IT202200025371A1 - Soletta sensorizzata per scarpe - Google Patents

Description

SOLETTA SENSORIZZATA PER SCARPE

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione riguarda una soletta sensorizzata per scarpe.

STATO DELL'ARTE

L?analisi dell?andatura e della postura sono molto importanti nel settore sanitario per via della stretta relazione tra l?andatura, la postura con alcune malattie ed il loro progredire. Ad esempio, il controllo in tempo reale dell?andatura di un malato di Parkinson permette di monitorare il progresso della malattia.

Inoltre, l?analisi dell?andatura ? diventato un aspetto importante nel settore sportivo, in particolare agonistico. Infatti, un?analisi dell?andatura permette di correggere eventuali difetti nell?andatura dell?atleta, migliorandone le prestazioni.

Allo scopo di fornire informazioni sull?andatura di un soggetto, sono state proposte in letteratura diverse soluzioni comprendenti solette sensorizzate.

Un primo esempio di soletta sensorizzata ? noto dall?articolo [1], di Gonz?lez et al. In questa soluzione quattro sensori sensibili alle forze (Force Sensitive resistors, FSR) sono applicati sulla superficie inferiore di una soletta tradizionale. Ciascuno dei quattro sensori FSR presenta una struttura allungata alle cui estremit? sono saldati dei fili elettrici di un cavo piatto. Il cavo piatto ? a sua volta collegato ad un?unit? di misura inerziale (Inertial measurement Unit, IMU) che analizza i dati e li trasmette ad un dispositivo mobile mediante connessione bluetooth.

Un altro esempio di soletta sensorizzata ? noto dall?articolo [2], di Oerbekke and et al. In questo articolo viene descritta la soletta sensorizzata OpenGo, commercializzata dalla societ? tedesca Moticon. La soletta ? costituita da diversi strati sovrapposti. Andando in ordine dall?alto verso il basso, sono presenti uno strato superiore, uno strato di massa, uno strato dielettrico, uno strato di supporto dei sensori, ed uno strato inferiore provvisto di un intaglio in cui si inserisce un modulo elettronico in grado di leggere i dati dei sensori e trasmetterli ad una applicazione per dispositivi mobili, quali ad es. smartphone. L?articolo non entra nel merito dei collegamenti elettrici tra elettronica e sensori.

Dall?articolo [3] ? nota una soletta sensorizzata e flessibile per scarpe. La soletta presenta uno strato piezoelettrico in fluoruro di polivinilidene (PVDF) su cui sono posizionati 24 elettrodi di rame quadrati incisi (etched) su due substrati di poliimmide che chiudono in un sandwich lo strato in FVDF. Per proteggere gli elettrodi, sono previsti due strati esterni in polietilene tereftalato (PET).

Gli strati in poliimmide che alloggiano i sensori e le tracce elettriche della soletta sono flessibili, ma non estensibili, il che costituisce un limite quando il materiale ? utilizzato in una soletta e soggetto a stress importanti dovuti alla camminata. Inoltre, questa soluzione presenta il limite che i sensori piezoelettrici utilizzati non hanno la capacit? di misurare con precisione la pressione in condizioni statiche. Nel dettaglio, i sensori piezoelettrici utilizzano materiali che possono generare una carica elettrica sulla superficie se sottoposti a pressione. Tuttavia, questa carica si dissipa nel tempo, il che significa che, col trascorrere del tempo, il sensore perde la capacit? di misurare la pressione statica. Sebbene la pressione sulla soletta sia una quantit? che varia continuamente durante attivit? dinamiche come la camminata, in alcune situazioni (ad esempio controllo della capacit? di un soggetto a restare fermo) potrebbe essere utile misurare la pressione statica nel tempo; cosa che quindi non sarebbe possibile con la tecnologia piezoelettrica.

Dall?articolo [4] ? noto un sensore capacitivo flessibile adatto ad essere inserito in una soletta per l?analisi continua di un segnale di camminata. Questo articolo, tuttavia, non spiega come integrare l'elettronica di acquisizione del segnale nella soletta. Il sensore ? realizzato utilizzando un materiale flessibile, ma non estensibile, e ci? potrebbe comportare problemi di robustezza quando fortemente sollecitato. Il sensore, inoltre, presenta una frequenza di acquisizione del segnale molto bassa (circa 0,1-0,5 Hz). In considerazione di ci?, il dispositivo presentato nell'articolo pu? essere utilizzato per la stima delle calorie come proposto dagli autori, ma non lo rende idoneo al monitoraggio della distribuzione della pressione durante l'attivit? di deambulazione.

In aggiunta a quanto sopra rilevato, i segnali generati dai sensori delle solette sensorizzate proposte sono perturbati da rumore elettronico, in particolare dovuto al funzionamento degli altri sensori e/o delle piste elettriche della soletta sensorizzata nonch? da eventuali sorgenti di radiazioni elettromagnetiche esterne alla soletta sensorizzata ? per esempio, dispositivi portatili personali in grado di generare onde elettromagnetiche come smartphone e/o wearables traspostati o indossati da un utente.

Il rumore elettronico si sovrappone al segnale utile generato dai sensori riducendo la sensibilit? complessiva della soletta sensorizzata, limitando le informazioni utili estraibili dai segnali generati dalla soletta sensorizzata e, di conseguenza, l?analisi dell?andatura dell?utente basata sui segnali generati dalla soletta sensorizzata.

SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

? scopo della presente invenzione quello di superare gli inconvenienti dell?arte nota.

In particolare, ? scopo della presente invenzione presentare una soletta sensorizzata resistente al rumore elettronico.

Inoltre, ? scopo della presente invenzione presentare una soletta in grado di resistere agli stress meccanici associati all?azione di camminare, correre, rimanere in posizione eretta, ecc. eseguiti da un utente della stessa.

? anche scopo della presente invenzione presentare un sistema comprendente una soletta sensorizzata che permetta un?analisi accurata dell?andatura, dello stress articolare e della stima dello sforzo fisico eseguito dall?utente.

Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante una soletta sensorizzata incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione.

Un primo aspetto della presente invenzione riguarda una soletta sensorizzata, adatta ad essere posta su un plantare di calzatura. La soletta sensorizzata comprende un piano sensori, uno strato dielettrico, e un piano di massa. Lo strato dielettrico separa il piano di massa dal piano sensori. In uso una compressione dello strato dielettrico provoca una variazione di capacit? tra il piano di massa e almeno una di una pluralit? di piazzole sensoriali formate in uno strato sensori del piano sensori. Ciascuna piazzola sensoriale ? elettricamente collegata a un rispettivo terminale elettrico per mezzo di una pista, o traccia, di materiale conduttivo.

Il piano sensori comprende, inoltre, uno strato di schermatura separato dallo strato sensori da uno strato di supporto in materiale flessibile. Il piano sensori ? disposto in modo che lo strato di schermatura sia interposto tra lo strato sensori e lo strato dielettrico.

Lo strato di schermatura comprende una pluralit? di fori passanti, una pluralit? di primi elementi di schermatura e una pluralit? di secondi elementi di schermatura. Ciascun foro passante ha una forma e dimensione sostanzialmente corrispondente a una rispettiva piazzola sensoriale ed ? sovrapposto in pianta alla corrispondente piazzola sensoriale. Ciascun primo elemento di schermatura circonda un rispettivo foro passante. Infine, ciascun secondo elemento di schermatura collega un rispettivo primo elemento di schermatura a un terminale elettrico ed ? sovrapposto in pianta a una corrispondente pista.

Preferibilmente, i secondi elementi di schermatura e le piste hanno una forma a meandri. Per esempio, i secondi elementi di schermatura e le piste sono strisce di materiale metallico, per esempio rame, comprendenti una pluralit? di meandri.

Grazie alla struttura del piano sensori sopra descritta la soletta sensorizzata ? in grado di generare un segnale affidabile senza influire sulla postura e sull?andatura di un utente che utilizza la soletta in una calzatura.

In particolare, lo strato di schermatura della soletta sensorizzata permette di schermare in modo efficace radiazioni elettromagnetiche che investono la soletta sensorizzata o da interferenze elettromagnetiche generate da variazioni di capacit? associate a piazzole adiacenti, con ci? evitando che i segnali generati dalla soletta siano sommersi da rumore elettronico. Inoltre, la struttura dello strato di schermatura della soletta secondo la presente invenzione permette di ottenere questa resistenza al rumore elettronico senza limitare la mobilit? del piede n? ridurre il comfort dell?utente. Infatti, lo strato di schermatura comprende un numero di tracce metalliche limitato che non ostacolano la deformazione della soletta e, di conseguenza, il movimento del piede dell?utente.

In una forma di realizzazione, lo strato sensori comprende anche una pluralit? di terzi elementi di schermatura. Ciascuno di questi terzi elementi di schermatura circonda una rispettiva piazzola sensoriale. Preferibilmente, ogni terzo elemento di schermatura ? sovrapposto in pianta a un corrispondente primo elemento di schermatura dello strato di schermatura e, ancora pi? preferibilmente, ne ha forma e dimensioni corrispondenti allo stesso.

In aggiunta, quarti elementi di schermatura collegano un rispettivo terzo elemento di schermatura a un terminale elettrico di schermatura. Vantaggiosamente, coppie di quarti elementi di schermatura sono poste a lati opposti di almeno una pista di materiale conduttivo.

Grazie a queste caratteristiche ? possibile schermare ancora pi? efficacemente il segnale prodotto dalla soletta da interferenze elettromagnetiche sia esterne sia interne.

In una forma di realizzazione, lo strato sensori comprende una pluralit? di linee conduttive elettricamente connesse alla pluralit? di secondi e quarti elementi di schermatura. Vantaggiosamente, la pluralit? di linee conduttive forma ? eventualmente, assieme alla pluralit? di terzi e quarti elementi di schermatura ? una pluralit? di maglie su almeno una porzione della superficie dello strato sensori.

In aggiunta o in alternativa, lo strato di schermatura comprende una pluralit? di linee conduttive elettricamente connesse alla pluralit? di primi e secondi elementi di schermatura. Vantaggiosamente, la pluralit? di linee conduttive forma una pluralit? di maglie su almeno una porzione della superficie dello strato di schermatura ? eventualmente, le maglie sono formate da una o pi? linee conduttive e una o pi? della pluralit? di primi e/o secondi elementi di schermatura.

La formazione di maglie per mezzo di piste conduttive permette di aumentare sensibilmente la resistenza a disturbi elettromagnetici senza compromettere la deformabilit? della soletta.

In una forma di realizzazione, lo strato sensori comprende ulteriormente una prima linea conduttiva perimetrale, una seconda linea conduttiva perimetrale, una terza linea conduttiva perimetrale e una pluralit? di ulteriori linee conduttive. La prima linea conduttiva perimetrale circonda almeno parte delle piazzole sensoriali ed ? elettricamente connessa alla pluralit? di linee conduttive e al terminale elettrico di schermatura. Le linee conduttive perimetrali seconda e terza sono sostanzialmente parallele alla prima linea conduttiva perimetrale e la terza linea conduttiva perimetrale circonda la seconda linea conduttiva perimetrale che, a sua volta, circonda la prima linea conduttiva perimetrale. Entrambe le linee conduttive perimetrali seconda e terza sono elettricamente collegate a un terminale di riferimento. Inoltre, le ulteriori linee conduttive dello strato sensori sono elettricamente collegate le linee conduttive perimetrali seconda e terza e formano ? eventualmente, con le linee conduttive perimetrali seconda e terza ? una pluralit? di maglie tra le stesse.

In aggiunta o in alternativa, lo strato di schermatura comprende una quarta linea conduttiva perimetrale, una quinta linea conduttiva perimetrale, una sesta linea conduttiva perimetrale e una pluralit? di ulteriori linee conduttive. La quarta linea conduttiva perimetrale circonda almeno parte dei fori passanti ed ? elettricamente connessa alla pluralit? di linee conduttive e al rispettivo terminale elettrico di schermatura. Le linee conduttive perimetrali quinta e sesta sono sostanzialmente parallele alla quarta linea conduttiva perimetrale. Analogamente a quanto sopra descritto, la sesta linea conduttiva perimetrale circonda la quinta linea conduttiva perimetrale che, a sua volta, circonda la quarta linea conduttiva perimetrale. Sia la quinta linea conduttiva perimetrale sia la sesta linea conduttiva perimetrale sono elettricamente collegate a un terminale di riferimento. Inoltre, le ulteriori linee conduttive dello strato di schermatura sono elettricamente collegate alle linee conduttive perimetrali quinta e sesta, e formano ? eventualmente, con linee conduttive perimetrali quinta e sesta ? una pluralit? di maglie tra le stesse.

Preferibilmente, le linee conduttive perimetrali e/o le linee conduttive dello strato sensori e dello strato di schermatura sono formate in modo da essere sovrapposte in pianta.

L?aggiunta di una o entrambe queste strutture collegate a un terminale di riferimento permettono di aumentare ulteriormente la robustezza al rumore elettronico interno o esterno alla soletta sensorizzata, senza limitare la deformabilit? della soletta sensorizzata.

In una forma di realizzazione, la soletta sensorizzata comprende pi? di uno strato sensori e di un corrispondente strato di schermatura. Vantaggiosamente le piazzole sensoriali di ciascuno strato sensori ? e, di conseguenza, i fori passanti del corrispondente strato di schermatura ? sono disposti in posizioni differenti della soletta ? vista in pianta.

Questa struttura multistrato permette di aumentare notevolmente il numero di misure eseguite dalla soletta, senza compromettere la deformabilit? o la resistenza al rumore elettronico della stessa.

Un differente aspetto della presente invenzione riguarda un sistema di analisi. Il sistema di analisi comprende almeno una soletta sensorizzata secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione sopra descritte e un sistema di elaborazione. In dettaglio, il sistema di elaborazione comprende un modulo di acquisizione e un modulo di elaborazione dati. Il modulo di acquisizione ? connesso a ciascun terminale elettrico della soletta sensorizzata ed ? adatto a ricevere segnali generati dalla soletta sensorizzata durante la compressione della stessa e a convertire detti segnali in corrispondenti segnali digitale. Inoltre, il modulo di elaborazione dati ? adatto a ricevere i segnali digitali ed elaborarli per fornire informazioni su una postura e/o un?andatura di un corrispondente utente.

Il sistema di analisi permette di effettuare un?analisi accurata della postura e/o dell?andatura di un utente in modo efficiente. In particolare, la qualit? dei segnali ? in termini di rapporto segnale-rumore ? forniti dalla soletta sensorizzata permette di rilassare le specifiche del modulo di acquisizione e la precisione delle analisi eseguite. Vantaggiosamente, la deformabilit? della soletta sensorizzata non compromette la postura e/o l?andamento dell?utente cosa che porta ad acquisire dati non alterati e, quindi, ottenere analisi della postura e/o dell?andamento pi? affidabili.

Ulteriori caratteristiche e scopi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

L?invenzione verr? descritta qui di seguito con riferimento ad alcuni esempi forniti a scopo esplicativo e non limitativo illustrati nelle figure annesse.

In tali disegni:

- la Figura 1 ? una vista dall?altro schematica di una soletta sensorizzata secondo una forma di realizzazione della presente invenzione collegata a un sistema di elaborazione;

- la Figure 2 ? una sezione laterale schematica della soletta sensorizzata di Figura 1;

- la Figura 3A ? una vista dall?alto di un piano sensori del circuito elettrico compreso nella soletta sensorizzata di Figura 1;

- la Figura 3B ? una vista ingrandita di una porzione del piano sensori di Figura 3A compresa nel riquadro B indicato nella Figura 3A;

- la Figura 3C ? una e vista ingrandita di una porzione del piano sensori di Figura 3A compresa nel riquadro C indicato nella Figura 3A;

- la Figura 4A ? una vista dall?alto di un piano di schermatura del circuito elettrico compreso nella soletta sensorizzata di Figura 1;

- la Figura 4B ? una vista ingrandita di una porzione del piano di schermatura di Figura 4A compresa nel riquadro B indicato nella Figura 4A;

- la Figura 5 ? una vista dall?alto di porzioni di tracce conduttive a meandri utilizzate nella soletta sensorizzata secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la Figura 6A ? una vista dall?alto di una parte di una soletta sensorizzata secondo una forma di realizzazione alternativa comprendente due livelli di sensori, e

- la Figura 6B ? un esploso qualitativo dei piani sensori e di schermatura del circuito elettrico multistrato della soletta sensorizzata di Figura 6A.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE

Mentre l?invenzione ? suscettibile di varie modifiche alternative, alcune forme di realizzazione preferite saranno descritte qui di seguito in dettaglio. Si deve intendere, comunque, che non vi ? alcuna intenzione di limitare l?invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l?invenzione intende coprire tutte le modifiche ed equivalenti che ricadano nell?ambito dell?invenzione come definito nelle rivendicazioni.

Se non diversamente definito, tutti i termini dell?arte, notazioni e altri termini scientifici qui utilizzati sono destinati ad avere i significati comunemente compresi da coloro che sono esperti nella tecnica a cui questa descrizione appartiene. In alcuni casi, termini con significati comunemente compresi sono qui definiti per chiarezza e/o per pronto riferimento; l?inserimento di tali definizioni nella presente descrizione non deve quindi essere interpretata come rappresentativa di una differenza sostanziale rispetto a quanto ? generalmente compreso nell?arte.

I termini ?comprendente?, ?avente?, ?includente? e ?contenente? sono da intendersi come termini aperti (cio? il significato ?comprendente, ma non limitato a?) e sono da considerarsi come un supporto anche per termini come ?consistere essenzialmente di?, ?consistente essenzialmente di?, ?consistere di? o ?consistente di?.

L?uso di ?ad esempio?, ?ecc.?, ?oppure? indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato. L?uso di ?include? significa ?include, ma non limitato a? a meno che non sia altrimenti indicato.

Con riferimento alla Figura 1 viene illustrata schematicamente una soletta sensorizzata 1 secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

La soletta sensorizzata 1 ? realizzata come un elemento multistrato che comprende una pluralit? di sensori di pressione 2. La soletta sensorizzata 1 ha una forma adatta ad inserirsi in una scarpa, quindi comprende con una zona anteriore allargata, destinata a ricevere l?avampiede, rispetto alla zona posteriore, destinata a ricevere il tallone. I sensori di pressione 2 sono elettricamente collegati a un connettore 4 formato in una linguetta laterale 3 della soletta sensorizzata 1. Nell?esempio di Figura 1, nella linguetta laterale 3 della soletta 1 sono formati due connettori 4. A ciascun connettore ? collegato un sottoinsieme di dodici sensori di pressione 2 tramite opportuni cablaggi, descritti nel seguito, e omessi per semplicit? in Figura 1. Di conseguenza, ciascun connettore comprende un totale di quattordici pin (non illustrati in Figura 1, ma sostanzialmente corrispondenti ai terminali visibili in Figura 3A): un pin per ciascuno dei dodici sensori di pressione 2 collegati al connettore 4, un pin collegato a una tensione di riferimento o massa (pin di massa) e un pin collegato a una tensione di schermatura (pin di schermatura o shielding).

Come illustrato nella vista in sezione laterale schematica di Figura 2, la soletta sensorizzata 1 comprende un piano di massa 10 separato da un piano sensori 20 per mezzo di uno strato dielettrico 30 intermedio in materiale dielettrico ? per esempio il TPU nel caso considerato. Nella forma di realizzazione considerata, il piano di massa 10 comprende un foglio di tessuto conduttivo accoppiato allo strato dielettrico 30. Lo strato dielettrico 30 ? uno strato in un materiale elettricamente non conduttivo adatto a sostenere in modo confortevole la pianta del piede di un utente (non illustrato). Infine, il piano sensori 20 comprende uno strato sensori 21 (inferiore) e uno strato di schermatura 22 (superiore) accoppiati a uno strato di supporto 23

Preferibilmente, il piano sensori 20 della soletta sensorizzata 1 ? una scheda circuitale stampata (Printed Circuit Board, PCT) estensibile. Vantaggiosamente, lo strato di supporto 23 ? realizzato in materiale flessibile ed estensibile, ovvero avente capacit? non solo di flettersi, ma anche di allargarsi nel piano quando soggetto ad una forza trasversale al piano quale il peso di un essere umano.

Per esempio, in una forma di realizzazione preferita lo strato di supporto 23 ? un film in poliuretano termoplastico (TPU) a base polietere, quale ad esempio il TFL-2EA, di spessore preferibilmente inferiore a 0,5 mm. Il TFL-2EA ? morbido al tatto e possiede una eccellente capacit? di deformarsi ? in particolare, in allungarsi ? e resistenza alla trazione, inoltre ha una buona resistenza microbiologica e all'idrolisi, nonch? resistenza all'usura; ci? lo rende un materiale adatto all?applicazione.

La PCT del piano sensori 20 ? realizzata in modo noto, ossia ogni strato conduttivo ? i.e., lo strato sensori 21 e lo strato di schermatura 22 ? sono realizzati a partire da un rispettivo foglio in rame laminato allo strato di supporto 23. I circuiti degli strati sono realizzati con operazioni successive di incisione e rimozione (etching) di porzione di rame. Preferibilmente, i sensori e le piste in rame dello strato sensori 21 risultano annegati nello strato di supporto 23, garantendo cos? un elevato comfort durante l?uso della soletta sensorizzata da parte di un utente (non illustrato).

Nell?esempio considerato, il piano sensori 20 ? conformato per essere deformabile in tutte le direzioni per sostanzialmente almeno fino al 30% della sua dimensione lungo la direzione considerata. Preferibilmente, il piano sensori ? realizzato in modo da resistere a deformazioni che raggiungono fino al 50% della sua dimensione lungo la direzione considerata.

Come illustrato in Figura 1, un sistema di elaborazione 5 connesso ai connettori 4 ? in grado di ricevere i segnali generati dai sensori di pressione 2 della soletta sensorizzata 1 durante l?utilizzo della stessa al fine di elaborare le informazioni generate dalla soletta sensorizzata 1.

Il sistema di elaborazione 5 comprende un modulo di acquisizione 51 e un modulo di elaborazione dati. Il modulo di acquisizione 51 riceve i segnali generati dai sensori di pressione 2 e li converte in un segnale digitale che poi modulo di elaborazione dati 52 elabora in modo predefinito al fine di fornire informazioni utili per l?analisi della postura e/o andatura di un corrispondente utente (non illustrato).

Per esempio, il modulo di acquisizione 51 comprende ? in modo non limitativo ? uno o pi? dispositivi di conversione analogico/digitale (ADC), filtri, amplificatori ecc. Mentre, il modulo di elaborazione 52 comprende ? in modo non limitativo ? uno o pi? processori, DSP, FPGA, ASIC, ecc. configurate per eseguire l?elaborazione dei segnali desiderata.

Nell?esempio considerato, il modulo di acquisizione 51 comprende una coppia di dispositivi di conversione analogico/digitale (non illustrati), ciascuno connesso a un rispettivo connettore 4 della soletta sensorizzata 1. I dispositivi di conversione analogico/digitale sono configurati per convertire segnali generati dai sensori di pressione 2 in segnali digitali e fornire una tensione di riferimento e una tensione di alimentazione alla soletta sensorizzata 1.

Tornando alla soletta sensorizzata 1, nelle forme di realizzazione della presente invenzione, il piano dei sensori 20 comprende due strati sovrapposti: uno strato sensori 21 (inferiore), illustrato schematicamente nelle Figura 3A, 3B e 3C, e uno strato di schermatura 22 (superiore), illustrato schematicamente in Figura 4A e 4B. I due strati sono sovrapposti tra loro, con lo strato di schermatura 22 posizionato sopra lo strato sensori 21 ? ossia, lo strato di schermatura 22 ? pi? vicino allo strato dielettrico 30 rispetto allo strato sensori 21.

Lo strato sensori 21, illustrato in Figura 3A e nei particolari ingranditi nelle Figure 3B e 3C comprende una pluralit? di elementi sensibili, o piazzole sensoriali 211, dei sensori di pressione 2.

Nell?esempio considerato, lo strato sensori 21 comprende una pluralit? di piazzole sensoriali 211 circolari, ventiquattro nell?esempio considerato, ciascuna collegata a un corrispondente terminale, o pin, di segnale 41 di uno dei due connettore 4 tramite una traccia conduttiva 212 a forma di meandro.

Preferibilmente, lo strato sensori 21 comprende una schermatura ad anello 213 che circonda una rispettiva piazzola sensoriale 211. La schermatura ad anello 213 ha lo scopo di fornire una protezione rafforzata da interferenze di tipo elettromagnetico dove ? pi? necessaria ? ossia, in corrispondenza delle piazzole sensoriali 211. In particolare, la schermatura ad anello 213 evita, o quantomeno attenua sensibilmente, interferenze incrociate sensore-sensore.

Inoltre, nelle forme di realizzazione della presente invenzione lo strato sensori 21 comprende almeno due elementi di schermatura in tensione, o AC shield 214, e due elementi di schermatura a massa, o GND shield 215.

Nella forma di realizzazione esemplare delle Figure 3A-3C, gli GND shield 215 dividono in due porzioni lo strato sensori 21. Queste due porzioni sono identificabili in una prima porzione, o porzione anteriore, la quale si estende da una punta della soletta sensorizzata 1 fino approssimativamente a met? della soletta sensorizzata e una seconda porzione, o porzione posteriore, la quale si estende da un tallone della soletta sensorizzata 1 fino approssimativamente a met? della soletta sensorizzata. Ciascun GND shield 215 circonda un rispettivo AC shield 214, il quale a sua volta circonda un rispettivo sottoinsieme di piazzole sensoriali 211, dodici nell?esempio considerato

Come meglio visibile in Figura 3A e nel particolare di Figura 3B, ciascun AC shield 214 comprende una linea (conduttiva) perimetrale 214a, una pluralit? di linee di isolamento 214b e una pluralit? di linee di griglia 214c.

In particolare, la linea perimetrale 214a delimita l?area dell?AC shield 214 ed ? connessa a un terminale, o pin, di schermatura 42 del connettore 4. Preferibilmente, il pin di schermatura 42 ? mantenuto a una tensione di schermatura dal sistema di elaborazione 5, in modo da polarizzare l?AC shield 214 alla tensione di schermatura. Coppie di linee di isolamento 214b isolano rispettive tracce conduttive 212 dall?AC shield 214 ? in altre parole, due linee di isolamento 214b circondano una corrispondente intera traccia conduttiva 212, rimanendo distanziate dalla stessa. Una coppia di linee di isolamento 214b contiene la rispettiva traccia conduttiva 212 dalla sua connessione alla rispettiva piazzola sensoriale 211 alla sua connessione al pin di schermatura 42 del connettore 4.

Infine, le linee di griglia 214c si estendono nello spazio delimitato dalla linea perimetrale 214a, lungo due differenti direzioni trasversali tra loro, e sono elettricamente connesse alla linea perimetrale 214a, alle linee di isolamento 214c e alle schermature ad anello 213 che circondano le piazzole sensoriali 211 comprese nello spazio delimitato dalla linea perimetrale 214a. In altre parole, le linee di griglia 214c formano una maglia di linee conduttive delimitata dalla linea perimetrale 214a.

Ciascun GND shield 215, circonda un corrispondente AC shield 214. Il GND shield 215 comprende una prima linea (conduttiva) perimetrale 215a (interna), una seconda linea perimetrale 215b (esterna) e una pluralit? di linee di griglia 215c.

La prima linea perimetrale 215a ? sostanzialmente parallela alla linea perimetrale 214a dell?AC shield 214 e distanziata dalla stessa; inoltre, la prima linea perimetrale 215a ? collegata a un terminale, o pin, di riferimento 43 (per esempio, un terminale di massa) del connettore 4.

La seconda linea perimetrale 215b ? una linea chiusa formata da una prima porzione che segue sostanzialmente una parte del perimetro della soletta sensorizzata 1 e una seconda porzione che collega tra loro i due estremi della prima porzione; inoltre, la seconda linea perimetrale 215b ? collegata al pin di massa del connettore 4.

Nella forma di realizzazione esemplare delle Figure 3A-3C, le seconde porzioni delle seconde linee perimetrali 215b dei due GND shield 215 sono parallele tra loro e comprendono una striscia conduttiva 215d di area sostanzialmente maggiore delle restanti linea degli GND shield 215 e AC shield 214. Le strisce conduttive 215d fungono da elemento di protezione da scariche elettriche e separano elettricamente i circuiti formati dai due diversi AC shield 214 e quindi i due segnali di tensione di alimentazione forniti dai convertitori analogico/digitale del modulo di acquisizione 51.

Infine, le linee di griglia 215c si estendono nello spazio tra la prima linea perimetrale 215a e la seconda linea perimetrale 215b, lungo due differenti direzioni trasversali tra loro, e sono elettricamente connesse ad entrambe le linee perimetrali 215a e 215b. In altre parole, le linee di griglia 215c formano una maglia di linee conduttive delimitata dalla prima linea perimetrale 215a e dalla seconda linea perimetrale 215b.

Anche lo strato di schermatura 22 comprende almeno due elementi di schermatura in tensione, o AC shield 224, e due elementi di schermatura a massa, o GND shield 225.

Con riferimento alle Figure 4A-4B, gli GND shield 225 dividono in due porzioni lo strato di schermatura 22. Le due porzioni corrispondono sostanzialmente alle porzioni in cui ? diviso lo strato sensori 21, ossia una prima porzione, o porzione anteriore, si estende da una estremit? anteriore della soletta sensorizzata 1 fino approssimativamente a met? della soletta sensorizzata e una seconda porzione, o porzione posteriore, si estende da un?estremit? posteriore della soletta sensorizzata 1 fino approssimativamente a met? della soletta sensorizzata. Ciascun GND shield 225 circonda un rispettivo AC shield 224, il quale a sua volta circonda un rispettivo sottoinsieme di fori passanti 226, dodici nell?esempio considerato. I fori passanti 226 sono formati nello strato di schermatura 22 in modo da corrispondere alle piazzole sensoriali 211 sullo strato sensori 21.

Ciascun AC shield 224 comprende una linea (conduttiva) perimetrale 224a, una pluralit? di linee di schermatura 224b a meandro, una pluralit? di linee di griglia 224c e una pluralit? di schermature ad anello 224d.

La linea perimetrale 224a delimita l?area dell?AC shield 224. Ciascuna linea di schermatura 224b ? conformata e disposta in modo da sovrapporsi a una rispettiva traccia conduttiva 212 formata sullo strato sensori 21 ed ? connessa a una rispettiva schermatura ad anello 224d. Ciascuna schermatura ad anello 224d circonda un rispettivo foro passante 226. La linea perimetrale 224a e le linee di schermatura 224b sono connesse a un pad 227 che ? collegato a un pin di schermatura 42 del connettore 4 formato sullo strato sensori 21 attraverso una via (non illustrata). Infine, le linee di griglia 224c si estendono nello spazio delimitato dalla linea perimetrale 224a, lungo due differenti direzioni trasversali tra loro, e sono elettricamente connesse alla linea perimetrale 224a, alle linee di schermatura 224b e alle schermature ad anello 226 comprese nello spazio delimitato dalla linea perimetrale 224a. In altre parole, le linee di griglia 224c formano una maglia di linee conduttive delimitata dalla linea perimetrale 224a.

Ciascun GND shield 225, circonda un corrispondente AC shield 224. Il GND shield 215 comprende una prima linea (conduttiva) perimetrale 225a (interna), una seconda linea perimetrale 225b (esterna) e una pluralit? di linee di griglia 225c.

La prima linea perimetrale 225a ? sostanzialmente parallela alla linea perimetrale 224a dell?AC shield 224 e distanziata dalla stessa; inoltre, la prima linea perimetrale 225a ? connessa a un pad 228 collegato al pin di massa 43 del connettore 4 formato sullo strato sensori 21 attraverso una via.

La seconda linea perimetrale 225b ? una linea chiusa formata da una prima porzione che segue sostanzialmente una parte del perimetro della soletta sensorizzata 1 e una seconda porzione che collega tra loro i due estremi della prima porzione. Anche, la seconda linea perimetrale 225b ? collegata al pin di massa del connettore 4 attraverso una via 228.

Nella forma di realizzazione esemplare delle Figure 4A-4B, le seconde porzioni delle seconde linee perimetrali 225b dei due GND shield 225 sono parallele tra loro e comprendono una striscia conduttiva 225d di area sostanzialmente maggiore delle restanti linee degli GND shield 225 e AC shield 224. Preferibilmente, ciascuna delle strisce conduttive ? formata in modo da corrispondere per dimensioni e disposizione a una rispettiva striscia conduttiva 215d degli GND shield 215 e AC shield 214 dello strato sensori.

Infine, le linee di griglia 225c si estendono nello spazio tra la prima linea perimetrale 225a e la seconda linea perimetrale 225b, lungo due differenti direzioni trasversali tra loro, e sono elettricamente connesse entrambe le linee perimetrali 225a e 225b. In altre parole, le linee di griglia 225c formano una maglia di linee conduttive delimitata dalla linea perimetrale 225a e dalla seconda linea perimetrale 225b.

La Richiedente ha determinato che le maglie definite dalle linee di griglia 214c, 215c, 224c e 225c garantiscono una schermatura elettromagnetica ottimale quando hanno una dimensione (e.g., un?area o un lato) del medesimo ordine di grandezza delle dimensioni (e.g., un?area o un diametro) dei sensori 2, o inferiori alle stesse. Diversamente, si avrebbe un effetto di schermatura trascurabile e, in particolare, le griglie definite dalle linee di griglia 214c e 224c diventerebbero troppo poco fitte per avere un sufficiente numero di contatti elettrici con gli anelli 213 e 224d.

Per esempio, in una forma di realizzazione, la dimensione delle maglie definite dalle linee di griglia 214c, 215c, 224c e 225c ? di circa 2 cm di lato (i.e., maglia a forma quadrata) mentre il diametro dei sensori 2 ? circa 1,5 cm, con una percentuale totale di rame sull?area totale del piano sensori 20 attorno all?1-2%.

Per esempio, le linee conduttive degli strati 21 e 22 sono realizzate in rame o alluminio. In una forma di realizzazione, le linee conduttive degli strati 21 e 22 sono realizzate a partire da una lamina di rame con spessore compreso tra 5 ?m e 70 ?m.

La struttura degli strati 21 e 22, in particolare, le griglie di materiale conduttivo formate dalle linee di griglia 214c e 215c, e le schermature ad anello 213 nello strato sensori 21, e le linee conduttive 224c e 224d, e le schermature ad anello 224d nello strato di schermatura 22 garantiscono una robusta protezione da interferenze elettromagnetiche proveniente sia da fonti esterne alla soletta sensorizzata 1 sia da fonti interne della soletta sensorizzata 1 (per esempio, interferenze tra sensori di pressione 2) senza compromettere flessibilit? e stretchability della soletta sensorizzata 1.

Preferibilmente, le linee di griglia 214c e 215c, e le schermature ad anello 213 nello strato sensori 21, e le linee conduttive 224c e 225c nello strato di schermatura 22, e le schermature ad anello 224d, rispettivamente, sono disposte in modo da risultare sostanzialmente sovrapposte fra loro.

Nella forma di realizzazione considerata, al fine di operare correttamente durante l?estensione e il cambio di lunghezza cui ? sottoposta la soletta sensorizzata 1, le tracce conduttive 212 e le linee di schermatura 224b hanno una ? corrispondente ? conformazione a meandri.

Preferibilmente, i meandri delle tracce conduttive 212 e delle linee di schermatura hanno una forma sostanzialmente a ?ferro di cavallo? o sostanzialmente semicircolare ? come mostrato in Figura 5. La richiedente ha determinato che i parametri geometrici dei meandri che permettono di ottenere prestazioni ottimali delle tracce conduttive 212 sono i seguenti:

- raggio R, il quale deve essere maggiore di 0,125 mm e non deve superare il valore di 0,5 cm ? per garantire il passaggio tra le piazzole sensorizzate 211, ossia che le tracce 212 e linee 224b non entrino in contatto con altri elementi conduttivi,

- angoli di apertura W compresi tra -45? e 45?, e

- larghezza L della traccia tra 0,1 mm e 0,3 mm.

Il massimo allungamento ripetibile possibile con questa geometria ? di circa il 30% della lunghezza iniziale. Inoltre, questa conformazione delle tracce conduttive 212 ha dimostrato di resistere a eventi occasionali in cui la deformazione giunge fino al 50% della lunghezza iniziale della traccia.

Durante il funzionamento, la compressione dello strato dielettrico 30 della soletta sensorizzata 1 durante l?uso da parte di un utente provoca una variazione della distanza tra il piano di massa 10 e il piano sensori 20, e quindi della capacit? di uno o pi? sensori 2. I valori di capacit? associata ai sensori 2 ? nell?esempio considerato, la misura della capacit? associata a ciascun sensore o la variazione della stessa ?sono acquisiti e digitalizzati dal modulo di acquisizione 51 Per esempio, il collegamento tra i convertitori analogico/digitale del modulo di acquisizione 51 e il rispettivo pin 4 ? eseguito tramite un collegamento di comunicazione su bus seriale. Ogni misura capacitiva viene, poi, convertita dal modulo di elaborazione 52 in valori di pressione mediante una calibrazione non lineare. Le informazioni calcolate, insieme alla posizione del sensore 2, consentono di stimare la distribuzione della pressione sull'intera superficie della soletta sensorizzata 1 e, quindi, del sottopiede dell?utente.

? tuttavia chiaro che gli esempi sopra riportati non devono essere interpretati in senso limitativo e l?invenzione cos? concepita ? suscettibile di numerose modifiche e varianti.

Per esempio, in altre forme di realizzazione (non illustrati) le solette sensorizzate comprendono multistrato con un numero di strati maggiore di due.

In particolare, la bassa densit? di materiale conduttivo degli strati di schermatura secondo la presente invenzione ? possibile prevedere uno o pi? ulteriori piani sensori formati impilati. Vantaggiosamente, ciascun piano sensori fornisce dei sensori disposti in posizioni differenti rispetto alle posizioni dei sensori negli altri piani sensori.

Come illustrato schematicamente in Figura 6A e 6B, la soletta sensorizzata alternativa 1 comprende due piani sensori 20a e 20b sovrapposti e i sensori 2a del primo piano sensori 20a hanno una disposizione differente dai sensori 2b del secondo piano sensori 20b.

Di conseguenza, ? possibile realizzare solette sensorizzate con una risoluzione e/o una disposizione dei sensori ottimizzata secondo i requisiti specifici di ciascuna applicazione ? per esempio, medica, sportiva, ecc.

Vantaggiosamente, i due piani sensori sono tra loro indipendenti, ciascuno comprende uno strato sensori 21a e 21b e uno strato di schermatura 22a e 22b. In questo modo gli strati di schermatura sono in grado di proteggere i propri sensori e tracce anche dalle radiazioni elettromagnetiche generate dall'altro strato di sensori.

In una forma di realizzazione semplificata (non illustrata), lo strato sensori e/o lo strato di schermatura sono privi delle linee di griglia. In questo caso, la schermatura elettromagnetica ? limitata alla schermatura prodotta dalle schermature ad anello e dalle schermature a meandro sopra descritte.

Naturalmente, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Per esempio, le tracce di collegamento possono comprendere meandri con una forma differente da quella a ferro di cavallo sopra descritta, per esempio in altre forme di realizzazione (non illustrate) i meandri hanno forma di semicerchi, onde, rettangoli, quadrate, ecc.

In conclusione, i materiali impiegati, nonch? le forme e le dimensioni contingenti dei dispositivi, apparati e terminali sopra menzionati potranno essere qualsiasi secondo le specifiche esigenze implementative senza per questo uscire dall?ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Soletta sensorizzata (1), adatta ad essere posta su un plantare di calzatura, comprendente un piano sensori (20), uno strato dielettrico (30), e un piano di massa (10), laddove:

lo strato dielettrico (30) separa il piano di massa (10) dal piano sensori (20), in uso una compressione dello strato dielettrico (30) provoca una variazione di capacit? tra il piano di massa (10) e almeno una di una pluralit? di piazzole sensoriali (211) formate in uno strato sensori (21) del piano sensori (20), e ciascuna piazzola sensoriale (211) ? elettricamente collegata a un rispettivo terminale elettrico (41) per mezzo di una pista (212) di materiale conduttivo, caratterizzato dal fatto che

il piano sensori (20) comprende ulteriormente uno strato di schermatura (22) separato dallo strato sensori (21) da uno strato di supporto (23) in materiale flessibile, laddove il piano sensori (20) ? disposto in modo che lo strato di schermatura (22) sia interposto tra lo strato sensori (21) e lo strato dielettrico (30), detto strato di schermatura (22) comprendendo:

una pluralit? di fori passanti (226), ciascun foro passante avendo una forma e dimensione sostanzialmente corrispondente a una rispettiva piazzola sensoriale (211), ed essendo sovrapposto in pianta alla corrispondente piazzola sensoriale (211),

una pluralit? di primi elementi di schermatura (224d), ciascun primo elemento di schermatura (224d) circondando un rispettivo foro passante (226), e

una pluralit? di secondi elementi di schermatura (224b), ciascun secondo elemento di schermatura (224b) collegando un rispettivo primo elemento di schermatura (224d) a un terminale elettrico di schermatura (227), ed essendo sovrapposto in pianta a una corrispondente pista (212), laddove le piste (212) e i secondi elementi di schermatura (224b) hanno una corrispondente forma a meandri.

2. Soletta sensorizzata (1) secondo la rivendicazione 1, in cui lo strato sensori (21) ulteriormente comprende una pluralit? di terzi elementi di schermatura (213), ciascun terzo elemento di schermatura (213) circondando una rispettiva piazzola sensoriale (211), ed essendo sovrapposto in pianta a un corrispondente primo elemento di schermatura (224d) dello strato di schermatura (22).

3. Soletta sensorizzata (1) secondo la rivendicazione 2, in cui lo strato sensori (21) comprende ulteriormente quarti elementi di schermatura (214b), ciascun quarto elemento di schermatura (214b) collegando un rispettivo terzo elemento di schermatura (213) a un terminale elettrico di schermatura (42), e in cui coppie di quarti elementi di schermatura (214b) sono poste a lati opposti di almeno una pista di materiale conduttivo (212).

4. Soletta sensorizzata (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui lo strato sensori (21) ulteriormente comprende una pluralit? di linee conduttive (214c) elettricamente connesse alla pluralit? di terzi elementi di schermatura (213) e alla pluralit? di quarti elementi di schermatura (214b), la pluralit? di linee conduttive (214c) formando una pluralit? di maglie (214e) su almeno una porzione della superficie dello strato sensori (21).

5. Soletta sensorizzata (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo strato di schermatura (22) ulteriormente comprende una pluralit? di linee conduttive (224c) elettricamente connesse alla pluralit? di primi elementi di schermatura (224d) e alla pluralit? di secondi elementi di schermatura (224b), la pluralit? di linee conduttive (224c) formando una pluralit? di maglie (224e) su almeno una porzione della superficie dello strato di schermatura (22).

6. Soletta sensorizzata (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui lo strato sensori (21) comprende ulteriormente:

una prima linea conduttiva perimetrale (214a), la linea conduttiva perimetrale circondando almeno parte delle piazzole sensoriali (211) ed essendo elettricamente connessa alla pluralit? di linee conduttive (214c) e al terminale elettrico di schermatura (42),

una seconda linea conduttiva perimetrale (215a) e una terza linea conduttiva perimetrale (215b) sostanzialmente parallele alla prima linea conduttiva perimetrale (214a), laddove la seconda linea conduttiva perimetrale (215a) circonda la prima linea conduttiva perimetrale (214a) e la terza linea conduttiva perimetrale (215c) circonda la seconda linea perimetrale (215b) ed entrambe la seconda linea conduttiva perimetrale (215a) e la terza linea conduttiva perimetrale (215b) sono elettricamente collegate a un terminale di riferimento (43), e

una pluralit? di ulteriori linee conduttive (215c) elettricamente collegate alla seconda linea conduttiva perimetrale (215a) e alla terza linea conduttiva perimetrale (215b), la pluralit? di ulteriori linee conduttive (215c) formando una pluralit? di maglie (215e) tra la seconda linea conduttiva perimetrale (215a) e la terza linea conduttiva perimetrale (215b).

7. Soletta sensorizzata (1) secondo la rivendicazione 5 o le rivendicazioni 5 e 6, in cui lo strato di schermatura (22) comprende ulteriormente:

una quarta linea conduttiva perimetrale (224a), la quarta linea conduttiva perimetrale circondando almeno parte dei fori passanti (226) ed essendo elettricamente connessa alla pluralit? di linee conduttive (224c) e al rispettivo terminale elettrico di schermatura (227),

una quinta linea conduttiva perimetrale (225a) e una sesta linea conduttiva perimetrale (225b) sostanzialmente parallele alla quarta linea conduttiva perimetrale (224a), laddove la quinta linea conduttiva perimetrale (225a) circonda la quarta linea conduttiva perimetrale (224a) e la sesta linea conduttiva perimetrale (225b) circonda la quinta linea perimetrale (225a) ed entrambe la quinta linea conduttiva perimetrale (225a) e la sesta linea conduttiva perimetrale (225b) sono elettricamente collegate a un terminale di riferimento (228), e una pluralit? di ulteriori linee conduttive (225c) elettricamente collegate alla quinta linea conduttiva perimetrale (225a) e alla sesta linea conduttiva perimetrale (225b), la pluralit? di ulteriori linee conduttive (225c) formando una pluralit? di maglie (225e) tra la quinta linea conduttiva perimetrale (225a) e la sesta linea conduttiva perimetrale (225b).

8. Soletta sensorizzata (1) secondo le rivendicazioni 5, 6 e 7, in cui la quarta linea conduttiva perimetrale (224a) dello strato di schermatura (22) ? sovrapposta in pianta alla prima linea conduttiva perimetrale (214a) dello strato sensori (21), in cui la quinta linea conduttiva perimetrale (225a) dello strato di schermatura (22) ? sovrapposta in pianta alla seconda linea conduttiva perimetrale (215a) dello strato sensori (21), e

in cui la sesta linea conduttiva perimetrale (225b) dello strato di schermatura (22) ? sovrapposta in pianta alla terza linea conduttiva perimetrale (215b) dello strato sensori (21).

9. Soletta sensorizzata (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, ulteriormente comprendente almeno uno strato sensori aggiuntivo (21b) e un corrispondente almeno uno strato di schermatura aggiuntivo (22b), laddove lo strato sensori aggiuntivo (21b) e lo strato di schermatura aggiuntivo (22b) sono conformati in modo corrispondente allo strato sensori (21) e allo strato di schermatura (22), rispettivamente, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, e

in cui le piazzole sensoriali aggiuntive (211) dello strato sensori aggiuntivo (21b) hanno una disposizione differente delle piazzole sensoriali (211) dello strato sensori (21), e i fori passanti aggiuntivi (226) dello strato di schermatura aggiuntivo (22b) sono disposti sovrapposti in pianta alle piazzole sensoriali aggiuntive (211).

10. Sistema di analisi (1,5), comprendente almeno una soletta sensorizzata (1), secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, e un sistema di elaborazione (5), laddove il sistema di elaborazione (5) comprende:

un modulo di acquisizione (51) connesso a ciascun terminale elettrico (41, 42, 43) della soletta sensorizzata (1) e adatto a ricevere segnali generati dalla soletta sensorizzata (1) durante la compressione della stessa e a convertire detti segnali in corrispondenti segnali digitale, e

un modulo di elaborazione dati (52) adatto a ricevere i segnali digitali ed elaborarli per fornire informazioni su una postura e/o un?andatura di un corrispondente utente.