JP2018109999A - 調整可能触覚装着具 - Google Patents

Abstract

【課題】カスタムフィットと、直接の触覚フィードバックを与える機構との両方を与えるために特定のユーザーに適応させることができる装着具を提供すること。【解決手段】装着品は、ユーザーに触覚フィードバックを与える装着スーツ等を含む。装着品は、好適には、液体又は気体供給源に流体接続することができる調整可能相互作用要素を備え、触覚アクチュエーターを備えることもできる。装着品は、ゲームシステム及び仮想現実システム又は拡張現実システムを含む、種々のデバイスと組み合わせる際に有用である。【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は、ユーザーに触覚フィードバックを与えるための、装着スーツ等を含む、装着品に関する。装着品は、好適には、液体又は気体供給源に流体接続することができる調整可能相互作用要素を備え、触覚アクチュエーターを備えることもできる。装着品は、ゲームシステム及び仮想現実システム又は拡張現実システムを含む、種々のデバイスと組み合わせる際に有用である。

装着具における使用のための触覚フィードバックは、従来、偏心回転質量（ＥＲＭ）モーター及びリニア共振アクチュエーター（ＬＲＡ）の使用に基づいてきた。しかしながら、これらのタイプのアクチュエーターは、通常嵩張る程に大きく（bulky）、多くの場合大容量の電力を必要とし、このことが、これらのアクチュエーターを衣類若しくは他の装着具又は装身具（すなわち、宝飾品類等）に組み込むことを困難にしている。形状記憶合金もまた、装着具において使用されてきたが、ここでも同様に、電力消費によって、多くの場合、適応性と組み込みの容易性とが制限される。さらに、ゲーム及び拡張現実又は仮想現実において使用するための装着具に対する「万人に合うようにする（one-size fits all：フリーサイズ）」手法は、多くの場合に最適でなく、ユーザーがより実体感がある相互作用（life-like interaction）を、そして、より外形に合わせた、又は個人ごとに設定されたフィット感を望むときに特に最適でない。

カスタムフィットと、直接の触覚フィードバックを与えるための機構との両方を与えるために特定のユーザーに適応させることができる装着具が必要とされている。

本開示は、ユーザーに触覚フィードバックを与える装着具に関する。装着品は、ユーザーにカスタムフィットを与えるように調整することができる調整可能相互作用要素と、ユーザーに触覚フィードバックを与えることができる触覚アクチュエーターとを備える。

例示的な実施形態において、触覚フィードバックを与える装着品が本明細書において提供され、その装着品は、構造材料と、構造材料に関連付けられる調整可能相互作用要素と、調整可能相互作用要素に関連付けられる触覚アクチュエーターとを備える。

また、触覚フィードバックを与える装着品が本明細書において提供され、その装着品は、テキスタイルと、液体又は気体を封入することができる変形可能材料から構成される調整可能相互作用要素であって、この調整可能相互作用要素はテキスタイルに関連付けられ、液体又は気体供給源に流体接続され、この調整可能相互作用要素は、ユーザーに心地良いフィット感を与えるために、及び／又はユーザーに触覚フィードバックを与えるために拡大又は縮小する、調整可能相互作用要素と、調整可能相互作用要素に関連付けられる触覚アクチュエーターとを備える。

本発明の実施形態による、ユーザーに触覚フィードバックを与える装着品を示す。 本発明の実施形態による、触覚フィードバックを与える装着品の詳細図である。 本発明の実施形態による、調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターを備える、代替の調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターを備える、代替の調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターを備える、代替の調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターを備える、代替の調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターを備える、代替の調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターを備える、代替の調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターを備える、更なる調整可能相互作用要素を示す。 本発明の実施形態による、触覚アクチュエーターを備える、更なる調整可能相互作用要素を示す。

本技術の前述の特徴及び態様並びに他の特徴及び態様は、添付図面に示される実施形態の以下の記載からより良く理解することができる。本明細書に組み込まれて本明細書の一部をなす添付図面は、本技術の原理を説明する役割を更に果たす。図面内の構成要素は、必ずしも縮尺どおりではない。

一部については図面を参照しながら、種々の実施形態を詳細に記載する。種々の実施形態の参照によって、本明細書に添付の特許請求の範囲が限定されることはない。さらに、本明細書に記載されているいかなる実施形態も、限定を意図しておらず、添付の特許請求の範囲に対する多くのとり得る実施形態のうちの一部を説明するだけのものである。

適切な場合は常に、単数の物を指すように用いられる用語は、複数の物を含み、その逆もまた然りである。本明細書における数量を特定しない物を修飾する語の使用（The use of "a"）は、別様に述べられない限り、又は「１つ以上（one or more）」という語の使用が明らかに不適切な場合ではない限り、「１つ以上」を意味する。「又は」の使用は、別様に述べられない限り、「及び／又は」を意味する。「含む」、「備える」及び「有する」の使用は、交換可能であり、限定を意図していない。「等の（such as）」という語もまた、限定を意図していない。例えば、「を含む（including）」は、「を含むが、これに限定されない（including, but not limited to）」を意味するものとする。

実施形態において、本明細書には、触覚フィードバックを提供する装着品が提供される。本明細書において用いられるとき、「装着品」は、ユーザーが着用することができる物品を指しており、例えば、シャツ、ブラウス、ズボン、靴、帽子、手袋、頭部からつま先までユーザーの幾らか又は全体を覆う全身スーツを含むスーツ等の種々の衣類を含む。例えば、図１Ａに示すように、装着品１００は、ユーザー１１０の頭部１０２、胴部１０４及び脚部１０６を覆う部分を含むことができる。図１Ａ内の破線は、ユーザーの人体の異なる部分を単に表すために示される。また、装着品は、装着品をユーザーに固定するために一般的に使用されるジッパー、スナップ、バックル、ボタン、ベルクロ（登録商標）、他の取付具等を含むこともできる。

本明細書において用いられるとき、「触覚フィードバック」又は「触覚フィードバック信号」という用語は、本明細書に記載の装着品から触覚（sense of touch）によってユーザーに伝えられる振動、手触り、及び／又は熱等の情報を指す。

図１Ｂは、シャツの形をとる装着品１００を示す。図示されるように、実施形態において、装着品１００は、構造材料１３０と、構造材料１３０に関連付けられる調整可能相互作用要素１２０と、調整可能相互作用要素に関連付けられる触覚アクチュエーター１４０とを備える。１つの調整可能相互作用要素１２０に関連付けられる１つの触覚アクチュエーター１４０のみが示されるが、本明細書に記載されるように、各調整可能相互作用要素１２０が、１つの関連する触覚アクチュエーター１４０を、又は複数の触覚アクチュエーターを備えることができる。

本明細書で用いられるとき、「構造材料」は、装着具、個人用装身具、手荷物等を構成するのに用いられる材料を意味する。構造材料の例としては、綿、絹、羊毛、ナイロン、レーヨン、合成繊維、フランネル、リネン、ポリエステル等のファブリック及びテキスタイル、こうしたファブリックの織物又は混紡等、皮革、スエード、箔等の柔軟な金属繊維、ケブラー（登録商法）等が挙げられる。装着具の例としては、衣類、履物、義肢等の補綴物、帽子及びヘルメット等の被りもの、身に着ける運動器材、防弾ベスト、ヘルメット及び他の防護服等の保護具が挙げられる。個人用装身具としては、眼鏡、ネクタイ及びスカーフ、ベルト及びサスペンダー、ブレスレット、ネックレス及び腕時計（腕時計のバンド及びストラップを含む）等の宝飾品類、財布、札入れ、手荷物用タグ等が挙げられる。手荷物としては、ハンドバッグ、パース（purse）、旅行かばん、スーツケース、リュックサックが挙げられ、こうした物品用の持ち手等を含む。

本明細書において用いられるとき、「調整可能相互作用要素」は、拡大又は縮小し、それにより、ユーザーの人体に合わせて調整するために、その形状を変更又は変形することができる構造体を指す。本明細書に記載されるように、実施形態において、調整可能相互作用要素は、液体又は気体を封入することができる変形可能材料を含む。すなわち、変形可能材料は、調整可能相互作用要素を拡大及び縮小できるようにしながら、液体又は気体を保持し、維持することができるポケット、袋（packet）又は他の容器を作り出すことができる。変形可能材料の例としては、例えば、シリコーン、フッ素重合体、天然ゴム、アクリル系及びウレタン系エラストマーを含む、種々のポリマー又はゴムが挙げられる。所望の柔軟性及び変形特性を有する変形可能材料を作り出すために、種々の硬化技術によって、ポリマー及びゴムの機械的特性を調整することもできる。

変形可能材料１２０は、好適には、約１μｍ〜数ミリメートル程度、例えば、約１μｍ〜５ｍｍ、約１μｍ〜１ｍｍ、約１μｍ〜５００μｍ、又は約５μｍ〜約５００μｍ、又は約１０μｍ〜５００μｍ、又は約１μｍ〜約１００μｍの厚さを有するが、それより厚い、又は薄い材料も利用することができる。

図１Ｂに示されるように、調整可能相互作用要素１２０は、液体又は気体を供給源１２２から調整可能相互作用要素まで搬送することができる、例えば、管１２４又は他のコンジット若しくはチャネルを介して、液体又は気体供給源１２２に流体接続される。したがって、調整可能相互作用要素１２０は、装着品内で膨張／収縮することができる袋又は小袋としての役割を果たす。実施形態において、調整可能相互作用要素は、構造材料１３０に縫い付けるか若しくは別の方法で取り付けることができるか、又は構造材料１３０のポケット若しくは内部構造内に封入することができるか、又はユーザー１１０によって容易に着脱することができる装着品が作り出されるように別の方法で構造材料１３０に関連付けるか若しくは組み込むことができる。

ユーザー１１０が装着品１００を身に着けると、調整可能相互作用要素１２０は、ユーザーの人体に心地良いフィット感を与えるために拡大又は縮小することができる。これは、ユーザーの衣類の上から、又はユーザーの皮膚に対して直接行うことができる。図２Ａは、構造材料１３０に関連付けられる、変形可能材料２０２を含む調整可能相互作用要素１２０を示す。図示されるように、構造材料１３０は、例えば、テキスタイルの２つの面として表されるが、連続した材料片又は他の構造とすることができる。流体接続を与える管１２４を通して、供給源１２２から液体又は気体を導入すると、調整可能相互作用要素１２０は拡大し、それにより、図２Ｂに示されるように、体積が増加する。この拡大を用いて、ユーザーの人体に心地良いフィット感を生み出して、装着品をユーザーに固定することができ、それにより、所定の位置から滑り落ちたり、ずれ動いたりすることなく、又は別の形でユーザーの人体と非接触状態になることなく、装着品がユーザーとともに動くことができるようになる。図２Ｃに示されるように、液体又は気体は、調整可能相互作用要素１２０から取り出し、管１２４を介して供給源１２２の中に送ることができ、それにより、調整可能相互作用要素は収縮するか、又はその体積が減少する。液体又は気体をこのように取り出すことは、ユーザーが装着品を容易に脱ぐことができるようにするか、又は以前に使用したユーザーより大きいか、若しくは異なる体形のユーザーによって使用されているとき、若しくはユーザーに心地良いフィット感を与えるために、ユーザーが調整可能相互作用要素の異なるレベルの拡大又は縮小を要求する場合のように、装着品において更なる空間が必要とされるか、又は望まれるときに利用することができる。したがって、本明細書において用いられるとき、「ユーザーに心地良いフィット感」又は「心地良いフィット感」という用語は、本明細書に記載されるように、装着品を介して触覚効果を与えることができるようにするほど少なくとも十分に密着するフィット感を意味するように当業者によって理解されることになる。

調整可能相互作用要素１２０を拡大及び縮小させるために使用することができる液体及び気体の例としては、限定はしないが、空気、水、フッ化炭素ガス、窒素、ネオン、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガス、冷却液等が挙げられる。したがって、供給源１２２は、水若しくは他の液体を保持する液体容器若しくは気体容器のような、液体若しくは気体の密閉された供給源とすることができるか、又は気体は、ユーザーの周りの周囲空気から単に吸い込まれることができる。

更なる実施形態において、流体の導入又は除去に応答する、調整可能相互作用要素の拡大及び縮小は、ユーザーに触覚フィードバックを与えることができる。例えば、調整可能相互作用要素を膨張させることは、ユーザーの人体に圧力をかけることができ、迅速に行われる場合には、圧力による特有の明確な感覚をもたらすことができる。同様に、繰り返し迅速に膨張及び収縮させる結果として、振動触覚フィードバックを生成することができる。調整可能相互作用要素を繰り返し迅速に膨張及び収縮させることによる振動は、数Ｈｚから数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度とすることができる。

管１２４及び供給源１２２に加えて、調整可能相互作用要素１２０は、空気圧又は油圧作動システムを用いて、調整可能相互作用要素に対して液体又は気体を出入りさせることを通して拡大又は縮小することができる。更なる実施形態において、例えば、デュアル圧電ジェット（dual piezoelectric jet）を含む、極薄送風機又はファンを用いて、調整可能相互作用要素に対して空気のような気体を出入りさせることによって、調整可能相互作用要素を膨張及び収縮させることができる。

図１Ｂ及び図２Ａに示されるように、調整可能相互作用要素１２０は、好適には、調整可能相互作用要素に関連付けられる触覚アクチュエーター１４０も備える。図１Ｂ及び図２Ａにおける触覚アクチュエーター１４０は、例示のためにのみ示されており、触覚アクチュエーターの場所及びサイズを暗示するものではなく、単に、調整可能相互作用要素が触覚アクチュエーターを備えることができることを示す。触覚アクチュエーター１４０を調整可能相互作用要素１２０と「関連付けること」は、触覚アクチュエーターが調整可能相互作用要素に物理的若しくは機械的に接続されることを示すか、又は触覚アクチュエーターが、調整可能相互作用要素内に封入されるか、若しくは調整可能相互作用要素によって封入されることを含むことができる。触覚アクチュエーターを調整可能相互作用要素１２０に関連付けることは、種々の糊又は接着剤の使用、ステープル、ねじ等の機械的結合の使用、及びポリマーキャスティング（polymeric casting）、コーティング等のような一体化された構造の使用等を含む。

触覚アクチュエーターの例としては、偏心回転質量（ＥＲＭ）モーター及びリニア共振アクチュエーター（ＬＲＡ）が挙げられる。更なる実施形態において、例えば、図３Ａに示されるように、触覚アクチュエーターとしての役割を果たすために、加熱機構３０２を調整可能相互作用要素１２０に関連付けることができる。そのような実施形態において、加熱機構３０２からの熱３０４によって、調整可能相互作用要素１２０内の気体が膨張することができ、ユーザーへの触覚フィードバックを生成することができる。さらに、加熱機構３０２からの熱３０４は、ユーザーの人体を暖め、温度変化の形で触覚フィードバックを生成することができる。同様に、冷却機構を用いて、ユーザーに対して冷却効果を生み出すこともできる。

図３Ｂは、空気圧又は油圧作動システム３１０が触覚アクチュエーターとして使用される実施形態を示す。そのような実施形態では、ユーザーの人体に押し付けること、又は圧力を与えるようにユーザーに接触することを含めて、調整可能相互作用要素１２０がユーザーに対して近接又は離反する際に、空気圧又は油圧作動システムがユーザーの人体に対して動き、圧力の増加及び／又は減少を生み出すことができる。

図３Ｃは、変形可能材料２０２を、例えば、誘電性ポリマー又は誘電性エラストマーを含む、電気活性材料から形成することができる更なる実施形態を示す。本明細書において用いられるとき、「電気活性材料」は、電界（直流又は交流）によって刺激されるときに形状又はサイズの変化を示す材料を指す。例示的な電気活性材料は、本明細書に記載されるように、電気活性ポリマー及び圧電材料を含む。実施形態において、変形可能材料２０２は電気活性ポリマーを含み、それには、限定されないがポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）、並びにそれらの混合物、共重合体及び誘導体等のポリマーが挙げられる。電気活性ポリマーの例示的な種類には、誘電性ポリマー及びイオンポリマーが挙げられる。誘電性ポリマーは、２つの電極の間に発生する、ポリマーを圧搾する静電力に応じて、形状を変えるようにすることができる。誘電性ポリマーは、非常に高歪みとすることができ、基本的に、電圧が印加されると、ポリマーが電界によりその厚さを圧縮させかつ面積を拡張することができるようにすることにより、静電容量を変化させるコンデンサーである。イオンポリマーは、ポリマー内部のイオンの変位により形状又はサイズを変化させることができる。さらに、イオンポリマーによっては、イオン流を維持するために水性環境の存在が必要である。

電気活性ポリマーを作製する方法は、本技術分野において既知であり、好適には、好適な溶媒に所望のポリマーを溶解し、その後、ポリマーを所望の形状（すなわち、パウチ、ポケット、バブル等）にキャスティングすることを含むことができる。代替的に、フィラメント又はファイバーとして作製されるように、ポリマーを延伸するか、又は紡糸技法を行うことができる。更なる方法としては、溶融混合が挙げられ、そこでは、ポリマーは軟化／溶融点を超えて加熱され、その後、フィルム処理（キャスティング又はブローイング）技法を用いてポリマーフィルムが処理される。電気活性ポリマーは、比較的平坦な構造体として作製される場合、様々なポリマー部分又は層を層状に重ねて最終的な所望の構造体を生成することによって作製することもできる。誘電性エラストマーとして知られる電気活性ポリマーは、高接着（ＶＨＢ：very high bond）アクリルフォームテープ又はシリコーン材料のような材料を使用し、その後、材料を両側から引き伸ばし（bi-stretching）（基材のタイプによる）、その後、材料に電気活性特性を与えるための電極をつけることにより作製することができる。

図３Ｃに示されるように、変形可能材料２０２は、好適には、２つの電極３２２と３２４との間に配置される。さらに、絶縁体３２６から形成される更なる層又は封入膜を外側電極３２２の周りに配置することができる。結果として生成されるスマート材料アクチュエーター３２０は、２つの電極間にかけられた電界に応答して変形することができ、結果として、変形可能材料２０２が運動、すなわち、変形し、ユーザーに触覚フィードバックを与える。さらに、電界を迅速に変化させる結果として、ユーザーへの振動触覚フィードバックを生成することができる。電極３２２及び３２４は、変形可能材料の表面上にパターニングすることができるか、又はコーティング、層、スパッタリングされた膜等として加えることができる。本明細書において電極として使用するための材料の例としては、例えば、銀、金又は他の導電性金属又はポリマー（例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）等の薄膜）、カーボンナノチューブ、カーボンブラック及びグラフェンのような有機電極が挙げられる。さらに、電極は、基材から作製することができる。例えば、カーボンブラックをシリコンと混合することができ、その後、この導電性材料の薄層をシリコン膜の両面にコーティングし、その後、硬化させることができる。好適には、電極３２２及び３２４は、約５０ｎｍ〜数ミリメートル程度、例えば、約５０ｎｍ〜５ｍｍ、約５０ｎｍ〜１ｍｍ、約５０ｎｍ〜５００μｍ、約１００ｎｍ〜約５００μｍ、約１μｍ〜５００μｍ、又は約５μｍ〜約５００μｍ、又は約１０μｍ〜５００μｍ、又は約１μｍ〜約１００μｍの厚さを有するが、電極の望ましい使用法及び向きに応じて、それより厚い、又は薄い材料を利用することもできる。

更なる実施形態では、図３Ｄに示されるように、ポリマーアクチュエーター３４０を調整可能相互作用要素１２０に関連付けることができる。ポリマーアクチュエーター３４０は、電気活性ポリマー又は圧電ポリマーとすることができる。本明細書に記載されるような電気活性ポリマーの例としては、例えば、限定はしないが、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）及びそれらの混合物、共重合体及び誘導体等のポリマー、並びにシリコン系又はアクリル系のエラストマーのような誘電性エラストマーが挙げられる。二フッ化ポリビニリデン繊維のような圧電ポリマーに加えて、チタン酸バリウム、ヒドロキシアパタイト、燐灰石、硫酸リチウム一水和物、ニオブ酸ナトリウムカリウム、石英、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酒石酸等の他の圧電材料を使用することもできる。圧電材料が使用される実施形態において、圧電材料に印加される電界に応答して、調整可能相互作用要素を介して、ユーザーに振動を伝達することができる。

更なる実施形態では、図３Ｅに示されるような静電アクチュエーター３５０を作り出すために、変形可能材料２０２の内部を、導電性フィルム又はコーティングを含む導電性材料でコーティングすることができる。そのような実施形態では、調整可能相互作用要素は、触覚フィードバックを与えるための機構としての役割を果たし、好適には、静電アクチュエーターをユーザーに接触させるか、又は極めて接近させることから生じる静電気力に応答して振動し、静電フィードバックを与える。静電フィードバックは、ユーザーに対する短い振動若しくはパルス、又は延長された振動の形をとることができる。静電フィードバック又は相互作用の周波数は、約１Ｈｚ〜約１０００Ｈｚ程度、より好適には、約１Ｈｚ〜約５００Ｈｚ、約１Ｈｚ〜約２００Ｈｚ、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚ、約１０Ｈｚ〜約１００Ｈｚ、又は約１０Ｈｚ、約２０Ｈｚ、約３０Ｈｚ、約４０Ｈｚ、約５０Ｈｚ、約６０Ｈｚ、約７０Ｈｚ、約８０Ｈｚ、約９０Ｈｚ若しくは約１００Ｈｚとすることができる。また、触覚フィードバックは、ユーザーが調整可能相互作用要素に接近するか、又は近くにいる場合に、調整可能相互作用要素又は静電アクチュエーターに極めて近接していることを知らせる静電的相互作用によって与えることもでき、結果として、そこから、静電的相互作用及び触覚フィードバックを生成することができる。

図３Ｆに示されるような更なる実施形態において、調整可能相互作用要素１２０とともに使用するための触覚アクチュエーターは、例えば、ベルト又はばねを含む、電動機構３６０とすることができ、その電動機構は、調整可能相互作用要素の周囲に構成することができ、調整可能相互作用要素を締め付け、その後、緩めるように作用することができ、それにより、触覚フィードバックを与えるように調整可能相互作用要素をユーザーと接触させて、その後、接触を解除する。電動機構３６０の更なる例としては、限定はしないが、振動機構、偏心回転質量（ＥＲＭ）モーター、リニア共振アクチュエーター（ＬＲＡ）、Ｃ−２触覚器（C-2 tactor）、トランスデューサー、圧電アクチュエーター又はモーター等が挙げられ、そのような実施形態では、電動機構３６０は、調整可能相互作用要素１２０の内部に配置することができる。本明細書に記載されるように、実施形態において、電動機構は、所望により、数Ｈｚから数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度、３００Ｈｚ〜５００Ｈｚまでの周波数で振動する、振動触覚フィードバックを生成するように構成することができる。電動機構３６０は、触覚フィードバックを与えるために、調整可能相互作用要素１２０の内部に配置することができるか、又は調整可能相互作用要素の外部に配置することができる。電動機構３６０が調整可能相互作用要素１２０の内部に配置される実施形態では、電動機構は、調整可能相互作用要素の外面を通して伝達し、それによりユーザーによって知覚される運動又は振動を生成することができる。

更なる実施形態において、図４Ａ及び図４Ｂは、調整可能相互作用要素と関連付けるための触覚アクチュエーターとして電磁システムが利用される実施形態を示す。図４Ａに示されるような実施形態では、コイル４１０、好適には、電磁コイルが、変形可能材料２０２に関連付けられるか、又は取り付けられる。磁石４１２が、互いに実質的に正反対になるように、コイルに向かい合って取り付けられる。本明細書において用いられるとき、コイル４１０の磁界及び磁石４１２の磁界は、電磁コイル（例えば、コイル４１０）から、及び磁石（例えば、磁石４１２）からの磁力線の方向を指す。磁界Ｆ１及び磁界Ｆ２は、互いに実質的に正反対であり、それは、それぞれの磁力線の方向間の角度が約１０度未満であるように互いに反対に向くことを意味する。コイル４１０を用いて磁界を生成することにより、磁界の方向／極性に応じて、磁石４１２を押し戻し、引き寄せることになり、結果として振動４１４が生じ、それは、所望により、数Ｈｚから数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ、例えば、３００Ｈｚ〜５００Ｈｚまでの種々の周波数において生じることができる。

コイル４１０は、好適には、電磁コイル、例えば、例として銅コイルを含む、ワイヤのような導電性繊維からなるコイルである。また、コイル４１０は、空芯コイル（air coil）とすることもでき、それは、中空の中心部を含む、非磁性の中心部の周りにある導電性材料の巻線を指す。電磁コイルは、当該技術分野において、コイル、渦巻又は螺旋の形状に形成され、コイルを通って電流が流れる結果として、磁界を生成する電気導体を指すことが知られている。コイル４１０は任意の適切な導電性材料を含むことができ、実施形態において、導電性材料のワイヤを含む。導電性材料の例としては、金属（アルミニウム、銅、金及びクロム等）、透明導電酸化物（「ＴＣＯ」、例えば、スズドープ酸化インジウム（「ＩＴＯ」）及びアルミニウムドープ酸化亜鉛（「ＡＺＯ」））、透明カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、透明導電ポリマー（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（「ＰＥＤＯＴ」）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホネート）（「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」）、及びポリ（４，４−ジオクチルシクロペンタジチオフェン）等）が挙げられる。さらに、コイル４１０は、導電性ナノ粒子又はナノワイヤを用いて形成することができ、それは、任意の適切なナノ形状又は幾何学的形状を有する（すなわち、１ｎｍ〜５００ｎｍ程度のサイズスケール（直径、長さ、幅）を有する）ことができる。コイルの他の実施形態は、ナノスケール以外のスケールを有することができる。実施形態において、磁石４１２は好適には、設定された極性を有する永久磁石である。しかし、他の実施形態では、電源に接続される第２のコイルを用いて、本明細書に記載されるような磁界を生成し、磁石４１２としての役割を果たすことができる。磁石４１２のための例示的な材料は、鉄、ニッケル、コバルト、希土類金属の合金、及び天然磁石のような天然に存在する鉱物を含む。

触覚アクチュエーターの更なるタイプは、相変化材料又は形状記憶材料又はポリマーの使用を含み、その材料は変形可能材料２０２と別にすることができる。更なる実施形態において、変形可能材料２０２は、相変化材料、形状記憶材料又はポリマーから形成することができる。相変化材料は、例えば、パラフィン蝋のような異なる蝋を含み、外部から活性化されるときに、体積が（１０％〜４０％程度）増加することができる。その場合に、例えば、相変化材料を加熱することにより、軟化又は溶解させることができ、結果として、体積が増加し、それにより、ユーザーに運動及び触覚フィードバックを与える。

更なる実施形態は、スマートヒドロゲルを利用することができ、それは、触覚アクチュエーターとして、異なる外部要因の変化に応答して体積及び形状を変更することができる。更なる実施形態において、変形可能材料はスマートヒドロゲルを含むことができる。本明細書において用いられるとき、「ヒドロゲル」は、自らの構造的完全性を維持しながら、大量の水を吸収及び放出することができる架橋親水性ポリマーのネットワークを指す。ヒドロゲルは、塩分濃度、緩衝液条件又は成分、ｐＨ、温度、光及び電界等の外部刺激に応答して形状を変更する能力を示す。例示的なヒドロゲルは、Palleau他「Reversible patterning and actuation of hydrogels by electrically assisted ionoprinting」Nature Communications 4:2257 (2013)において開示されるような、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム（ｐＮａＡｃ）等の高分子電解質を含み、その開示におけるヒドロゲル及びその調製方法を含むその開示全体が、引用することにより本明細書の一部をなす。

更なる実施形態において、本明細書において使用するための触覚アクチュエーターは、形状記憶ポリマーを含むことができる。形状記憶ポリマー（ＳＭＰ）は、ポリマーをプログラムして、第１の形状から第２の形状に形状を変更する能力をポリマーに与えることができるようにする。形状記憶効果は固有の特性ではなく、それは、ポリマーが、それだけではこの効果を示さないことを意味する。形状記憶は、ポリマーの形態と特定の処理との組み合わせから生じ、ポリマーの機能化として理解することができる。従来の処理、例えば、押し出し成形又は射出形成によって、ポリマーが初期の、永久形状Ｂに形作られる。その後、プログラミングと呼ばれるプロセスにおいて、ポリマーサンプルが一時的形状Ａに変形され、固定される。外部から刺激（例えば、熱、電界又は圧力）を加えると、ポリマーはその初期の永久形状Ｂを回復する。プログラミング及び回復のこのサイクルを、後続のサイクルにおいて異なる一時的形状を用いて、何度も繰り返すことができる。形状記憶ポリマーは、適切な刺激感応スイッチを備える弾性ポリマーネットワークとすることができる。ポリマーネットワークは、分子スイッチ及びネット点からなる。ネット点は、ポリマーネットワークの永久形状を決定し、化学的性質（共有結合）又は物理的性質（分子間相互作用）とすることができる。例えば、ブロック共重合体において見られるように、その形態が少なくとも２つの分離されたドメインからなるポリマーにおいて物理的架橋が得られる。ＳＭＰの更なる情報及び例は、「Shape Memory Polymers, Materials Today」Vol. 10, pages 20-28 (April 2007)において確認することができ、その開示全体は引用することにより本明細書の一部をなす。

１つの又は第１の構成から別の又は第２の構成へのＳＭＰの変形は、そのガラス転移温度（Ｔｇ）に関連してＳＭＰの温度を制御することによって、適切に制御される。ＳＭＰをＴｇより高く加熱することによりＳＭＰの温度を上昇させることによって、ＳＭＰアクチュエーターは、その第２の（記憶された又は元の）構成に移行することになり、結果として、多安定材料が活性化又は作動し、第１の安定した構成から第２の安定した構成に、そして好適には、第３の（そして、所望により、第４の、第５の等）安定した構成に移行又は変形する。例示的な形状記憶ポリマーは、必要とされる形状記憶特性を有するようにプログラムされた、種々のポリ（ウレタン）、ポリ（イソプレン）、ポリ（エーテルエステル）のような種々のブロック共重合体を含む。

更なる実施形態において、調整可能相互作用要素と組み合わせて使用するための触覚アクチュエーターは、本明細書に記載された種々のアクチュエーターの組み合わせを含むことができる。例えば、圧電アクチュエーターを空気圧又は他の機械式アクチュエーターと組み合わせることができ、結果として、振動及び変形の両方の触覚フィードバックを与える作動が生じる。更なる組み合わせは、触覚フィードバックの異なる組み合わせを与えるために、電磁作動と組み合わせた機械式アクチュエーターを含み、熱アクチュエーターを圧電アクチュエーターと組み合わせることができ、電磁アクチュエーターをスマート材料アクチュエーターと組み合わせることができ、その他も組み合わせることができる。

図１Ｂに示されるように、好適には、装着品１００は、複数の調整可能相互作用要素１２０を備える。本明細書において用いられるとき、「複数の」は、３つ以上の要素又は物体を指しており、本明細書における実施形態では、好適には、２、３、４、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００等の、調整可能相互作用要素１２０を含む要素を指す。装着品１００において複数の調整可能相互作用要素１２０を使用することにより、装着品の異なる位置に調整可能相互作用要素を配置できるようになり、それにより、調整可能相互作用要素は、ユーザーにとって（例えば、胸、腹部、脚、腰等において）心地良いフィット感を与えることができ、ゲーム、仮想現実等において使用するために人体の所望のエリアに触覚フィードバックを与えることもできる。実施形態において、複数の調整可能相互作用要素１２０がそれぞれ、本明細書に記載されるようなアクチュエーター１４０も備えることになる。更なる実施形態では、選択された調整可能相互作用要素１２０のみがアクチュエーター１４０を備えることになり、それにより、幾つかの調整可能相互作用要素が主にユーザーに心地良いフィット感を与えるために機能できるようになり、他の調整可能相互作用要素がフィット感及び／又は触覚フィードバックを与えるために機能できるようになる。

図１Ｂに示される調整可能相互作用要素１２０の形状、サイズ及び場所は例示にすぎず、装着品に関して任意の適切な形状、サイズ又は場所を使用することができる。例えば、調整可能相互作用要素１２０は、円形、正方形、長方形、長円形、フットボール形、球形、不規則な形状等とすることができる。調整可能相互作用要素１２０のサイズは、直径、長さ、幅等において数ミリメートルから数センチメートル、数十センチメートル、そして数百センチメートル程度とすることができる。

本明細書に記載されるように、図１Ｂに示されるように、実施形態において、アクチュエーターを起動する、例えば、熱、機械的運動、静電フィードバック等を与えるために必要とされる電力を与えるために、アクチュエーター１４０に電源１０８を電気的に結合する、すなわち、接続することができる。電気的結合は、無線接続及び有線接続の両方を含む。電源１０８によって与えられる電力量は、一般的に、約０．１ワット（Ｗ）〜約１０Ｗ程度、より好適には約０．５Ｗ〜約５Ｗ若しくは約１Ｗ〜約５Ｗ、又は約０．５Ｗ、約１Ｗ、約２Ｗ、約３Ｗ、約４Ｗ若しくは約５Ｗである。例示的な電源１０８は、種々の電池パック及び太陽エネルギー源を含む。また、電源１０８は再充電可能システム、例えば、システムに電流を与える、本明細書に記載されるような圧電材料の使用を通して再充電することができるシステムを含むこともできる。

図１Ｂに示されるように、好適には外部デバイス又は信号源からの起動信号１５０を用いて、触覚アクチュエーター１４０を起動することができる。また、起動信号を用いて、調整可能相互作用要素１２０を拡大又は縮小することもできるが、好適には、ユーザーに心地良いフィット感を与えるための拡大及び縮小の制御は、装着品上に、又はその付近に位置するコントローラーから、ユーザーによって直接制御される。

例示的な起動信号は、携帯電話、タブレット、コンピューター、自動車インターフェース、スマートデバイス、ゲーム機等からとすることができ、例えば、テキストメッセージ又は電子メール、電話、アポイントメント等の受取を示すことができる。本明細書においてより詳細に記載されるように、起動信号１５０は、好適には、ゲームシステム又は仮想現実システムから生じる。

更なる実施形態において、外部デバイスと、本明細書に記載された調整可能相互作用要素及び／又は触覚アクチュエーターとの間にインターフェースを設けるために、好適には、コントローラーも含まれる。コントローラーのコンポーネントは、本技術分野において既知であり、好適には、例えば、バス、プロセッサ、入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラー及びメモリを含む。バスは、Ｉ／Ｏコントローラー及びメモリを含む、コントローラーの様々なコンポーネントをプロセッサに結合する。バスは、典型的には、制御バス、アドレスバス及びデータバスを含む。しかしながら、バスは、コントローラーのコンポーネントの間でデータを転送するのに好適な任意のバス又はバスの組み合わせとすることができる。

プロセッサは、情報を処理するように構成された任意の回路を備えることができ、任意の好適なアナログ回路又はデジタル回路を備えることができる。プロセッサは、命令を実行するプログラマブル回路を備えることもできる。プログラマブル回路の例として、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラー、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は命令を実行するのに好適な任意の他のプロセッサ若しくはハードウェアが挙げられる。種々の実施形態において、プロセッサは、単一のユニットを備えることもできるし、単一のコントローラー内に又は別個のデバイス内に物理的に配置される、２つ以上のユニットの組み合わせを備えることもできる。

Ｉ／Ｏコントローラーは、コントローラーと周辺デバイス又は外部デバイスとの動作を監視する回路部を備える。Ｉ／Ｏコントローラーは、コントローラーと周辺デバイス又は外部デバイスとの間のデータフローの管理も行う。Ｉ／Ｏコントローラーがインターフェースすることができる周辺デバイス又は外部デバイスの例として、スイッチと、センサーと、外部記憶デバイスと、モニターと、キーボード、マウス又はプッシュボタン等の入力デバイスと、外部コンピューティングデバイスと、移動デバイスと、送信機／受信機とが挙げられる。

メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等の揮発性メモリ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気メモリ、光学メモリ又は任意の他の好適なメモリ技術を含むことができる。メモリは、揮発性メモリと不揮発性メモリとの組み合わせを含むこともできる。

メモリは、プロセッサによって実行するための複数のプログラムモジュールを記憶するように構成される。このモジュールは、例えば、イベント検出モジュール、効果決定モジュール、及び効果制御モジュールを含むことができる。各プログラムモジュールは、データと、ルーチンと、オブジェクトと、呼び出しと、１つ以上の特定のタスクを実行する他の命令との集合体である。或る特定のプログラムモジュールが本明細書において開示されているが、種々の実施形態において、各モジュールについて記載される種々の命令及びタスクは、単一のプログラムモジュール、異なるモジュールの組み合わせ、本明細書において開示されるモジュール以外のモジュール、又はコントローラーと通信する遠隔デバイスによって実行されるモジュールによって実行することができる。

本明細書に記載される実施形態では、無線送受信機（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は赤外線送受信機を含む）を含むことができるコントローラーは、構造材料１３０に組み込むことができ、又は構造材料とは別個とすることができる。更なる実施形態では、コントローラーは、構造材料とは別個のデバイス上にあることができるが、本明細書に記載されるシステムの様々な構成要素に起動信号１５０を提供するように、好適には有線を介して、又はより好適には無線信号を介して接続される。

例えば、コントローラーは、ユーザーに触覚フィードバックを提供するように、本明細書に記載する触覚アクチュエーターのアクチュエーター駆動回路に起動信号１５０を提供することができ、アクチュエーター駆動回路は電源１０８と通信する。例えば、例としてコントローラーが無線接続を介してペアリングされている携帯電話又は他のデバイスがメッセージ又は電子メールを受け取るとき、所望の触覚フィードバックが発生することができる。追加の例としては、ゲームコントローラー、システム又はゲーム機、コンピューター、タブレット、自動車又はトラックインターフェース又はコンピューター、自動支払機又はキオスク、様々なキーパッドデバイス、テレビ受像機、様々な機械等のデバイスと関連付けられているコントローラーが挙げられる。こうした実施形態では、コントローラーは、好適にはアクチュエーター駆動回路に起動信号１５０を提供して、外部デバイスによって又は外部デバイスから発生する信号に応じて、ユーザーに触覚フィードバックを提供する。デバイスは、本明細書に記載する触覚フィードバックシステムの様々な構成要素が含まれる装着具の一部とすることもできる。デバイスによって提供することができる例示的なフィードバック又は信号としては、例えば、第三者からの入来するメッセージ又は通信、警告信号、ゲームインタラクション、ドライバー注意喚起（driver awareness）信号、コンピュータープロンプト等の指示が挙げられる。

本明細書に記載されるように、装着品は、種々のゲームシステム内で実現することができ、仮想現実又は拡張現実システムとともに、又はその一部として使用することができる。こうした実施形態では、装着品は、ユーザーが仮想現実システム又は拡張現実システムと相互作用する際にユーザーに触覚フィードバックを提供し、仮想現実又は拡張現実構成要素及びデバイスによって開始される応答又はフィードバックを提供することができる。例えば、ゲームシステム又は仮想現実システムにおいて、ユーザーは、キャラクタと物理的に相互作用するときに、又は一般にゲームの構成要素／背景とともに（例えば、触る、撃つ、蹴る、タックルする、落ちる等）、又はゲームの構成要素（例えば、銃弾、自動車事故、武器等）との相互作用があるときに、ゲーム又はゲームシナリオ内のキャラクタからの相互作用を体感することができる。当業者によれば、触覚フィードバックを利用することができる他のタイプの相互作用も容易に想像することができる。

また、本明細書において提供されるのは、ユーザーが自分の体の上に本明細書に記載される装着品を配置し、調整可能相互作用要素への流体又は気体の流れ（例えば、空気流）を増減して、調整可能相互作用要素を拡大又は縮小することによって調整可能相互作用要素（複数の場合もある）を調整する方法である。この調整は、ユーザーの心地良いフィット感を考慮し、提供し、そのフィット感は、ユーザーのサイズ、体形又は他の要望に合わせてカスタム化し、個人ごとに設定することができる。その際、装着品は、ゲームシステム、仮想現実システム又は拡張現実システムとインターフェースで結合することができるか、又は接続することができる。好適には、この接続は、ゲームコンソール又は仮想現実システムに対して無線で行われる。ゲームシステム又は仮想現実システムから起動信号１５０を受信すると、装着品内の触覚アクチュエーター（複数の場合もある）１４０がユーザーに触覚フィードバックを与える。そのようなフィードバックは本明細書に記載されており、実際には機械的（変形、運動、振動）とすることができるか、実際には静電的とすることができる。上記のように、触覚フィードバックは、ゲームシステム若しくは仮想現実システムの構成要素若しくはシナリオとの相互作用、ゲーム若しくはシステムのキャラクタ、又はユーザーによって行われた選択若しくは決定を知らせることができる。そのような相互作用は、物理的に撃つこと、蹴ること、殴ること、落ちること等と、温度の増減及び武器との相互作用等のような相互作用とを含む。ゲーム又は仮想現実シミュレーションを終了すると、ユーザーは、調整可能相互作用要素に縮小（すなわち、収縮）するように通知することができ、それにより、装着品をより容易に外すことができるようにする。

更なる実施形態において、本明細書において提供されるのは、テキスタイルと、テキスタイルに関連付けられる液体又は気体を封入することができ、液体又は気体供給源に流体接続される変形可能材料から構成される調整可能相互作用要素とを含む、触覚フィードバックを与えるための装着品である。本明細書に記載されたように、調整可能相互作用要素は、ユーザーに心地良いフィット感を与えるように拡大又は縮小し、及び／又はユーザーに触覚フィードバックを与える。装着品は、調整可能相互作用要素に関連付けられる触覚アクチュエーターを更に備える。

例示的なテキスタイルは、羊毛、綿、合成繊維、ナイロン等の種々の材料を含み、好適には、テキスタイルは、シャツ、ズボン、ボディスーツ、帽子、手袋、靴等の衣類の形をとる。

種々のポリマーを含む、調整可能相互作用要素として使用するための例示的な構成要素が、本明細書に記載される。さらに、例示的なアクチュエーターが本明細書を通して記載される。

実施形態において、装着品は、複数の調整可能相互作用要素を備え、各調整可能相互作用要素が、空気供給源のような液体又は気体供給源に流体接続されている。

上記で記載された種々の実施形態は、例示によってのみ提供されており、添付の特許請求の範囲を制限するものと解釈するべきではない。当業者であれば、本明細書において図示及び記載された例示の実施形態及び応用形態に従うことなく、また、添付の特許請求の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく行うことができる種々の改変及び変更を容易に認識するであろう。

本出願は、２０１７年１月５日に出願された米国特許出願第１５／３９８，８５６号の利益を主張し、その開示内容は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。

Claims (20)

1. 触覚フィードバックを与える装着品であって、
   構造材料と、
   前記構造材料に関連付けられる調整可能相互作用要素と、
   前記調整可能相互作用要素に関連付けられる触覚アクチュエーターと、
   を備える、装着品。
2. 前記構造材料は、テキスタイルを含む、請求項１に記載の装着品。
3. 前記テキスタイルは、シャツ、ズボン、ボディスーツ、帽子、手袋又は靴の形をとる、請求項２に記載の装着品。
4. 前記調整可能相互作用要素は、液体又は気体を封入することができる変形可能材料を含む、請求項１に記載の装着品。
5. 前記変形可能材料は、ポリマーを含む、請求項４に記載の装着品。
6. 複数の調整可能相互作用要素を備え、各調整可能相互作用要素は液体又は気体供給源に流体接続される、請求項１に記載の装着品。
7. 前記調整可能相互作用要素は、ユーザーに心地良いフィット感を与えるために拡大又は縮小する、請求項６に記載の装着品。
8. 前記調整可能相互作用要素は、ユーザーに触覚フィードバックを与えるために拡大又は縮小する、請求項６に記載の装着品。
9. 前記調整可能相互作用要素は、空気供給源に流体接続される、請求項６に記載の装着品。
10. 前記触覚アクチュエーターは、電磁アクチュエーター、スマート材料アクチュエーター、加熱機構、電動機構、静電アクチュエーター又はその組み合わせである、請求項１に記載の装着品。
11. 前記触覚アクチュエーターは、振動触覚フィードバックを与えるように構成される電磁アクチュエーター又は電動機構である、請求項１０に記載の装着品。
12. 前記触覚アクチュエーターは、静電触覚フィードバックを与えるように構成される静電アクチュエーターである、請求項１０に記載の装着品。
13. 触覚フィードバックを与える装着品であって、
    テキスタイルと、
    液体又は気体を封入することができる変形可能材料から構成される調整可能相互作用要素であって、該調整可能相互作用要素は、前記テキスタイルに関連付けられ、液体又は気体供給源に流体接続され、該調整可能相互作用要素は、ユーザーに心地良いフィット感を与えるために、及び／又は触覚フィードバックを与えるために拡大又は縮小する、調整可能相互作用要素と、
    前記調整可能相互作用要素に関連付けられる触覚アクチュエーターと、
    を備える、装着品。
14. 前記テキスタイルは、シャツ、ズボン、ボディスーツ、帽子、手袋又は靴の形をとる、請求項１３に記載の装着品。
15. 前記調整可能相互作用要素は、ポリマーを含む、請求項１３に記載の装着品。
16. 複数の調整可能相互作用要素を備え、各調整可能相互作用要素が前記液体又は気体供給源に流体接続される、請求項１３に記載の装着品。
17. 前記調整可能相互作用要素は、空気供給源に流体接続される、請求項１６に記載の装着品。
18. 前記触覚アクチュエーターは、電磁アクチュエーター、スマート材料アクチュエーター、加熱機構、電動機構、静電アクチュエーター又はその組み合わせである、請求項１３に記載の装着品。
19. 前記触覚アクチュエーターは、振動触覚フィードバックを与えるように構成される電磁アクチュエーター又は電動機構である、請求項１８に記載の装着品。
20. 前記触覚アクチュエーターは、静電触覚フィードバックを与えるように構成される静電アクチュエーターである、請求項１８に記載の装着品。

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