造)。可替换地，可以在多个分层上重复使用模具，并且因此可以具有更耐用的材料，诸如，金属合金或陶瓷材料等。如果不同的流体电路被布置在相同层上，则可以使用两个不同的模具。
图7示出了根据一个实施方式的用于形成流体电路堆栈110的示例性过程。尽管在图7中示出了分层和过程的某个顺序，但是在其他实施方式中，流体电路堆栈110以不同顺序并且使用不同方法形成。此外，为了便于理解和说明，使用截面图示出了图7中的过程。然而，在实际操作中，流体电路堆栈110是三维对象，并且这些层被放置在三维中。此外，流体电路还横跨三维空间。
在图7中的示例性过程中，在701，第一模具710和第二模具720被放置在流体电路堆栈的现有层上。这产生具有模具部分和空隙730部分的层。随后，在702，空隙区域充满用于形成的当前层的聚合物材料740。这个聚合物材料740可以滚动或分配到模具上(例如，经由3D印刷)，使得聚合物材料740填充空隙区域730。该聚合物材料740在组合物方面可以与衬底120相似。
聚合物材料740然后可以被固化。这可以通过将热量(例如，在设定的持续时间内到达固化温度)施加到聚合物材料740或者引起聚合物材料740中的化学反应(例如，通过使用化学品修复聚合物材料的聚合物链)，或者通过使用光(例如，紫外线辐射)来实现。在固化前后，可以通过刮掉、激光烧蚀、或者一些其他过程将任何多余的聚合物材料740从该层的顶部去除。
在703，可以去除第一模具710，允许流体电路部件750被放置在其中第一模具710先前占用的位置中。如所述，可以经由破坏模具或者通过物理去除模具来去除模具。流体电路部件750可以由第一模具710直接形成，即，该模具包括流体电路部件750的设计，在这种情况下，实际上在去除第一模具710之后未被放置而是完全形成该流体电路部件(例如，第一模具可包含流体电路的阴性铸造)。可替换地，流体电路部件750可以是分离的结构，并且例如可以使用拾取和放置机器进行放置。
在704，与如何去除第一模具相似，可以去除第二模具720，并且在705，流体电路部件760被放置在第二模具720已经占用的位置中。流体电路部件760的放置可以与流体电路部件750的放置相似。
在一个实施方式中，代替使用如上所述的注塑过程形成该层，这些层被单独地预形成并且放置在流体电路堆栈上。可以使用单独的铸造过程、冲压过程、3D印刷过程、或者其他方式创建预形成的层，在某些情况(例如，用于相同电路的超大型生产)下它们可能比在此描述的注塑过程更快。
在一个实施方式中，代替在此描述的注塑过程，而是使用聚合物材料740形成固体层并且掩模形成在聚合物材料的顶部上。该掩模遮盖应该去除的那些区域。未被掩模遮盖的暴露区域使用固化过程(例如，经由激光固化)固化，并且该掩模被去除。没有被固化的聚合物材料740的剩余区域被去除(例如，使用酸、洗涤、蚀刻或者其他过程)，形成用于该层的电路。
在一个实施方式中，代替在此描述的注塑过程，与用于生成衬底的过程相似的化学沉积过程可以用于形成每个层。籽材料可以放置在期望电路特征的地方，并且聚合物材料740被沉积为形成该层的流体电路。
其他过程还可以用于形成或从每个层去除材料，并且可包括激光烧蚀、水喷射切割、使用辊子的物理应用等。
如先前所述，一些层可以额外包括织物或其他增强材料。该材料可以放置在预形成的层上，或者可以作为增强材料的独立的纤维或子组分沉积在层上。例如，如果增强材料是织物，则材料的纤维可以作为网格沉积在流体电路堆栈的层上。
模具和/或流体电路部件可包括各种对准特征，诸如，记号、物理突出部、电触点或者其他特征，帮助将刚形成的流体电路层与形成在刚形成的层的顶部上的随后的流体电路层对准。另外，刚形成的层的表面可以特别处理为有助于该层与随后形成的层的粘附。这个特殊处理可包括增加该层的表面能。
应注意，与电子电路的形成不同，流体电路堆栈的形成从属于流体电路的独特要求。具体地，其中流体流动的通道可能不被设计成直角(例如，90度)(或者甚至更多锐角，因为这可能造成流体的不平稳流动)。反而，通道的放置可能被限制到某个最小曲线半径。在开发流体电路设计中可以考虑其他考虑因素，诸如，最小特征厚度(例如，为了防止泄漏和结构问题)、最大的通道距离(例如，为了减少摩擦相关的效率损耗)、以及其他因素。
用于形成流体电路堆栈的示例性流程图
图8示出了根据实施方式的用于形成流体电路堆栈的示例性流程图。尽管图8中示出了某个顺序，但是在其他实施方式中，该顺序可以是不同的，并且可以执行额外或更少的操作。在一个实施方式中，该过程可以通过LSI集成器执行。LSI集成器是制作装置或者能够构造流体电路堆栈的装置的系统。LSI集成器可包括部件，诸如：1)可以在温度和湿度上控制的清洁/低颗粒外壳、2)聚合物衬底形成装置(例如，聚合物注塑机)、3)清洁装置(例如，以便清洁装置的各个层)、模具形成装置(例如，物理地或化学地放置模具的装置)、4)层形成装置(例如，热地、化学地、物理地或经由其他方法布置层的装置)、5)模具去除装置(例如，化学地或物理地移除模具的装置)、6)层固化装置(例如，热地、化学地或经由其他方法固化层的装置)、7)和/或拾取和放置装置(例如，以便将部件放置在流体电路堆栈上)。LSI集成器可以与用于形成集成电路的制作装置的系统相似，但是是用于形成流体电路堆栈。
LSI集成器在聚合物衬底上形成810第一弹性体层。第一弹性体层可具有用于基于流体的电路的操作的通道。如图7所示，第一弹性体层可以是包括聚合物740的层。聚合物衬底可以是衬底120。
LSI集成器使第一弹性体层固化820。如上所述，固化过程可以通过诸如加热该层和/或化学地处理该层等各种方法完成。
LSI集成器在第一弹性体层上形成830第二弹性体层。第二弹性体层可具有用于基于流体的通孔的通道。例如，第二弹性体层可以与第一通孔层135相似。
LSI集成器使这个第二弹性体层固化840。该固化过程可以与用于第一弹性体层的固化过程相同，或者由于第二弹性体层的厚度、结构或其他特性而可以不同。
在一个实施方式中，LSI集成器继续该堆栈的不同层(诸如，参考图1示出的那些层)的该分层过程。
示例性VR系统
图9是根据一个实施方式的包括具有至少一个流体电路堆栈的触觉组件940的系统900的框图。系统900可以在纯VR环境、AR环境、MR环境或者它们的某种组合中操作。图9示出的系统900包括头戴设备905、成像装置935、以及各自耦接至控制台910的触觉组件940。尽管图9示出了包括一个头戴设备905、一个成像装置935、以及一个触觉组件940的示例性系统900，但是在其他实施方式中，系统900可以包括任意数量的这些部件。例如，可能存在多个头戴设备905，每个头戴设备905具有相关联的触觉组件940并且由一个或多个成像装置935监视，其中每个头戴设备905、触觉组件940和成像装置935与控制台910通信。在可替换配置中，系统环境900中可以包括不同的和/或额外部件。
头戴设备905是向用户呈现媒体的头戴式显示器。由VR头戴设备呈现的媒体的实例包括一个或多个图像、视频、音频、或它们的某种组合。在一些实施方式中，经由从头戴设备905、控制台910或这两者接收音频信息并基于音频信息呈现音频数据的外部装置(例如，扬声器和/或头戴耳机)来呈现音频。头戴设备905可包括一个或多个刚体，其可刚性地或非刚性地彼此耦接在一起。刚体之间的刚性耦接使得耦接的刚体用作单个刚性实体。相反，刚体之间的非刚性耦接允许刚体彼此相对移动。在一些实施方式中，头戴设备905还可以作为AR和/或MR头戴设备。在这些实施方式中，头戴设备905利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。
头戴设备905包括电子显示器915、光学块918、一个或多个定位器920、一个或多个位置传感器925、以及惯性测量单元(IMU)930。
光学块918放大从电子显示器915接收的光，校正与图像光相关联的光学误差，并且校正的图像光被呈现给头戴设备905的用户。光学元件可以是光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤波器、或者影响从电子显示器915发射的图像光的任何其他合适的光学元件。此外，光学块918可包括不同光学元件的组合。在一些实施方式中，光学块918中的一个或多个光学元件可具有一个或多个涂层，诸如抗反射涂层。
定位器920是相对于彼此且相对于头戴设备905上的特定参考点定位在头戴设备905上的特定位置的对象。定位器920可以是发光二极管(LED)、角锥棱镜反射器、反射标记、与头戴设备905运行的环境形成对比的光源的类型、或者它们的某种组合。在实施方式中，其中定位器920是有源的(即，LED或其他类型的发光器件)，定位器920可以在可见频带(～380nm至750nm)、在红外(IR)频带(～750nm至1mm)、在紫外线频带(10nm至380nm)、电磁光谱的某个其他部分、或者它们的某种组合中发光。
在一些实施方式中，定位器920位于头戴设备905的外表面之下，其对定位器920发射或反射的光的波长是透明的或者薄到足以基本上不会减弱定位器920发射或反射的光的波长。另外，在一些实施方式中，头戴设备905的外表面或其他部分在光波长的可见频带内是不透明的。因此，定位器920可以在外表面(其在IR频带中透明但在可见频带中不透明)下方发射IR频带中的光。
IMU 930是基于从一个或多个位置传感器925接收的测量信号生成快速校准数据的电子装置。位置传感器925响应于头戴设备905的运动而生成一个或多个测量信号。位置传感器925的实例包括：一个或多个加速计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于IMU 930的误差校正的传感器类型、或者它们的某种组合。位置传感器925可以位于IMU 930的外部、IMU 930的内部、或者它们的某种组合。
基于来自一个或多个位置传感器925的一个或多个测量信号，IMU 930生成指示相对于头戴设备905的初始位置而言头戴设备905的估计位置的快速校准数据。例如，位置传感器925包括测量平移运动(前/后、上/下、左/右)的多个加速计和测量旋转运动(例如，倾斜、偏转、滚动)的多个陀螺仪。在一些实施方式中，IMU 930快速地采样测量信号并且根据采样数据计算头戴设备905的估计位置。例如，IMU 930对从加速计接收的测量信号在时间上积分，以估计速度矢量，并且对速度矢量在时间上积分，以确定头戴设备905上的参考点的估计位置。可替换地，IMU 930将采样的测量信号提供至控制台110，该控制台确定快速校准数据。参考点是可以用于描述头戴设备905的位置的点。尽管参考点通常可被定义为空间点；然而，实际上参考点被定义为头戴设备905内的点(例如，IMU 930的中心)。
IMU 930从控制台910接收一个或多个校准参数。如以下进一步讨论的，一个或多个校准参数用于保持对头戴设备905的跟踪。基于所接收的校准参数，IMU 930可调节一个或多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施方式中，某些校准参数使IMU 930更新参考点的初始位置，因此其对应于参考点的下一校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。也称为漂移误差的累积误差使得参考点的估计位置随着时间推移“漂移”远离参考点的实际位置。
成像装置935根据从控制台910接收的校准参数生成慢速校准数据。慢速校准数据包括示出由成像装置935可检测的定位器920的观察的位置的一个或多个图像。成像装置935可包括一个或多个照相机、一个或多个摄像机、能够捕捉包括一个或多个定位器920的图像的任何其他装置、或者它们的某种组合。另外，成像装置935可包括一个或多个滤波器(例如，用于增大信噪比)。成像装置935被设计成在成像装置935的视野中检测从定位器920发射或反射的光。在定位器920包括无源元件(例如，后向反射器)的实施方式中，成像装置935可包括照亮一些或全部定位器920的光源，该定位器向成像装置935中的光源反向反射光。慢速校准数据从成像设置935传送到控制台910，并且成像装置935从控制台110接收一个或多个校准参数来调节一个或多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
触觉组件940是允许用户将动作请求发送至控制台910的装置。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用程序者在应用程序内执行特定动作。触觉组件940还提供包括接触虚拟对象的感觉的触觉反馈。在一个实施方式中，触觉组件940包括形成一个或多个合成的流体装置的多个可组合的流体装置。合成的流体装置可以用于例如根据来自控制台910的触觉反馈信号解决触觉组件940中包括的致动器。在一个实施方式中，触觉组件940是控制台910通过其能够使用户与虚拟对象交互的触觉手套1100。在一个实施方式中，触觉装置包括流体电路堆栈110，其中，合成的流体装置集成在流体电路堆栈110上。
在图9中，触觉组件940进一步包括定位器970、一个或多个位置传感器975、以及惯性测量单元(IMU)980。在一些实施方式中，安装定位器970、一个或多个位置传感器975、惯性测量单元(IMU)980来确定触觉组件940的物理位置或运动。此外，触觉组件940从控制台910接收对应于用户的触觉反馈的触觉反馈信号。触觉组件940根据触觉反馈信号向用户提供触摸虚拟空间中的虚拟对象的触觉反馈。特别地，触觉组件940防止或允许用户的与虚拟空间中的虚拟对象接触的一部分的物理运动。例如，如果用户的手指与虚拟空间中的虚拟对象(例如，虚拟壁)接触，则触觉组件940防止用户手指沿穿过虚拟空间中的虚拟对象的方向移动的物理移动。因此，用户可以接收与虚拟对象接触的感知。
在一个实施方式中，触觉反馈信号表示要被致动的触觉组件940的位置或一部分，并且触觉组件940的位置或该部分的致动量用于提供触觉反馈。在这个实施方式中，通过例如控制台910根据对应于触觉组件940的物理位置的触觉组件940的虚拟位置以及虚拟空间中的虚拟对象的虚拟位置来确定致动量。触觉组件940根据由触觉反馈信号表示的致动量提供用户触摸虚拟对象的触觉感觉。
定位器970是位于相对于彼此且相对于触觉组件940上的触觉组件940的特定参考点的触觉组件940上的特定位置的对象。除了定位器970是触觉组件940的一部分以外，定位器970基本上类似于定位器920。另外，在一些实施方式中，触觉组件940的外表面或其他部分在光波长的可见频带中是不透明的。因此，定位器970可以在外表面(其在IR频带中透明但在可见频带中不透明)下方发射IR频带中的光。
位置传感器975响应于触觉组件940的运动而生成一个或多个测量信号。除了位置传感器975是触觉组件940的一部分以外，位置传感器975基本上类似于位置传感器925。位置传感器975可以位于IMU 980的外部、IMU 980的内部、或者它们的某种组合。
基于来自一个或多个位置传感器975的一个或多个测量信号，IMU 980生成触觉组件940的快速校准数据，该快速校准数据表示相对于触觉组件940的初始位置的触觉组件940的估计位置。例如，位置传感器975包括测量平移运动(前/后、上/下、左/右)的多个加速度计和测量触觉组件940的旋转运动(例如，倾斜、偏转、滚动)的多个陀螺仪。在一些实施方式中，IMU 980快速地采样测量信号并且根据采样数据计算触觉组件940的估计位置。例如，IMU 980对从加速度计接收的测量信号在时间上积分以估计速度矢量，并且对速度矢量在时间上积分以确定触觉组件940的参考点的估计位置。可替换地，IMU 980将采样的测量信号提供给控制台910，该控制台910确定触觉组件940的快速校准数据。触觉组件940的参考点是可用于描述触觉组件940的位置的点。尽管触觉组件940的参考点通常可以被定义为空间点；然而，实际上触觉组件940的参考点被定义为触觉组件940内的点(例如，IMU 980的中心)。
IMU 980从控制台910接收触觉组件940的一个或多个校准参数。如以下进一步讨论的，触觉组件940的一个或多个校准参数用于维持对触觉组件940的跟踪。基于所接收的触觉组件940的校准参数，IMU 980可以调节一个或多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施方式中，触觉组件940的某些校准参数使得IMU 980更新触觉组件940的参考点的初始位置，因此它对应于触觉组件940的参考点的下一个校准位置。将触觉组件940的参考点的初始位置更新为触觉组件940的参考点的下一校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。
控制台910根据从成像装置935、头戴设备905和触觉组件940中的一个或多个接收的信息将媒体提供至头戴设备905以呈现给用户。在图1中示出的实例中，控制台910包括应用存储器945、跟踪模块950和虚拟现实(VR)引擎955。控制台910的一些实施方式具有与结合图1描述的那些模块不同的模块。类似地，可以以与在此描述的方式不同的方式在控制台910的部件中分配以下进一步描述的功能。
应用存储器945存储由控制台910执行的一个或多个应用。应用是一组指令，该指令在由处理器执行时生成用于呈现给用户的内容。由应用生成的内容可以响应于经由头戴设备905或触觉组件940的运动从用户接收的输入。应用的实例包括：游戏应用、会议应用、视频播放应用、或者其他合适的应用。
跟踪模块950使用一个或多个校准参数来校准VR系统100，并且可调节一个或多个校准参数以减少确定头戴设备905的位置的误差。例如，跟踪模块950调整成像装置935的焦点以获得针对头戴设备905上观察的定位器的更精确的位置。此外，由跟踪模块950执行的校准还考虑从IMU 930接收的信息。另外，如果头戴设备905的跟踪丢失(例如，成像装置935失去至少阈值数量的定位器920的视线)，则跟踪模块950重新校准系统环境100中的一些或全部。
跟踪模块950使用来自成像装置935的慢速校准信息跟踪头戴设备905的移动。跟踪模块950使用从慢速校准信息和头戴设备905的模型观察的定位器确定头戴设备905的参考点的位置。跟踪模块950还使用来自快速校准信息的位置信息来确定头戴设备905的参考点的位置。另外，在一些实施方式中，跟踪模块950可以使用快速校准信息、慢速校准信息或它们的某些组合的部分，预测头戴设备905的未来位置。跟踪模块950将头戴设备905的估计或预测的未来位置提供至VR引擎955。
VR引擎955执行系统环境100内的应用并且从跟踪模块950接收头戴设备905的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置、或它们的某种组合。基于所接收的信息，VR引擎955确定内容以提供给头戴设备905以呈现给用户。例如，如果所接收的信息指示用户已经向左看，则VR引擎955生成头戴设备905的在虚拟环境中镜像用户移动的内容。另外的，VR引擎955响应于从触觉组件940接收的动作请求在控制台910上执行的应用内执行动作并且将执行该动作的反馈提供给用户。所提供的反馈可以是经由头戴设备905的视觉或听觉反馈或者经由触觉组件940的触觉反馈。
附加配置信息
已经出于说明的目的呈现了本公开内容的实施方式的以上描述；该描述不旨在穷举的或者也不是将本公开内容限制为所公开的精确形式。相关领域的技术人员应理解，根据上述公开内容，可以做出许多修改和变化。
本说明书的一些部分从信息运算的算法和符号表示的角度描述了本公开内容的实施方式。这些算法描述和表示通常由数据处理领域的技术人员使用，以便将他们的工作实质有效传达给本领域的其他技术人员。当被描述为功能性的、计算性的或逻辑性的时，这些运算被理解为由计算机程序或等同电路、微码等实现。此外，有时把这些运算的安排称为模块也是方便的，并且不失其一般性。所描述的运算及其关联模块可体现在软件、固件、硬件或它们的任意组合中。
本文中描述的任何步骤、操作或过程可利用一个或多个硬件或软件模块单独或与其他装置组合执行或实现。在一个实施方式中，软件模块利用计算机程序产品实现，该计算机程序产品包括包含计算机程序代码的计算机可读介质，该程序代码可通过用于执行描述的任何或所有步骤、操作或过程的计算机处理器执行。
本公开内容的实施方式还可涉及一种用于执行本文中的操作的设备。出于需要之目的，可特别构造该设备，和/或该设备可包括由存储在计算机中的计算机程序选择性激活或者重新配置的通用计算装置。这种计算机程序可被存储在非易失性的、有形的计算机可读存储介质中或者适用于存储电子指令的可耦接至计算机系统总线的任何类型的介质中。此外，本说明书中所提及的任何计算系统可包括单个处理器或者可以是采用多处理器设计以增强计算能力的结构。
本公开内容的实施方式还可以涉及由本文中所描述的计算过程产生的产品。这种产品可包括由计算过程产生的信息，其中，信息存储在非易失性的、有形的计算机可读存储介质中并且可包括本文中描述的计算机程序产品或其他数据组合的任何实施方式。
最后，主要出于可读性和指导性之目的选择本说明书中使用的语言，并且选择其不是为了划定或者限制本发明的主题。因此，本公开内容的范围并不旨在由具体实施方式来限定，而是由基于具体实施方式的本申请所发布的任何权利要求来限定。因此，实施方式的公开内容旨在是说明性的，而非限制所附权利要求中阐述的本公开内容的范围。

Claims (35)

1.一种用于向用户提供触觉反馈的电子装置，包括：
柔性衬底，所述柔性衬底被配置为由用户穿戴；
弹性体层，所述弹性体层由所述柔性衬底支撑，所述弹性体层包括基于流体的致动器；
感测层，所述感测层由所述柔性衬底支撑并且位于所述弹性体层和所述柔性衬底之间，所述感测层包括一个或多个基于非流体的部件，所述基于非流体的部件包括至少一个伸展敏感的掺杂聚合物传感器，所述至少一个伸展敏感的掺杂聚合物传感器：(i)对拉伸敏感，并且(ii)响应于被伸展而生成电势变化，所述至少一个伸展敏感的掺杂聚合物传感器经由电流体接头与一个或多个所述基于流体的致动器耦接；以及
电子电路，所述电子电路被配置为操作所述弹性体层的所述基于流体的致动器。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述柔性衬底包括将由用户穿戴的手套的衬底；其中，所述感测层被配置为在所述手套由用户穿戴时感测用户的手的移动。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述柔性衬底包括以下项中的至少一个：聚合物材料或织物布。
4.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述弹性体层包括通道，所述通道用于沿着所述弹性体层的至少一部分传输流体以用于所述基于流体的致动器的操作。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述弹性体层包括流体通孔，所述流体通孔用于跨所述弹性体层的至少一部分传输流体以用于所述基于流体的致动器的操作。
6.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述感测层还包括弹性体，所述弹性体具有用于基于流体的感测和路由电路的操作的通道；并且其中，所述感测层的所述基于非流体的部件包括以下项中的至少一个：弹性体电阻感测电路或弹性体电容感测电路。
7.根据权利要求1所述的电子装置，其中，每个所述基于流体的致动器是气动控制的；并且其中，每个所述基于流体的致动器被配置为在用户的皮肤的一部分处提供剪切变形。
8.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述至少一个伸展敏感的掺杂聚合物传感器包括弯曲传感器，所述弯曲传感器被配置为在所述柔性衬底由用户穿戴时感测用户的手或手指中的至少一个的弯曲移动。
9.一种用于向用户提供触觉反馈的触觉装置，包括：
柔性衬底，所述柔性衬底被配置为由用户的手穿戴；
弹性体层，所述弹性体层由所述柔性衬底支撑，所述弹性体层包括用于向用户提供流体触觉反馈的基于流体的致动器；
感测层，所述感测层由所述柔性衬底支撑，所述感测层包括伸展敏感的基于流体的感测电路或伸展敏感的基于非流体的感测电路中的至少一个，所述伸展敏感的基于流体的感测电路或所述伸展敏感的基于非流体的感测电路：(i)被配置为响应于在用户的手或手指中的至少一个移动时被伸展而生成电势变化，并且(ii)经由电流体界面耦接至所述弹性体层的一个或多个所述基于流体的致动器；以及
电子电路，所述电子电路被配置为操作所述弹性体层的所述基于流体的致动器。
10.根据权利要求9所述的触觉装置，其中，所述感测层包括所述伸展敏感的基于流体的感测电路和所述伸展敏感的基于非流体的感测电路二者，其中，所述伸展敏感的基于非流体的感测电路包括掺杂聚合物传感器。
11.根据权利要求9所述的触觉装置，其中，所述流体触觉反馈包括触摸虚拟对象的触觉感觉。
12.一种虚拟现实系统，包括：
虚拟现实头戴设备，所述虚拟现实头戴设备被配置为在虚拟现实环境、增强现实环境、混合现实环境或其组合中显示虚拟对象；
触觉手套，所述触觉手套包括：
弹性体层，所述弹性体层包括用于向所述虚拟现实系统的用户提供流体触觉反馈的基于流体的致动器；以及
感测层，所述感测层包括伸展敏感的基于流体的感测电路或伸展敏感的基于非流体的感测电路中的至少一个，所述伸展敏感的基于流体的感测电路或所述伸展敏感的基于非流体的感测电路：(i)被配置为响应于在用户的手或手指中的至少一个移动时被伸展而生成电势变化，并且(ii)经由电流体界面耦接至所述弹性体层的一个或多个所述基于流体的致动器；以及
电子电路，所述电子电路被配置为基于由所述虚拟现实头戴设备提供的数据来操作所述触觉手套的所述弹性体层的所述基于流体的致动器。
13.根据权利要求12所述的虚拟现实系统，其中，所述虚拟现实头戴设备被配置为向所述触觉手套发送指令以操作所述弹性体层的所述基于流体的致动器，以提供与用户在所述虚拟现实头戴设备上观看的虚拟对象交互的感觉。
14.根据权利要求12所述的虚拟现实系统，还包括成像装置，所述成像装置被配置为捕捉图像，所述图像包括在以下项中的至少一个上的定位器的位置：所述虚拟现实头戴设备或触觉手套。
15.根据权利要求12所述的虚拟现实系统，其中，所述触觉手套的所述感测层包括伸展敏感的掺杂聚合物。
16.根据权利要求12所述的虚拟现实系统，其中：
所述触觉手套还包括电子电路层，所述电子电路层包括电子电路；以及
所述电子电路层物理耦接至以下项中的至少一个：所述弹性体层或所述感测层。
17.一种用于与人工现实环境中的虚拟对象交互的可穿戴手套，所述可穿戴手套包括：
织物材料，所述织物材料被配置为穿戴在用户的手上；
由弹性聚合物制成的基体，所述基体包括多个空隙，每个相应的空隙：(i)包括至少一个流体致动器，并且(ii)不与包括在所述基体中的所述多个空隙中的位置相邻的空隙流体耦接；
至少一个非流体致动器，所述至少一个非流体致动器位于所述可穿戴手套内的所述织物材料上方，所述至少一个非流体致动器被配置为在所述织物材料被穿戴在用户的手上时限制用户的手指中的一个的移动；以及
一个或多个位置传感器，所述一个或多个位置传感器被配置为监测用于确定所述可穿戴手套在三维空间内的位置的位置数据，
其中，可穿戴手套被配置为控制所述至少一个流体致动器和所述至少一个非流体致动器，以基于相比于所述人工现实环境中虚拟对象的相应位置的所述可穿戴手套的位置，模拟所述人工现实环境中的现实世界交互。
18.根据权利要求17所述的可穿戴手套，还包括：
腱，当外衬底被穿戴在用户的手上时，所述腱定位成邻近用户的手的手指上的关节，所述腱被配置为变硬以限制用户的手指的移动。
19.根据权利要求18所述的可穿戴手套，其中，所述腱是包围一定体积的空气的可膨胀的腱，并且所述腱被配置为通过用空气使所述腱膨胀而变硬。
20.根据权利要求18所述的可穿戴手套，其中，所述腱是多个腱中的一个，所述多个腱中的每个相应的腱：(i)定位成邻近用户的手的相应关节，并且(ii)被配置为以与所述多个腱中的其他相应的腱协同的方式硬化，以限制用户的手指在多个关节处的移动。
21.根据权利要求17所述的可穿戴手套，其中，所述非流体致动器是卡纸致动器，所述卡纸致动器被配置为防止所述可穿戴手套的一部分膨胀超过一定的长度，以模拟用户触摸物理世界中的物体时发生的物理感觉。
22.根据权利要求17所述的可穿戴手套，其中所述多个空隙中的每个相应空隙包括至少一个流体致动器，所述流体致动器被配置为改变存在于单独的可膨胀气囊内的流体的体积，所述单独的可膨胀气囊与所述至少一个流体致动器流体连通。
23.根据权利要求22所述的可穿戴手套，其中，存在于所述单独的可膨胀气囊内的所述流体的体积的相应变化被配置为导致限制所述可穿戴手套的一部分的物理移动。
24.根据权利要求22所述的可穿戴手套，其中，存在于所述单独的可膨胀气囊内的所述流体的体积的相应变化被配置为诱导在所述可穿戴手套的一部分中的物理移动。
25.根据权利要求22所述的可穿戴手套，其中，存在于所述单独的可膨胀气囊内的所述流体的体积的相应变化被配置为在所述可穿戴手套的一部分处产生振动触觉反馈。
26.根据权利要求17所述的可穿戴手套，其中，所述多个空隙中的每个相应空隙由不同于制成所述基体的所述弹性聚合物的材料制成。
27.根据权利要求17所述的可穿戴手套，其中：
所述基体包含在位于所述可穿戴手套内的所述织物材料上方的衬底中。
28.根据权利要求17所述的可穿戴手套，其中，所述可穿戴手套被配置为无线耦接至人工现实控制台并且从所述控制台接收指令，所述指令指示用户的手指中的一个的移动应基于用户的手与所述人工现实环境中的虚拟对象的交互而被限制在某个值。
29.根据权利要求17所述的可穿戴手套，其中，所述至少一个流体致动器是气动控制的。
30.根据权利要求17所述的可穿戴手套，还包括：
弯曲传感器，所述弯曲传感器被配置为在外衬底被用户穿戴时感测用户的手指中的一个处的弯曲移动。
31.根据权利要求30所述的可穿戴手套，其中，所述弯曲传感器是流体部件，所述流体部件通过响应于物理弯曲移动而在所述弯曲传感器内所测量的流体压力的变化来感测物理弯曲移动。
32.一种用于与人工现实环境中的虚拟对象交互的可穿戴手套，所述可穿戴手套包括：
织物材料，所述织物材料被配置为穿戴在用户的手上；
由弹性聚合物制成的基体，所述基体包括多个空隙，每个相应的空隙：(i)包括至少一个流体致动器，并且(ii)不与包括在所述基体中的所述多个空隙中的位置相邻的空隙流体耦接；
腱，当外衬底被穿戴在用户的手上时，所述腱定位成邻近用户的手指上的关节，所述腱被配置为变硬以限制用户的手指的移动；以及
一个或多个位置传感器，所述一个或多个位置传感器被配置为监测用于确定所述可穿戴手套在三维空间内的位置的位置数据，
其中，所述可穿戴手套被配置为控制所述至少一个流体致动器和所述腱，以基于相比于所述人工现实环境中虚拟对象的相应位置的所述可穿戴手套的位置，模拟所述人工现实环境中的现实世界交互。
33.根据权利要求32所述的可穿戴手套，其中，所述腱是包围一定体积的空气的可膨胀的腱，并且所述腱被配置为通过用空气使所述腱膨胀而变硬。
34.根据权利要求32所述的可穿戴手套，其中，所述腱是多个腱中的一个，所述多个腱中的每个相应的腱：(i)定位成邻近用户的手的相应关节，并且(ii)被配置为以与所述多个腱中的其他相应的腱协同的方式硬化，以限制用户的手指在多个关节处的移动。
35.一种用于与人工现实环境中的虚拟对象交互的可穿戴手套，所述可穿戴手套包括：
织物材料，所述织物材料被配置为穿戴在用户的手上；
由弹性聚合物制成的基体，所述基体包括多个空隙，每个相应的空隙：(i)包括至少一个流体致动器，并且(ii)不与包括在所述基体中的所述多个空隙中的位置相邻的空隙流体耦接；
弯曲传感器，所述弯曲传感器被配置为在外衬底被用户穿戴时感测用户的手指中的一个处的弯曲移动，
一个或多个位置传感器，所述一个或多个位置传感器被配置为监测用于确定所述可穿戴手套在三维空间内的位置的位置数据，
其中，所述可穿戴手套被配置为控制所述至少一个流体致动器，以基于(i)相比于所述人工现实环境中虚拟对象的相应位置的所述可穿戴手套的位置和(ii)由所述弯曲传感器感测的所述弯曲移动，来模拟所述人工现实环境中的现实世界交互。
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