JP2019515724A - 多機能布感知システムおよび感知方法および物品 - Google Patents

Abstract

多機能布を使用する感知システムは、感知布を使用する前に周囲環境を自己監視し監視する能力を提供し、その結果、布を使用する前に布が適切に動作しているかどうかを決定することができる。システムは、以前の感知結果を決定するための情報および関心のある信号を連続的に監視するための情報を連続的に提供することができる。任意の間隔で問題が発生すると、システムはユーザーまたは監視センターに問題を通知し、問題を解決して監視されていない信号を提供し、フルタイムの監視を実現する。その結果、感知布を頻繁に交換する必要がなくなり、環境に優しい効果が得られる。より重要なことに、このシステムはエネルギー発生機構を有し、エネルギーを節約することができる。このシステムは、人間または動物に適用可能である。監視項目には、心拍、呼吸、体温、汗、血圧、血中酸素、姿勢、歩行、排泄、出血検出などが含まれる。パターンまたはボディペイントを皮膚に適用して、送電線または電極として機能させるか、または絶縁効果を提供するか、または静電気を放電する効果を提供することができる。布上のシステムは、布上のシステムと相互作用できる。換言すれば、2つは並行して動作することができる。これはバックアップとしても機能する。また、身体、布、靴、椅子の静電気を監視し、保管しても静電気を除去することができる。布を身体に引き付けて生理的信号を測定するために、静電効果を利用することができる。また、磁気誘導によって発電することができる。このシステムは、エンターテイメントおよびレジャーに適用可能であり、人間または動物を識別するために使用することができる。【選択図】図３２

Description

本発明は、生理的機能、姿勢、環境条件、布感知自体の状態を検出し、スポーツ医学、フィットネス、ヘルスケア、娯楽、産業安全性などに使用することができるインテリジェント感知布を用いたシステム、方法および物品に関する。このシステムは、工場出荷時から、自身や周囲の環境の感知を開始し、使用時の情報は蓄積されて継続的に記録される。システムがトラブルに陥っているときは、ユーザーまたは監視センターに通知され、そしてインテリジェント布感知システムの機能を実現することができる。

米国特許出願第201500126834号明細書に開示されているように、パターンがセンサとして布または皮膚に使用されていた。本願は、皮膚に適用されたパターンまたはボディペインティングを伝送ワイヤまたは電極として使用して、絶縁効果または静電気の発生および除去の効果を生じさせることができる。布上のシステムは、そのシステムと相互作用できる。換言すれば、2つは並行して動作することができる。それはまたバックアップになる。

米国特許第8,193,465号は、布上のスイッチおよびスイッチ上のセンサの使用、またはスイッチが布に使用されて姿勢の変化を感知することを記載している。

米国特許出願第20100170704号明細書には、亀裂を有する布を開示している。亀裂は両端に導電材料を有しており、外力を受けたときに変化し、その変化を検出することができる。

米国特許第8331097号は、コンデンサとして使用することができる布を開示している。コンデンサは充電可能であり、電池を使用することができる。付属品は必ずしも同じ布片に配置する必要はなく、2つの布片に別々に配置することができる。一方、電磁誘導を実現することができ、漏れを検出するための基準領域もある。前記特許は、電磁誘導が単一の布片上で達成され得ることについて言及していない。

米国特許第7750790号は、歪みゲージに関する。布に外力が作用すると、少なくとも1本の導電性糸の幾何学的特性が変化し、電気特性の対応する変化が感知される。前記センシングはインピーダンス（抵抗、キャパシタンス、インダクタンス）であり、磁束または電束が感知される。本願は、伝送ワイヤとすることができ、貯蔵のためにエネルギーに変換することができ、また無線伝送用のアンテナとして使用することもできる。

米国特許出願第20130066168号は、布容量センサを使用して生理的信号を生成するシステムを開示している。導電性の布と人体との間に、容量性センサが形成される。人体と布の間に静電気が及ぼす影響について、詳しくは述べられていない。

米国特許出願第20140343392号は、心拍検出または電極が良好に接触しているかどうかを開示している。乾燥電極または容量性結合は、電極と環境または人体との間の状態の変化に基づき、処理のためにどの信号が使用されるかを選択する。電極または布、接続ワイヤ、電極周囲のサスペンションストリップは、アンテナとして使用することができる。電極と身体表面との間のインピーダンスを測定するために、単一の電極と身体表面との間のインピーダンスよりも、2つの電極と身体表面との間のインピーダンスが測定される。

米国特許出願第2012015076号には、生理機能および姿勢を検出する技術が開示されている。前記特許出願によれば、一度に1つの生理的信号のみが読み取られる。

米国特許出願第20140084045号は、布地電子化のパターン形成、パッケージングおよび製造を開示している。

米国特許出願第20110282164号は、基板材料層と、基板材料層上に設けられた複数のセンサとを含む検知デバイスを開示している。前記特許出願によれば、2つの出力端が必要であり、外力が加えられたときにのみ検出が開始され、検出された値は異なっていなければならない。本願は、力が印加されずに可能な検出を提供する。さらに重要なのは、同じセンサの場合、値が同じであっても検出が可能であることである。力、ストレスまたは作用の適用がない場合、情報も読み取ることができる。同じ検出値を読み取ることができないという問題は解決される。同時に、2つの出力端を1つに減らすことができる。さらに、コントロールボックスがより多くの電力を節約できるように、無線送信も可能である。

以下に開示される好ましい実施例または実施例に加えて、本発明は、様々な方法で実施され得るか、さもなければ実行され得る。したがって、本発明は、以下の説明または図面に記載された構成要素の構成およびレイアウトの詳細によって限定されるものと解釈されるべきではないことが理解される。以下で説明するように、1つの実施形態のみが存在する場合、特許請求の範囲は、その実施形態に限定されるべきではない。さらに、排除、制限、権利放棄の明確かつ説得力のある証拠がない限り、クレームは厳密に限定されない。本発明の目的は、より少ないワイヤによる外力の影響を受けるかどうかに関係なく、読み取ることができる任意の外部環境変化および内部情報を読み取ることである。本発明の検知システムは、布、皮革、衣服、ベッドシーツ、シートなどに適用することができる。それらはユーザーがより快適になるようにコネクタが少なくなっている。それらはまた、外部環境の応答を検出することもできる。感知構成要素のいかなる異常も使用者に直ちに通知することができ、装置の欠陥および注意点を感知することができる。人間または動物の行動を検出することができるため、身分証明書および行動療法として使用することができる。

上記課題を解決するために、本発明の目的は、値が同じであっても、力、ストレスまたは作用の適用の有無にかかわらず、検出および情報を読み取ることができる検出システムを提供することである。それはユーザーがより快適に感じるようにコネクタが少なくなっている。外部環境の応答も検出することができる。

本発明の別の目的は、静電干渉の除去、さらには電気の貯蔵を提供することである。静電効果は、身体に付着した布によって生理的信号を測定するためにも使用することができる。

本発明の別の目的は、絶縁効果または静電気の発生および除去の効果を生じさせることができる伝送ワイヤまたは電極として、皮膚に適用されるパターンまたはボディペインティングを使用することである。布上の本願のシステムは、相互作用することができる。換言すれば、2つのシステムは並行して動作することができる。これはバックアップの役割も果たす。本発明の別の目的は、布抵抗センサまたはインピーダンス脈波センサを使用して生理的信号を生成する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、布上の電磁誘導による発電を提供することである。

本発明の他の目的は、センサとしての使用が可能であり、保管のためのエネルギー変換が可能であり、無線伝送用のアンテナとしても使用できる伝送ワイヤを提供することである。

本発明の別の目的は、電極と体表面との間のインピーダンスの測定が、単一の電極と体表面との間のインピーダンスを測定することによって行われるシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、身分証明書を置き換えることができる人間または動物の識別として使用できるシステムを提供することである。上記の説明は、本発明の技術的側面の概要のみに過ぎない。本発明のこれらおよび他の目的および技術的側面をさらに理解し、説明に基づいて本発明を実施するために、以下の実施形態および図面が提供される。

本発明の第1の形態（並列）を示す図である。 本発明の第2の形態（直列）を示す図である。 LC及びバンドパスフィルタを直列に配置したセレクタの実装を示す図である。 3つの同じサーミスタの周波数応答図である。 ツェナーダイオードをセレクタとして使用した図である。 4つのセレクタの効果を示す図である。 図７−１は、抵抗センサの応答線図である。図７−２は、キャパシタを使いしたときの応答線図である。 抵抗センサにキャパシタを追加した図である。 図9-1は、布の誘導性呼吸記録図であり、図9-2は、別の布誘導性呼吸記録圧図である。 4つのセンサの実施形態を示す図である。 低インピーダンスの電極として、電極の下側の列を示す図である。 1本の物理的なワイヤと1つの接続点を生成するための浮遊容量の使用を示す図である。 高品質の信号を得るために、下側の列に1つ以上の基準電極を使用することを示す図である。 電子部品に直列に接続できる検知電極として使用される下側の列の電極を示す図である。 複数組の検知電極を有する実施形態を示す図である。 同じ組のワイヤを共有する心電図電極および筋電図電極の実施形態を示す図である。 1本のワイヤを共有する心電図電極および筋電図電極の電気回路の概略図を示す。 異なる周波数での多機能検出を示す図である。 光ファイバを用いたウエアラブルシステムの構成を示す図である。 光ファイバを用いたウエアラブルシステムの他の構成を示す図である。 インナーウエアからアウターウエアに光を伝送するための光ファイバ間の接触を示す図である。 光ファイバを伝送する電気信号の構成を示す図である。 人体伝導率を用いた接地線の導通を示す図である。 センサ信号をピックアップするための２つ以上のセレクタを同時に開始する図を示す。 検出回路に接続されたセレクタを示す図である。 電気生理的信号およびセンサ信号が一組のワイヤを同時に共有する図を示す図である。 多機能システム及びバックアップ部品の完全な構成図を示す図である。 従来の電極と並列に使用される容量結合電極の図である。 静電誘導効果を示す図である。 静電誘導の効果の詳細図を示す。 図31-1は、2つの層の布の静電誘導効果を示し、図31-2は、2つの層の布の静電誘導の効果を示し、図31-3は、2つの布層の静電誘導の効果を示す図である。 図32-1は、静電センサの構成を示す図である。図32-2は、静電センサの詳細な図である。 摩擦発生静電気を示す図である。 電気を発生する風の動きを示す図である。 電池残量計のデザインを示す図である。 図36-1は、おむつの上面図を示す図である。図36-2は、おむつの側面図である。 コンデンサ電池の図である。 図38-1は、バックアップ部品のデザインを示す図であり、図38-2は、バックアップ部品のデザインを示す図である。 電気エネルギー回収ワイヤの線図である。 無線周波数（RF）アンテナ、送電ワイヤ（DC）、および検知信号（AC）のための伝送ワイヤとして機能することができる伝送ワイヤを示す図である。 インナーウエアからアウターウエアに伝達する、アンテナとしても機能する送信ワイヤを示す図である。 磁性材の振動による発電の説明図である。 他の磁性材の振動による発電を示す図である。

パート1：接続ワイヤの低減
既存のSPIまたはI2Cインタフェースは、この一ワイヤ要件を満たすように設計されている。ただし、SPIとI2Cの両方には、マイクロコントローラと適切な電源が必要である。着用者が快適に感じ、干渉することなく動くようにするためには、センサは非常に小さくなければならず、接続ワイヤはごくわずかでなければならず、電源供給が困難になる。非常に多くの制限があり、既知のSPIまたはI2Cを使用して複数のセンサを接続することは困難である。本発明は、マイクロコントローラが2本のワイヤを用いて複数の（アナログ）センサを同時に接続することができ、センサの応答をそれぞれ検出することができる回路構造を開示する。

例えば、以下の実施形態で使用するのに適したセンサは、マイクロホン（心臓パルス音または音声をピックアップする）、生理用電極、湿度計、サーミスタ、抵抗器または容量性歪みゲージ、フォトレジスタ、フォトダイオード（紫外線、可視または赤外線などの異なる波長の光学フィルタを持つ、環境の明るさを検出するセンサ）、気圧センサ、ガスセンサ（アルコール、一酸化炭素、二酸化炭素のセンサ）などである。

また、以下の実施形態で説明するセンサは、振動モータ、LED、ホーン、ブザー、エアバッグを含むカフ、電極蘇生装置、経皮的神経電気刺激装置（TENS）などに用いられる電極など、各種アクチュエータに適用することができる。

本発明の第1の構成を図１に示す。Gはセレクタを表す。各セレクタGは異なるスイッチオン及びスイッチオフ条件を有するので、主周波数発生器Vは、異なる周波数又は異なるバイアスのような異なる特性の信号を送出することによって、あるセレクタGを選択的にスイッチオンし、他のセレクタＧをスイッチオフすることができる。Sはセンサ（サーミスタやひずみゲージなど）を表す。各センサはセレクタに直列に接続され、センサは並列に接続され、2本のワイヤに接続される。2本のワイヤのうちの1本は共有接地線（GND）であり、もう1本は信号線である。主周波数発生器V（周波数またはバイアスを変えることができる電圧源）からの信号は、マイクロコントローラによって設定され、電圧計M（電流を測定する）を介して各セレクタの入口に到達する。各セレクタGは、主周波数発生器Vの信号特性に応じてオンまたはオフに切り替えられ、電圧計Mが特定のセンサ信号を取り込むようにする。その後、信号はデジタル化され、マイクロコントローラに送信される。

セレクタのうちの1つ（G3など）も、図1では省略することができる。1つのセンサ（S3など）を電圧計Mに直接接続できるので、他のセレクタ（G1およびG2）がオフ状態になるように周波数発生器が設定されているときに、電圧計MによってS3が依然として感知され得る。他のセレクタ（G1など）がオンのとき、電圧値MはS1 + S2を取得する。S1が既知であるので、S2も得られる。

本発明の第2の構成を図２に示す。Gはセレクタを表す。各セレクタGは異なるスイッチオン及びスイッチオフ条件を有するので、主周波数発生器Vは、異なる周波数又は異なるバイアスのような異なる特性の信号を送出することによって、あるセレクタGを選択的にスイッチオンし、他のセレクタＧをスイッチオフすることができる。Sはセンサ（サーミスタやひずみゲージなど）を表す。各センサはセレクタに並列に接続され、センサは直列に接続され、2本のワイヤに接続さる。2本のワイヤのうちの1本は共有接地線（GND）であり、もう1本は信号線である。主周波数発生器V（周波数またはバイアスを変えることができる電圧源）からの信号は、マイクロコントローラによって設定され、電圧計M（電圧を測定する）を介して各セレクタの入口に到達する。各セレクタGは、主周波数発生器Vの信号特性に応じてオンまたはオフに切り替えられ、電圧計Mが特定のセンサ信号を取り込むようにする。その後、信号はデジタル化され、マイクロコントローラに送信される。

セレクタのうちの1つ（G3など）も、図1では省略することができる。1つのセンサ（S3など）を電圧計Mに直接接続することができるので、他のセレクタ（G1およびG2）がオン状態になるように周波数発生器が設定されている場合には電圧計MによってS3を検出することができる。上述したように、S1およびS2を得ることもできる。

米国特許第8193465号、米国特許出願第20100170704号、および米国特許第8331097号からのものは、セレクタとして使用することができるが、シグナルの検出を開始するためまたは治療的加熱を提供するために、外力を加えなければならないという条件の下で使用される。

第1の実施形態：セレクタはLCバンドパスフィルタによって実現される。

図3に示すように、セレクタG1として中心周波数100Hzのバンドパスフィルタを用い、セレクタG2として10KHzのバンドパスフィルタを用い、セレクタG3として1MHzのバンドパスフィルタを用いる。センサS1、S2、S3は、同じ特性（室温で1Ω）のサーミスタで、ユーザーの左の脇の下、右の脇の下、および襟にそれぞれ取り付けられ、左と右の脇の温度と周囲の環境温度を測定する。バンドパスフィルタは、直列に接続されたインダクタとキャパシタとで実現され、その周波数-インピーダンスは図４に示されている。

周波数発生器Vは、調整可能な周波数を有する定電圧源である。周波数発生器Vが100Hzの周波数を発生すると、セレクタG1のインピーダンスはゼロに近づき、セレクタG2およびG3は200KΩに近づく。センサS1、S2、S3が1Ωサーミスタの場合、G1とS1の直列インピーダンスは1001Ωで、G2とS2及びG3とS3の直列インピーダンスは200.001KΩである。換言すれば、2つのセンサおよびセレクタのグループG2とS2およびG3とS3によって生成される干渉は、G1とS1の検出信号の1パーセントである。同様に、周波数発生器Vが10KHzの周波数を発生するとき、主検知信号はG2とS2から来る。周波数発生器Vが1MHzの周波数を発生すると、主検知信号はG3とS3から来る。比較的高い精度を必要としないアプリケーションでは、他の2つのグループによって引き起こされる干渉は無視でき、ある周波数で直接得られた結果は理論値に近似する。より高い精度を要求されるアプリケーションでは、3つの周波数を用いて3つの測定結果を得ることができ、3つの変数を用いて連立方程式を解くことにより、より正確なS1、S2、S3を得ることができる。上記の回路は、回路設計を容易にするために実際のものに非常に近い結果を得るために、SPICE（エレクトロニクス業界で広く使用されている）によってシミュレートすることができる。

セレクタは、狭い周波数帯域によって特徴付けられるセラミックまたは石英バンドパスフィルタによって実現することができ、多数のセンサを同時に対応することができる。

あるいは、ダイナミックインピーダンスが無視できる逆バイアスのツェナーダイオードによって実現できる。

セレクタは、LM385やリードスイッチ、マルチプレクサなどの定電圧コンポーネントで実装することもできる。

リードスイッチを例に取る。トップ側の脇の下にサーミスタが配置されている。この側のスリーブの内側に磁石が配置され、この側の外側にリードスイッチが配置されている。腕がこの側にたるんだ姿勢にあるとき、脇の下の温度は身体の中心温度に近い。一方、磁石はリードスイッチに近接して接続状態を形成する。このとき、Mは正しい体温を感知することができる。

第2の実施形態：図５の回路に示すように、G1、G2、G3はそれぞれ2.0,3.0,4.0のツェナー電圧を有するダイオードである。

第3の実施形態：セレクタは整流器ダイオードによって反対方向に実装される。

ツェナーダイオード効果と同様の効果は、図６に示すような順方向バイアスが相違する、異なるタイプのダイオードを使用することによっても形成することができる。

S5は、それらの間にセレクタを介さずに電圧計に直接接続されている。バイアスと振幅が0.2Vより小さいと、S5だけが電圧計によって感知され、他のセンサはオンにならない。D1〜D4がオンにならないので、S5の値が得られる。周波数発生器が+0.3Vのバイアスを与えると、S4 + S5が得られる。同様に、S5は、心電図、筋電図または脳波の電極であってもよい。これらの生理的信号の振幅は0.2Vよりはるかに小さいので、D1〜D4はオンにならず、他のセンサの信号と混同することはない。

図６のS5は、電気生理的信号をピックアップし、他のセンサと共有するための導電性布（電極）のセットであってもよい。まずゼロバイアスでS5の電流値を測定し、バイアスの大きさと方向を調整してD1をオンにする。上記の例と同様に、S1とS5の電流の和が得られ、S5の電流値が減算される。

人体に接触する2つの導電性布S5は、呼吸を測定することもできる（米国特許出願第20130066168号）。さらに、S1およびS2は、呼吸、心拍、姿勢または動きを読み取るために2つの容量センサに接続することができる。2つの容量性センサは、米国特許第8331097号、米国特許第77507902号、米国特許出願第20130066168号に記載されているように、正弦波またはパルス波を使用してその間のキャパシタンスを測定することができる。

導電性布は抵抗センサに並列に接続することもでき、センサはセレクタに直列に接続する必要はなく、DCとACで区別することができる。

汗により導電性布と人体との間の静電容量が読みにくい場合、本発明では、S1/D1とS2/D2を並列に接続することができる。わずかなバイアスが印加された後、S1、S2および容量性電極を選択することができる。バイアスはあるものの、それはまだ予測可能で推計可能である。

S2がマイクロホンなどの能動部品である場合、2つの電極間の身体インピーダンスがマイクロホンの出力インピーダンスよりも大きい限り、本来S2に接続されているD2は省略することができる。S2と電極とが並列に接続され、ワイヤを引き続き共有することができる。

汗により導電性布と人体との間の静電容量が読みにくい場合には、本発明ではインピーダンス脈波計測図を読み取ることができ、呼吸や体動などをまた得ることができる。この場合、抵抗（R、実部）と誘導リアクタンス（X、虚部）が同時に得られる。J Intern Med Taiwain2012；23：245-253のような、体脂肪や体内水分を推定するために、すなわち多機能性と多目的性を達成するために、それを使用することもできる。あるいは、直流電流を用いて抵抗値を測定し、皮膚抵抗または汗を測定することができる。

図6において、S1、S2、S3、S4は、身体の特定部分に取り付けられた一組の電極、例えば、人体に接触する一組のインピーダンス脈波計電極（電極は導電性材料からなり、例えばシルバー布のような布上に固定されている）とみなされる。S1、S2、S3、S4は可変抵抗器とみなすことができる。コントロールボックスから弱い高周波（約50KHz）の電流が入力され、呼吸や動きに伴って両端の電圧が変化する。したがって、これを呼吸または動きのセンサとして使用することができる。4つの電極を用いて、血圧（センサ2014,14（8）、14858-14872）も測定することができる。上述したように、コントロールボックスの周波数発生器は、特定の方向及び大きさのバイアスを出力することができ、S1、S2、S3及びS4のうちの1つを互いに干渉することなく別々にオンすることができる。この構成は、電気生理的信号を測定する電極を並列に接続することができ、S1、S2、S3、S4との干渉は起こらない。

上記の電極は、多機能を達成するためにECG電極として使用することもできる。例えば、先行特許に示されているように、開始時に直流抵抗（汗度）が測定され、交流の場合にキャパシタンスが測定される。十分濡れていれば、従来のECG回路が使用される。乾燥しすぎる場合、容量結合型心電図回路が置換され、別のフィードバック電極が始動される。フィードバック電極は、コンデンサに直列に接続することができる。

2つのセンサ（電極も含む）を区別するために、コンデンサ（S2+キャップ）を追加し、もう1つはコンデンサ（S1）なしとすることができる。したがって、DCの場合はS1が測定され、ACの場合はS2が測定される。

図８に示すように、C4/R1またはC5/R2は、異なるバイアス方向を適用することによって選択できる。次に、DCまたはACを印加することによって、Rを別々に測定するか、RCを並列に接続する。

インピーダンス脈波計測は、布抵抗センサまたはインピーダンス脈波センサを使用して生理的信号を生成する方法であり、少なくとも1つの布を含み、少なくとも1つの導電性領域が前記布上に配置され、信号回路が設けられる。導電性布は人体と抵抗またはインピーダンスを形成し、布抵抗センサまたはインピーダンス脈波センサは、抵抗R、コンデンサC、インダクタL、オペアンプ、ダイオード、シュミットトリガ、CMOS電界効果結晶、トランジスタ、または集積回路と直列または並列に接続され、周波数、周期、電圧または電流を変化させる充放電回路を形成することができる。人体と布の間に圧力、引っ張り力、トルクまたは張力があるとき、回路は信号を送る。システムは、導電性布と人体との間の抵抗センサまたはインピーダンス脈波センサの値の変化を受信し、この変化は周波数、電圧または電流の変化によって表される。生理、媒体（汗、血液、リップクリーム）、姿勢変化、人体と布との間の媒体変化、または受けた力の少なくとも1つの情報が、周波数、電圧または電流の変化によって分析される。

この方法は、前者のコンデンサに関する米国特許出願第20030066168号と全く同じであるが、前者は静電容量を測定することであり、本願は導電性布と人体との間のインピーダンスを測定する。詳細は上記と同じであるので、本明細書では説明しない。

上記のシステムでは、スイッチが導電性布に接続されているか、またはスイッチ自体が抵抗センサまたはインピーダンス脈波センサである。

上記のシステムにおいて、生理的状態、姿勢および力の変化は、周波数および電圧―電流曲線の変化によって測定することができる。

上記のシステムでは、少なくとも2つの前記導電性布があり、そのうちの1つは基準導電性領域であり、前記基準導電性領域は接地されている。

上記のシステムでは、システムは姿勢を検出するために使用することができ、心拍、呼吸、湿度、嚥下、発汗、体温、咳などの生理的情報を検出するためにも使用することができる。

上記のシステムは、身体のどこで生理的信号が生成されているかを知るために、位置決めのために使用することもできる。

上記のシステムにおいて、導電性領域は、心拍、呼吸、脳波、筋電図、心電図、体脂肪含有量または汗を検出するために使用される生理的信号センサ、すなわち電極としてさらに使用することができる。または導電性布は、経皮神経電気刺激、熱または冷却を生じさせる治療電極として使用される。

上記のシステムでは、導電性布は、衣類、帽子、靴下、靴、ベッドシーツ、手袋、ステアリングホイール、松葉杖、テーブルクロス、カーペットまたは義肢上にデザインされる。

上記のシステムは、汗、創傷、発汗、薬の塗布およびパウダーメイクによって引き起こされる抵抗またはインピーダンスの変化を検出するためにも使用することができる。

上記のシステムは、関節角、角速度、角加速度を検出することができる。

上記のシステムはまた、人の位置、速度、加速または移動距離を検出することができる。

上記の方法は、歩行、歩行安定性、倒れ、睡眠活動マップまたは動きを検出するためにも使用することができる。

導電性布は、人体に直接接触していなくてもよく、導電性布と人体の間に、布、ゴム、プラスチックフィルム、防水布、コーティング布、印刷体が配置されてもよい。

図6に示すように、センサが全て純粋な抵抗である場合、電流波形は整流された正弦波である。したがって、それは半周期の正弦波であり、下半分はゼロである（図7-1）。単純な回路および信号処理技術しか使用できない場合、このタイプの波形に対して真のインピーダンスを得ることは容易ではない。より正確な結果を得るために、抵抗センサの次にコンデンサを追加することができ、図８に示すように、単純な回路と信号処理方法を使用して、より正確な結果を得ることができる。このため、正弦波のピークで信号を取り込む必要はなく、偏差の少ない結果を得ることができる。図7-2に示すように、比較的正確な結果を得るために、単純な回路および信号処理方法を使用することができる。

一方、呼吸または身体の動きを測定するために、布誘導性呼吸記録器を使用することができる。これはアンテナや電磁波、磁界センサなどであってもよく、姿勢、身長、体重、ハンドバッグにおける重さなどを測定できる。同様に、誘導型呼吸記録器はサーミスタに並列に接続することができるので、体温または周囲温度を同時に測定することができる。

人体は、呼吸を読むだけでなく、その場所での収縮の変化を読み取ることができる複数の誘導式呼吸記録器センサで包むことができる。誘導式呼吸記録器センサ間に相互インダクタンスも存在し、これは図9-1、9-2に示すように身体の様々な部分間の相互運動を測定するためにも使用することができる。

図10に示すように、誘導式呼吸記録器センサ（人体に直接接触しないことが利点である）もまた並列に接続することができる。ユーザーが電極に敏感である場合、呼吸信号は誘導型呼吸記録器センサによって読み取ることができる。誘導型呼吸記録器センサ自体がインダクタであることを考慮すると、DCインピーダンスは非常に低く、他の電極またはセンサと直接接続すると、干渉を引き起こす可能性がある。コンデンサ直列誘導呼吸記録器センサを本発明で使用することができ、周波数発生器は、干渉を引き起こさないグループのLC共振周波数によって誘導呼吸記録を測定する。図１０に示すように、右側の2組のLCのインダクタンスは、誘導型呼吸記録器センサである。コンデンサを直列に接続すると、特定の共振周波数を得ることができる。電極の周波数帯域が上図の周波数帯域と異なる限り、干渉を心配することなく別々に検出することができる。

図11に示すように、下部電極列は、低インピーダンス電極として設計され、基準電極として機能することができる。下部電極列は、検知電極であってもよい。上部電極列は検知電極として機能し、そのインピーダンス値はそれが位置する場所の呼吸運動または他の生理的条件に依存して変化する。基準電極（低インピーダンス電極）を共用することができ、並列に接続された2組の電極（例えば、胸部と腹部の合計）の信号を読み取ることができるが、分離することはできない。

本発明では、コントロールボックスと人体との間の浮遊容量を用いて基準電極同士を接続することも可能であり、すなわち、一方の接点を省略することができるので、図１２に示すように、物理的なワイヤと接続点は1つずつだけとなる。

図１３に示すように、基準電極は下部列で十分である。もう1つの基準電極がある場合、一方の電極が従来の電極と同じ機能（インピーダンスが同じく低い）であれば、つまりもう1つの保証が得られれば、高品質の信号を得ることができる。検出電極は、直列のLまたはCによって周波数分離を達成することができる。Lは高周波数を拒絶して低周波（LF）を通過させ、Cは低周波数を拒絶して高周波（HF）を通過させる。代わりに、すべての周波数はLCなしで導電（AF）し、したがって3つの周波数帯域が分離される。実際の測定方法は、低周波（LF）信号をA+Bに、中間周波（IF）信号をBに、高周波（HF）信号をC+Bにそれぞれ与える。

下部電極列に基準電極ではなく検出電極として使用する電極があれば、電子部品（コンデンサ、インダクタ、ダイオード、LCなど）を直列に接続することができ、その電位は基準電位から分離される。コンデンサは、図1４の例である。同様に、上述したように、他の部品を直列に接続することができ、以下同様である。

図15は、複数組の検出電極に対応することができるLCバンドパスフィルタである。上述したように、下部電極E6〜E10は、用途に応じて1つ以上省略してもよい。

LまたはCフィルタと、異なる方向の2つのダイオードは、複数組の検出電極に対応できる。異なる方向にバイアスが印加されている限り、一方の組をオンにし、他方の組をオフにすることができる。同様に、異なる逆崩壊電圧のツェナーダイオードまたは異なるカットイン電圧の整流ダイオードを使用して、互いに干渉することなく複数組の検出電極を並列させることができる。

導電性布は、生理的電気信号をピックアップするための電極として使用され、信号自体の異なる周波数を使用して、複数の信号を1つのラインで同時に伝送することができる。 例えば、図１６に示すように、心電図電極は、EMGと同じワイヤ組を共有することができる。

例えば、心電図電極は、2つのタイプ、すなわち、乾燥電極およびコンデンサ電極を含む。乾燥電極は、吸水性の高い綿の導電性布を介して生理的電気信号を読み取ることができる。容量性電極には、炭素繊維および導電性シリコーン布が適している。身体の様々な部分では、発汗の程度が異なり、肌の質が異なるため、乾燥電極の面積は異ならせる必要がある。指の皮膚のインピーダンスが低く、赤ちゃんの皮膚インピーダンスが低いため、電極面積を小さくすることができる。測定された皮膚インピーダンスは、ステンレス鋼線を介して10MΩであり、皮膚が非常に濡れているとき2MΩであるので、乾燥電極ECGのインピーダンスが5MΩ未満である場合に、ECGを読み取ることができる。この特徴によれば、ステンレス鋼線をECGの伝送ワイヤとして使用することができる。コーティングは不要であり、読み取りを妨げない。乾燥電極が実際の人体測定において長時間水分飽和を維持する必要がある場合、PVAやクリスタルマッドなどの水分飽和材料、またはPUなどの防水材料でコーティングすることができる。これらが乾燥電極に添加されると、2日以内に水分放出を確保し、表面導電性布のインピーダンスが5MΩ以内になることを実現する。

先の米国特許出願第20140343392号の布は、図7（h）に示すように、電極の周縁にメッシュ布を有し、フィルタリング機能を有する。本願ではメッシュ布が弾性バンドのリングに置き換えられ、同じ効果を発揮する。フィルタリング機能を備えたシルバー布または導電性布が弾性バンド上を移動すると、ECG、EMG、脳波なども読み取ることができる。

心電図電極は身体の側面に取り付けられ、EMG電極は左上腕に配置される。2組の電気生理的信号の相互作用の干渉を低減するために、本発明では、電極の一端に直列に抵抗器を接続し、次に共通ワイヤに接続することができる。信号は、コントロールボックスの計装アンプの正と負の入力（PとN）に送信され、周波数の異なる2つのバンドパスフィルタが使用される。ECG周波数帯域は0.6〜40Hzであり、EMG周波数帯域は50〜300Hzであり、別々に取得することができる。

異なる位置で電極によって得られる心電図または筋電図信号の出力インピーダンスが全く異なる可能性があることを考慮すると、図１７のR4〜R7を選択的に省略することができ、それにより回路が簡単になる。

図17に示すように、電極は直列に抵抗を接続し、本発明はこの原理を一般化する。電極がコンデンサまたはインダクタンスを直列に接続するとき、電極は電気生理的信号（ECG、EMGまたはEEG）をピックアップするだけでなく、血管容積変化図を介して脈波を測定するため、又は容量性センサを介して、身体の運動または呼吸、皮膚表面の汗、または体組成（体脂肪および水分など）を測定するために体内に電流を入力するためにも使用できる。図18に示すように、各電極を用いて体内に電流を流すと、最低周波数の信号はL1（例えば10Hz）を通過し、最高周波数の信号はC3（例えば30MHz）を通過する。適切なキャパシタンスインダクタンス値は、L2/C1およびL3/C2の共振周波数をそれぞれ1Kおよび100Kにするように設定される。そして、上記の周波数の異なる周波数発生器をGから左のR、L、C、電極にそれぞれ入力することにより、各電極組の検出値を得ることができる。一般に、図の下方の電極の身体インピーダンスは、それに接続されたLCのインピーダンスがセット周波数で、数千オームまたは数万オーム（数百オームよりずっと大きい）に達する限り、約数百オーム程度であり、相互干渉が十分に低くなる。逆に、これらの電極が生理的信号を検出するための電極として使用される場合、R、L、Cおよび電極に接続された生理的周波数発生器は、コントロールボックスの入力インピーダンス（Riで表される）に面する。意図的に低抵抗の抵抗を配置しないと、通常Riは人体のインピーダンスと上記周波数のL、Cのインピーダンスよりもはるかに大きい数MΩの計装アンプの入力インピーダンスを生じさせ、L1〜L3またはC1〜C3さえも低インピーダンスの導体とみなすことができ、生理的信号の伝達の障害にはならない。

人体に接触する布電極は、並列の抵抗とコンデンサと等価と見なすことができる。皮膚が乾燥している場合、接触抵抗は大きいが、その静電容量は依然として存在する。皮膚が乾燥している場合、従来の心電図増幅回路では良好な信号を得ることが困難であり、このとき後述する容量結合型の心電図回路に切り替えることができる。

また、上記ワイヤは、光ファイバ、裸線、絶縁電線であってもよく、その伝送ワイヤは、印刷回路、導電性インク、光ファイバ、導電性フィルム、導電性繊維、導電性シリコーン、導電性ゴムなどであってもよい。

また、上記の伝送ワイヤや各種センサを、電波干渉の影響が少ないだけでなく、同一の光ファイバで容易にマルチタスク同時伝送を実現でき、光ファイバ自体がセンサとして同時に作用するという利点を有する光ファイバや光ファイバセンサに置き換えることも可能である。上記伝送ワイヤを光ファイバに置き換えれば、コントロールボックスと布との間の伝送信号を、1つの接点で容易に実現することができる。例えば、図1９に示すように、布上に一緒に融着された幾つかの繊維があり、センサの端部は、LEDを介して異なる色の光（R、G、B）を発しており、これらはコネクタを介してコントロールボックスに送信される。コントロールボックスは、波長選択型光学コーティングのビームスプリッタを有し、異なる色の光を異なるフォトダイオードに送り、コントロールボックス内の回路による次の処理のために電気信号に変換する。

図19は、ウエアラブルシステムに適用される光ファイバの構造図である。異なる波長を用いて、複数のセンサを本発明の同じファイバ上に接続することができる。図中、S1、S2、S3は3つのセンサであり、それぞれ異なる色のLEDに接続されている。ファイバに光を放射し、シングルポイントコネクタ（CON）を介してコントロールボックスに接続する。赤色光、青色光および緑色光は、バンドバスフィルタフィルムでコーティングされたビームスプリッタ（BS）と凸レンズ（L2、L3、L4）により、それぞれ異なる感光ダイオード（PDR、PDB、PDG）に入射する。

例えば、布の端部は発光構成要素を有さないが、光はコントロールボックスによって完全に放射される。それはビームスプリッタを介して光ファイバに入り、フィルタは布の内側に配置され、異なる色の光が異なるセンサに入射する。光がセンサによって変調された後、光はファイバに反射してコントロールボックスに戻り、光電変換されて電気信号に変換される。

図20は、ウエアラブルシステムに適用される光ファイバの構造図である。異なる波長を用いて、複数のセンサを本発明の同じファイバ上に接続することができる。コントロールボックスはCONの右側にある。赤色光源（SR）、青色光源（SB）および緑色光源（SG）は、ビームスプリッタ（BS）によって混合され、凸レンズを介してファイバに入力される。図中、S1、S2、S3は3つのセンサである。ファイバとセンサとの間には、異なる光色を有するバンドパスフィルタがあり、特定の光波のみを通過させる。例えば、上図において、S1は赤色光フィルタに接続され、S2は青色光フィルタに接続され、S3は緑色光フィルタに接続される。特定の波長の光波はセンサに入射し、センサで変調された後、センサの下方の鏡で光ファイバに反射され、さらに光ファイバを通りコネクタ（CON）を介して、マルチプレクサMUX1およびMUX2を通して他色光と一緒に、コントロールボックスに戻される。凸レンズを通過した後、BS1でB4、B5、B6にそれぞれ反射され、バンドパスフィルタでコーティングされたL2、L3、L4を通過して赤色光、青色光、緑色光がそれぞれ選択される。この構造では、S1、S2、S3は1つの光ファイバを共有することができ、コントロールボックスと布との間には1つの接点のみが必要である。

光ファイバ自体は、センサであってもよい。図のS1を例にとる。S1が光ファイバ片であり、端にミラーがある場合、S1が引っ張られたり押されたり捻られたりすると、その構造が変化し、伝送損失が増加し、その力の大きさが分かる。

光ファイバは、伝送ワイヤおよびセンサとして使用することができ、また、スペアワイヤとして使用することもできる。切り替え方式は、次の通りである。光ファイバが非常に細くて柔らかいため、布への応用に非常に適している。したがって、主伝送ワイヤまたは光ファイバの側にバックアップのための別の光ファイバを配置する例をシミュレートすることができる。上図のMUX1とMUX2は、単純な2ビーム重畳、機械的に操作される単極双投スイッチ（モータまたはマニュアルで切り替え可能）、または電気的にスイッチされ光電結晶を含む光電スイッチ（OEスイッチ）を選択できる。光電スイッチを切り替えるには、コントロールボックス上での直接の電気駆動に加えて、光ファイバから光電スイッチに光を送信してから、上の例のように特定の光電スイッチを選択するためにフィルタを使用する。次に、感光ダイオードにより光を電力に変換し、光電スイッチを駆動して切り替えを行う。光ファイバは、（図21に示すように）アンダーウエアからアウターウエアまで水平線から垂直線を形成し、光を導くために繊維と接触している。

理論的には、光ファイバは光の漏れを抑制することができるが、外力によって押されるとその構造が変化し、その結果、押された位置で光が漏れることは避けられない。本願の特徴によれば、本来の光ファイバコネクタまたは電気コネクタから信号を送信する必要なしに、信号を布から本発明の他の場所（ベッドまたは椅子など）に伝送することができる。上記の例をシミュレートしたように（ワイヤは十字交差している）、光ファイバは信号を伝送する特定の部分を選択することもできる。

光ファイバは、信号伝送（例えば、ECG）に使用することができ、光ファイバセンサ（力感知）として使用することもできる。

本来、電気信号であり、心電図のように光によって直接捕捉されにくい信号については、単純な電気―光変換回路を介して電気信号を光信号に変換して伝送することができる。光は異なる光の色によって容易に分離することができるので、同じ光ファイバ上で複数の信号組を送信することが容易である。同様に、伝送ワイヤは、信号伝送およびセンサ（力感知）として使用することもでき、スペアワイヤとしても使用することができる。

図22に示すように、生理的電気信号（ECG、EEG、またはEMG）を感知する2つの電極が、最も左側の端部にある。コモンモードノイズは、計装アンプによって除去され、生理的電気信号が得られ、変調回路（変調器、Mod、既知のFM、AMまたはPWMモード）で処理される。それはEOコンバータ（LEDで表される）によって光に変換され、受信のためコントロールボックスのPDRに送られる。その後、復調回路（復調器、Dem）を通って元の生理的電気信号に復元する。これにより、生理的通信が光ファイバを介して伝送されることが保証される。光ファイバを同時にセンサとして使用しても、検知信号周波数と変調周波数が異なる限り、生理的電気信号と検知信号とを独立して検出することができ、相互に干渉することはない。回路をより簡素化するためには、ModとDemを使用せずに光ファイバを介して生理的電気信号を直接送信することも可能であるが、このとき呼吸や身体の動きによって妨害される可能性がある。しかしながら、このとき、生理信号と呼吸または身体動作信号は、呼吸信号を得る、例えば既知のECG由来呼吸信号技術を使用するデジタル信号処理方法によって分離することができる。一般に、電気生理的信号の振幅は比較的安定であり、1分以内に大きく変化することはめったにない。短時間での振幅変化は、光ファイバに加えられる（呼吸や身体の動きなどの）要因に起因する可能性があり、つまり、既知の復調技術によって得られる。

例えば、布の損傷を検出するために光ファイバが使用される。現在、商業的に入手可能な屋内照明光ファイバのタイプがあり、それは意図的に側面からの光の一部を漏らすように設計されている。この光ファイバを使用すると、布の内側と外側の一方が受信端となり、布の内側と外側の他方が送信端となる。周囲の明るさが強くない場合は、布の損傷を検出するために使用できる。布がより深刻に損傷すると、受信端末で得られる光エネルギがより強くなる。

第5の実施の形態：人体の導電性による接地伝導
一般に、回路内の接続線は、接地線（アース、略してGND）と定義される。上記実施形態をウエアラブル装置に適用することにより、人体をアース線として使用することもできる。高周波（20KHz以上の周波数）の電流の場合、20μアンペア未満であれば、人体を傷つけることはなく、人は感じない。皮膚の導電特性は、抵抗とコンデンサとの並列接続によって表すことができる。周波数が高いほど、皮膚のインピーダンスが低くなり、人体に電流を流入するのに好ましい。この実施形態では、センサに接続するために約1cm²の導電性布の小片が布地上に置かれ、静電容量（C1、C2、C3）が身体に形成される。電流が皮膚を通過して人体に入った後、回路基板の導電性銅ホイルのように、導電性の高い血管によって全身（赤い枠の中の青い線）に導かれる。このようにして、人体の導電性が利用され、布上に作られなければならない接続ワイヤは省略される。コントロールボックス上の回路のアース線（図23に示す、マイクロコントローラのGND）に関して、人と接触するために、密着した布電極またはコントローラの金属片のようなGND露出導体に接続することができる。

図23に示すように、呼吸感知のような静電容量感知が行われる場合、マイクロコントローラのGNDもまた浮遊容量を用いて実施することができる。コントロールボックスが人体に十分に近い場合、回路基板と人体との間の浮遊容量は十分に大きい。コントロールボックスの発振周波数が十分高い場合、1本のワイヤと1本の電極を省略することができる。以上の説明から明らかなように、本発明によれば、上述の実施の形態で、コネクタを損傷させてアース線を接続することができない場合でも、浮遊容量を介して所定の機能を実行することができ、ユーザーに必要な測定を思い出させることができる。浮遊容量が十分に大きくない場合、ユーザーは、効果を高めるために、別の接地電極を座屈するように促される。電極の検出信号は1つだけであり、1つの電極のみが測定される。その信号特性は、電極と人体との間の特性を明らかにすることができる。特に、電極と人体との間のインピーダンス、すなわち、単一の電極と人体との間で直接読み込まれるインピーダンス値が高いか低いか、仮想接地（AC、DCまたはパルス信号）の概念を、電極の乾燥/濡れ性、すなわち伝導度を理解するために使用する。電極が選択されると、ECGまたはEMGをペアリングすることによって測定することができる。特に、心電図のために、乾燥電極検出または容量性心電図検出を選択することができる。容量性電極のインピーダンス値を下げると、乾燥電極に切り替えて心電図を測定することができ、1点減らすことができ、心電図を読み取るための2点タイプになる。乾燥電極の効果は、身体の対応する位置へのパターンまたはペインティングの電極効果によっても増強することができる。

第6の実施形態：同時に2つ以上のセレクタを起動してセンサ信号をピックアップ
上記実施形態では、セレクタが1つだけオンされ、センサの一端が接地されている。この実施形態では、2つ以上の信号発生器（FG）を用いて独立した周波数を生成する。加算器（演算増幅器をコアとして使用）の後、2つ以上のセンサの信号を同時に捕捉することができ、図２４に示すように、センサを接地する必要はない。電圧計のアナログ出力は、2つのフィルタと並列に接続することができ、ロックインアンプに選択的に接続することができる。FG1、FG2をそれぞれ基準周波数源とし、2つのセンサの信号を同時に取り込むことができる。

第7の実施形態：セレクタ+検出回路および電界効果結晶により、生体の電気生理的信号をピックアップ
上記実施形態では、パッシブセンサを例に挙げた。この実施形態では、図２５に示すように、電気生理的信号を拾う機能がさらに増加する。上記セレクタは、検出回路に接続され、図２６に表されたアナログスイッチDRCQとして機能する電界効果結晶に接続されている。セレクタがアクティブになると、Cは電荷を蓄積する。Cの電圧がQのゲート閾値電圧よりも大きい場合、Qがオンになる。上記の例によれば、マイクロコントローラは、2つの電極をランダムに選択し、計装アンプの入力端子に信号を送信して電気生理的信号を得ることができる。

図26の各電極は、計装アンプの正と負の端子に接続されている。これは、特定のワイヤの開回路を防ぐバックアップ接続ワイヤである。実際の構造図を図2７に示す。この実施形態では、電気生理的信号およびセンサ信号によって一組の電線（P、N、G、およびGND、合計4つ）を同時に共有することができ、布上の接続ワイヤを大幅に削減する。第7の実施形態（接地ワイヤの導通を人体の導電率によって実現する）を用いると、1つの接点を省略することができる。

第8の実施形態
単一の電極がシステムに良好に接触しているかどうかを確認する。上記の方法でコントロールボックス内の電極を選択的にオンにし、浮遊容量をGNDとして使用してインピーダンスを測定する。高インピーダンスのものは呼吸や身体の動きを測定する容量性センサとして機能し、インピーダンスの低いものは基準電極として機能するのに適する。最初に単一の電極を選択し、浮遊容量で試験し、次に試験する2つの電極を選択する。ノイズが大きすぎる場合、皮膚が乾燥しすぎていることがあり、この場合、容量結合型心電計が考慮され得る。伝統的な心電図効果が良好でない場合、フィードバック電極を接続する別のコネクタを追加して、容量結合型心電計を実現するようにユーザーに要求することができる。

容量結合電極は、導電性の糸からなる布の形態で布に取り付けられた、上述したウエラブルな生理的電極であってもよい。皮膚が非常に乾燥していると、電極と皮膚との間の直流抵抗はかなり高いが、面積は小さくないので、人体と容量結合している、すなわち容量結合電極とみなすことができる。容量結合電極は、閉じていない密着した布、椅子またはベッドに取り付けられた前述のウエラブルな生理的電極であってもよい。汗が閉じた密着した布を通して濡れない場合、それは容量結合電極と見なすこともできる。容量結合電極は、表面被覆またはめっきされた絶縁体、すなわち容量結合電極を有するウエラブルな生理的電極であってもよい。

容量結合型心電計を使用する必要があるもう1つの時は、ユーザーがシルバー電極にアレルギーを起こし、かゆみや赤い肌を招くことである。この場合、容量結合電極を使用して直接接触を避けることができる。容量結合された電極は、効果を高めるために従来の電極と並列に接続することができる（図28）。皮膚の湿度に応じて、上記の方法が選択される。生理的電気通信（ECG、EEG、EMG・・・）を測定することに加えて、身体に接触している電極は、呼吸、身体運動、姿勢および体脂肪を測定するために汗（DCで）または静電容量センサ（ACで）としてまた使用される。体脂肪は適切な時（発汗が多く、水をたくさん飲んだ後は避ける）に測定する方がよい。実際には、生体インピーダンスは体内の水分も測定しており、皮膚が乾燥しすぎているか濡れすぎている場合は適切ではない。体脂肪を測定するために、皮膚の近くに電極がない場合、浮遊容量の適用により依然として体脂肪を測定することができ、作用の原理は次のとおりである。体脂肪計で測定される身体インピーダンスは、通常、小さなコンデンサに並列である抵抗で表され、そのような小さなコンデンサは約1nFである。コントロールボックスを人体に近接させることができ、その筐体が十分に薄いので、回路基板と人体との間の浮遊容量が1nFより大きく、偏差の少ない体脂肪測定値を測定することができる。要約すると、身体の体脂肪、汗および水分を測定する3つの機能を同時に実現することができ、良好な状態の電極が検証され、電力を節約することが実現される。最初は正確ではないかもしれないが、長期間に渡って大量のデータを蓄積した後、通常のモードを確立することにより、日常の飲水、発汗および他の行動を推定することができる。

第九の実施形態：除電
人体モデル（HBM）の静電気放電（ESD）は、人体が地面を歩いたり、他の要因によって静電気が人体に蓄積することをいう。このような人が電子部品に触れた場合、静電気により部品が焼損する。

さらに、静電気もウエアラブル装置線の信号と干渉し、人体には良くないため、静電気を除去する必要がある。また、静電気は、吸着効果のために人体が導体となり、人体に静電気が絶縁物を引き付ける。電極やセンサ周辺の材料や静電気を含む材料自体が自然に人体に吸着される。吸着は人体への接着より優れており、伝達される信号はより安定している。皮膚に塗布されたパターンまたはボディペインティングは静的効果を生じさせ、布上の電極はそれと相互作用する（吸着効果）。

導電性の皮膚刺青パターンやペインティング材料を電極として使用することができ、静電含有材料を添加して効果（吸着効果）を高めることができる。皮膚の刺青パターンやペインティングはまた、ラインの信号伝送に使用することができる。また、効果を高めるために帯電防止剤を追加することもできる。非金属または有機材料を絶縁に使用することもできる。ペインティングされた材料には、水性（導電性）および非水性のものが含まれる。水性材料の利点は、導電性布で導電効果を達成できることである。非水性材料は絶縁効果のために使用することができ、帯電防止剤を加えてその効果を高めることもできる。

パターンの欠点は、それらが固定されており、容易に除去できないことである。ペインティングは簡単に適用でき、除去するのに便利である。

センサが静電気を読み取る部分だけが残っており、他の不要な部分は帯電防止剤でコーティングされており、静電気の損傷を防止している。このようにして、センサを所望の静電センサとすることができる。感知構成要素自体は、図31-2、31-3に示す布A、BおよびCであってもよい。その相違点は、Aはすべて正および負に帯電したものであり、Bは正に帯電しており、Cは完全に負に帯電した布の要素であるか、またはプラスチック、ゴム、シリコーン、フィルムなどであることである。例えば、これらの正および負の電荷は、布の外側に負に帯電した布がある場合に移動せず、空気中の正の電荷を引きつけてクリーン効果をもたらすことができる。

冬は乾燥していることが多く、静電気が発生することがある。

相対湿度が55％を超えると、物体に高電圧の電気が蓄積されにくくなり、静電気が発生しにくくなる。

静電気に対する相対湿度の影響は、以下の通り。
1．相対湿度は、体表面および空気の伝導率に影響を及ぼし、蓄積された正味電荷が体を離れる速度に影響を及ぼす。
2．高い相対湿度は、物体の表面上の水分の吸着を高めるので、2つの異なる物体の摩擦は、正味の電荷の分布を容易に生じさせない。布の湿度が高ければ、より電気が流れにくくなる。濡れているか乾いているかは、誘導または摩擦電気生成に基づいて季節の環境変化を検出することによって感知することができる。検出成分を測定することができる。

スマートな布の利点は、導電性布（ワイヤ）の静電効果によって遮蔽されるため、正の電荷が消えることである。人が導体であり、導電性布（ワイヤ）が電磁干渉を防ぐ。スマートな布を着用すると、導電性布（ワイヤ）によって遮蔽された器官の位置を電磁波から保護することができ、人体を電磁干渉から防ぐことができる。

本願の設計された装置（図29、図30）では、人は活導体であり、コントロールボックスも正に帯電している（同様に負に帯電している）。導体または布の外縁は、絶縁塗料で被覆されている。人体またはコントロールボックスが導電性材料と接触すると、吸着効果によって導電性材料または周囲の布が負に帯電し、電気を外部充電器に伝達することができる。充電器の接続スイッチがオンになると、正に帯電した空気が入り、充電を続ける。無線遠隔制御装置が充電器の電力をオフに制御すると、クーロンの法則を使用して、人と導電性材料との間の距離を測定することができる。一定の充電および測定の下で、充電器は蓄電池として使用でき、オフされた後に復元される。

また、スイッチをダイオードに変更して、正または負の電荷を選択的に蓄積することもできる。図29および図30のスイッチはまた、先の米国特許第8331077号または米国特許出願第20100170704号のように、一方の導電性領域が静電導電性材料に接続され、他方の導電性領域が充電器コネクタに接続されている布で作ることもできる。生成する静電気がある限り、2つの導電領域は反応して充電される。例えば、米国特許出願第20100170704号の図１９における、93aおよび92は布スイッチおよび静電導電材料であり、93bは充電コネクタである。したがって、静電気が存在する限り、92と93aは反発して分離し、92は93bに接続されて充電器に静電気を流す。

同様に、ここでの充電器（コンデンサ）もセンサとして使用することができ、すなわち充電器の上の導電性布が静電気の変化を感知することができ、湿度の変化も推測することができる。導電性布は、布上のワイヤで置き換えることもできる。誘導がある限り、ワイヤは充電器（コンデンサ）に接続することができ、静電容量値の変化を感知して布と人体との間の静電気の変化を知ることができる。静電容量は静電気の量によって変化するので、静電容量の変化は静電気量の変化である。測定方法は、先の米国特許出願第20030066168号に記載のものと同じである。

充電器は、発光ダイオード、LED、タングステンワイヤなどの発光材料に変更することができ、電気量は輝度で表現することができ、静電気を除去することができる。耐熱効果を得るために加熱ワイヤに変更することもできる。

したがって、この概念は2つ以上の布の接触の下で形成することもできる。2枚の導電性材料または布は、外側に絶縁塗料で被覆されている。正に帯電した人体またはコントロールボックスが検知導体に接触すると、吸着効果によって導体または周囲の布が負に帯電する。

充電器の端にある導電性材料は正に帯電しているので、充電器は電気を集めることができる。2つの布片は連続的に誘導性で連続的に充電されているので、（図31-1に示すように）それらは蓄電池として機能することができる。充電器スイッチがオフにされると、導電性材料は一瞬、互いに離れる。このセンサは、実際にキャパシタまたは電池の電気量の変化を読み取り、（図31-1、図31-2、図31-3に示すように）クーロンの法則に従い測定された距離を読み取ることができる。

人体は、特に乾燥して寒い場合、布の摩擦によって静電気を発生させることが多い。動物の毛皮は摩擦によっても静電気を発生させる。

加えて、本願は従来の検電器のような静電センサを設計しており、その構造は図32-1に示されている。それは布の中に閉じた空間を有し、2つの導電性材料（導電性ワイヤまたは導電性シートなど）を含む。その既知の技術は以下を検出できる。
被試験体が充電されているか否か、被試験体の電気的特性、被試験体が導電体であるかどうか。
それはまた、人体の動き、呼吸、嚥下および他の行動を検出することもできる。

本願では、（図32-1、図32-2に示すように）導電性材料a（布またはワイヤ）が布上にあり、導電性柱a”が導電性材料aと通信する静電センサを設計した。真空の理由は、金属片スイッチbの感度を高めることである。真空でなくても構わないが、例えば閉空間内に空気があると効率が悪くなる。密閉空間の外壁dを絶縁材料から形成し、静電気を放電するために導電材cを閉空間内に配置することができる。電池（コンデンサ）を接続すると充電することができ、同時に静電気を排除し、コンデンサのばらつきから外部静電気の変化を知ることができる。

外力がかかっていないときは、金属片スイッチ（b）は閉じられ、充電されない。正に帯電した人体、空気またはコントロールボックスが誘導に接すると、金属片スイッチ（b）は自動的に正の電荷で回転し、金属片スイッチ（b）は導電性材料（c）に接触して充電する。

追加のリモートまたはパッシブ部品を追加できる。電池が完全に充電されると、導電性材料cは、スイッチに触れることなく下に移動することができる。コントロールボックスが鉄スイッチに触れていない場合、上部検出はセンサの検出値になる。空気中の正の電荷によって、それは自動的に戻され、繰り返して、それは自動スイッチになり、自動的に充電する。上述した金属片スイッチbは、例えば錫箔、金属ワイヤまたは導電ワイヤである。導電材cは、例えば鉄片であり、絶縁材dも導電材cに変更することができるが、このとき導電材cを交換することができ、このセンサを布の外又は布の中央に配置することができる。

すなわち、導電性布（ワイヤ）aに通電すると、2枚の導電性シート（b）が外壁の導電性材料（d）に別々に接触して、電気を電池(コンデンサ)に伝達することができる。

別の電位計は、図32-1に示すように布上の閉鎖空間でもある。2つの金属片のみが回転可能な導電性ストリップに変更され、外壁も導電性材料で作られる。構造から分析すると、それは可変キャパシタである。ブラウンの静電写真の構造と同様に、本願は生地上でそれを行う。通電されると、回転可能な導電ストリップは、外壁に接触して帯電することができる。電位計自体もコンデンサであるため、電位差がDC回路内でゼロでない2点で並列に接続されたときに電位計が充電される。同時に充電器（コンデンサ）が接続されて充電される。

以下は、共通材料の損失と電子の獲得のための分別テーブルである。
正に帯電しやすい物質（電子を容易に失う物質）：
空気/アスベスト/ウサギの髪/ガラス/人間の髪/マイカ/ナイロン/ウール/シルク/アルミニウム/紙/綿等
負に帯電しやすい物質（電子を容易に取り込める物質）：
ウッド/アンバー/バルーン/ゴールド/発泡スチロール/アクリル/スコッチテープ/PVC/シリコン/テフロン等

2つの異なる物質が互いに接触して静電気を発生させる場合、接触帯電と呼ばれる。摩擦電気効果は接触帯電効果の1つである。絶縁体および非導電性物体は、帯電（静電気の発生）および電荷の保持に優れた材料である。導電体は静電気も発生する。導電性物体は電荷を失う傾向があるので、電荷を保持するためには絶縁体を被覆しなければならない

静電気の使用と検出：
身体活動は必然的に身体に静電気を発生させる。静電気は電子部品に損傷を与える可能性があるが、感知の品質を向上させるためにも使用できる。上記テーブルに記載されたものに加えて、電極の近傍に静電気を発生させるために、または誘導又は変圧器発振回路によって高電圧を創成して静電気を発生させるために、異なる材料に対して適切な材料および身体摩擦を使用することも可能であり、そうして電極を身体に密着させて身体の動きの干渉を低減することができる。正の静電気は、空気中のマイナスイオンを引き付けることができ、エアクリーナとなる。

その原理は、110Vの電圧が入力され、負イオン発生器を通過する整流および昇圧回路が、発電機の炭素繊維ブラシの端部に-2.5KVの高電圧を発生させることである。電流は非常に小さいので、人体に危険な損傷を引き起こすことはない。中性原子を高電圧でイオン化するために、空気は正および負のイオンに分解される。電子の正のイオンはより重く、ブラシによって吸収されて循環電流に入る。負のイオンはより軽く、風とともに空気に送られる。

したがって、空気中の負のイオンの添加は中和して空気中の正のイオンを充填するだけでなく、身体をより賦活し細胞を活性化させるだけでなく、空気中の不純物や煙を吸収することもできる。その結果、呼吸される空気はより浄化され、環境もきれいになる。

本発明は、図32-1に示すような密閉空間ボトルを備えた電位計である。布には、静電気を検出するための密閉空間を設けることもできる。電位計の錫箔（b）が開閉する頻度は、静電気の強度を表す。この電位計はまた、空気中のアニオンセンサであり、着用者の環境および人的要因のパラメータを検出することができる。例えば、異なる材料の2つの布間の摩擦は、静電気を生成する。体の各部分の静電気を測定することで、そのような部分の活動を知ることができる。

摩擦によって静電気が発生する可能性があるので（図33）、静電気を貯蔵する充電器（コンデンサ）を充電して静電気を除去することができる。充電スイッチがオフにされた後、2つの材料は反対の極性になり、距離を感知することができる。2つの布の相互作用の下で、それが動的か静的かを知ることができる。動くと電気が生成され、ユーザーが生きている兆候がわかる。空気中の正の電荷は常に無限であり、電気を集める。空気の循環を利用して電気を補給するのは環境にやさしく、電気は空気と布の摩擦によって発生する。

本発明では、布、ズボン、靴下及び靴の交差部に導電性布を配置することができる。布上には電池や大容量のコンデンサが配置され、静電気（収集回路）のGNDは靴に接続される。接地のため導電体はソールの上に置かれ、静電エネルギを集めることができる間欠的な導電、例えば1分当たり0.01秒の導電のためにGNDとソール導電体との間にトランジスタが配置される。

本発明では、コントロールボックス、布、ベルト、ネックレス、又は靴及び靴下に、磁石及びコイルを配置することができる。相対運動があると（すなわち、コイルが磁力線を切断すると）、発電を誘発することができる。図34に示すように、運動によって発生した風は、磁性材料またはコイルを回転させて連続的な電気エネルギを生成する。熱電対はまた、温度差の存在下で電気を発生させることができる。体温を使って発電することができる。熱電対は、通電後に加熱または冷却することもできる。圧電（PZT）はまた、圧力下で電気を発生させることができる。

外側の布上に配置された可撓性の太陽電池の応用は、上記の回路で使用するための電気を生成することもできる。

上記のようにして生成された電気エネルギは、布上の電気導体を介してダイオードによって蓄積するために、またはコントロールボックス上の電池に接続するために、布上の電池（コンデンサ）に接続することができる。

上述した電気エネルギを発生させる作用は、人体の動きや環境の変化を表すものでもある。本発明は、電池残量計（図35）集積回路を選択的に追加して、充電量を記録する、すなわち人体の動きまたは環境変化（洗濯、乾燥など）を記録することができる。人体の活動と環境要因から、ウエラブルなセンサ上の材料の損失と、（クラックセンサの弾性布のような）感知特性の劣化の程度を推定して、その応答曲線を修正し、つまり精度と寿命を向上させることができる。電池残量計は、電力が消耗した（たとえば、残りの電気量が電池容量の5％の）ときに警告することもできる。

第10の実施形態：排尿と排便、呼吸と温度の変化、および姿勢を同時に測定することができるおむつの実施形態
図36-1、図36-2に示すように、A1は伝送ワイヤであり、露出長さは端部で1cmである。B1も伝送ワイヤであり、露出長は1ｃｍである。A1とB1の距離は10cmである。同時に、伝送の中央に導電性材料（例えば、導電性シリコーン）を配置する。ケイ酸カルシウム膜は、2つの導電性シリコーンの中間にあり、すなわち、3つの層が重なり合っている。上部および下部は、おむつの下層に配置される導電性シリコーンである。上下の2本の伝送ワイヤA1、B1を接点に接続し、両側を挟んで可変コンデンサの読み取りが変化しないように硬いフレームを追加することができる。この構造を図36-2に示す。

多機能布チャートA1を参照する。大人の体重が60kgのときに、可変コンデンサで測定した値が基本的に200〜500pfで、異物があるときに約10gで800〜1200pfが生成され、排便の発生を測定することができる。さらに、尿意がない場合、フロントエンドの2本の露出ワイヤの値は30〜80pfに近い値になる。尿意の300ccで、値は2μFに達するので、スマートおむつはユーザーの排尿/排便または座っていることを多機能に検出することができる。つまり、起立して尿意がない場合、値は100pf未満であり、座っている場合、値は200〜500pfになる。同時に、図に示すように、繰り返し洗浄することができる。再使用可能なおむつとボタンとをコントローラに接続するための導電性材料があり、使い捨てタイプのものでもよい。さらに、ユーザーの呼吸の変化を測定するために、2つの検知電極がウエスト位置に取り付けられている。ユーザーが立っているとき、座っているときまたは横になっているときに呼吸の変化が異なるため、ユーザーの姿勢の変化を検出することができる。ユーザーが着用している間に装置が呼吸を感知しなければ、注意喚起し、または緊急処置を行うように促すことができる。さらに、この装置のサーミスタは、（図36-1および図36-2に示すように）ユーザーの体温の変化を検知することもできる。

上記構造を1cm×12cmに変更し、1.5cmの間隔を置いた2枚の綾織り平織りシルバー布を、おむつ表層の不織布の下層中央に配置する。2本の導体ワイヤはスイッチボタンに接続されている。実際の測定では、人体の圧力がなくても5gのウェット排便があり、湿り感知値は3nfであり、尿の濡れ表示値は2μfである。

上記は一実施形態に過ぎない。センシング材料、センシング材料間の相対的な位置、センシング材料の配置位置とサイズを調整することができ、表示される値は異なる効果を有する。

同様に、上記のおむつの例は、尿、排尿/排便、呼吸効果、および構造の姿勢の変化（例えば、横たわる、立っている、座る）を調節することができる。

上記の方法は、静電容量特許（米国特許出願第2013/0066168号）のように、電極による呼吸を測定するためにも使用することができる。さらに、電極は、呼吸に置き換えて、または同時に測定するために、ECG、心拍、汗などを測定するために使用することもできる。

第11の実施形態：コンデンサ電池（図37）
図の番号：1.ダイオード 2.スイッチ 3.布コンデンサ電池 4.布 ５．導電性シリコーン 6.平織シルバー布 7.包装フィルム 8.導電性ワイヤ 9.導電性ワイヤ

図37に示すように、布コンデンサ電池は、180μfの電気を蓄えることができる。その面積は1.5×2.5cm²の平織シルバー布である。1.5×2.5cm²の領域にある導電性シリコーンをその上に重ね、その上下に包装フィルムがあり、電池が完成する。充電および放電のメカニズムは、図32に示すように、ダイオードをワイヤの一端に接続し、他端をスイッチに接続することによって達成することができる。

パート２：ワイヤレス信号伝送
本発明が開示するシステムは、有線通信が正常に動作する場合に有線信号伝送を優先的に使用し、有線信号伝送が失敗した場合に無線信号伝送を開始する。

靴や靴下、靴下やズボン、パンツや衣類、下着やシャツなど、NFC（近距離通信）で伝送可能な衣服には重なるまたは近接する部分がしばしば存在し、信号は容量結合、誘導結合、磁気結合、または光結合（LEDおよびフォトダイオード）を用いて伝送される。

RFIDのような従来のNFC技術を使用して、デジタル回路（マイクロコントローラ、メモリ、SDメモリ、バッテリ、コイル等は、パート4で説明されているように吊り下げられたコンポーネントに同様な方法で、スナップファスナを使用して衣服に固定することができる）を配置できる。信号はデジタルモードで衣服からコントロールボックスに転送される。デジタル回路にはメモリが内蔵されているため、コントロールボックスがオンになっていないか、信号を受信するにはビジー状態になっていると、コントロールボックスが信号を受信できるまで、信号を最初にデジタル化してメモリに保存できる。コントロールボックスは、受信した信号をクラウドデータベースにアップロードして、コントロールボックスが破損してもデータが失われないようにすることができる。

コンデンサ、インダクタ、磁気結合または光結合を介して信号を送信することには2つの利点がある。第1に、ワイヤやコネクタ（ボタンなど）と物理的に接続する必要はなく、使いやすく、快適で、使用に制約がない。第2に、結合が十分に強く、周波数が十分に高い限り、アナログ信号またはデジタル信号を送信することができ、または前の実施形態に適用することもでき、すなわちデジタル回路およびコネクタを省略することができ、ユーザーにとって快適である。

誘導結合およびコイルドNFCの場合、本発明は、人体機能に磁界が影響を及ぼすことを防止するために、人体と誘導コイルとの間に磁気遮蔽布（フェライトなどの磁性導電物質を組み合わせたもの）を追加する。任意選択的に、磁気遮蔽布と人体との間にコイルを付加して、送信前に磁界または電磁波が存在するかどうかを感知することができる。ある場合は、磁気遮蔽布が無効であることを意味する。または、強力な電磁波が外部で検出された場合、コントロールボックスは警告を発し、離れるようユーザーに促す。磁気遮蔽布は、取り外し可能なフック及びループで布に取り付けることができる。

パート３：スペア部品による信頼性の向上
本発明では、各端部が単極双投スイッチであるスペア部品ソケット（図38-1に示す）に重要な部品を並列に接続することができ、ポール（位置2）は導電性バネ片である。スペア部品が挿入されていない場合、このポールは位置3に固定され、メイン部品（位置3）を接続する。メイン部品が故障した場合には、スペア部品を挿入して位置1に固定し、メイン部品を元の回路から切り離し、スペア部品を元の回路に接続することができる。

衣料に基づくウエラブルなセンサは洗浄されなければならず、衣服上の構成部品（導電ワイヤ、検知部品、集積回路など）は容易に損傷するので、本発明は機能上同一または類似のスペア部品を、図38-2に示すように、メイン部品と直列または並列に接続された衣服に設けている。スペア部品およびメイン部品は、異なるセレクタに接続することができるため、マイクロコントローラは、場合によってスペア部品またはメイン部品を選択できる。バックアップシステム全体が図27に示されている。

ワイヤを例にとると、スペア部品はメイン部品に近接して配置され、検知機能を実現する。メインワイヤが金属（銀など）を含む裸線（絶縁層なし）である場合、スペアワイヤは絶縁ワイヤ（絶縁層付き）である。

パート4：布の電子化とメンテナンス
布を電子化するには2つの方法がある。第1の方法は、先の特許に開示されているテキスタイル技術（ステッチングなど）を使用して、裸のピンを有する外部構成部品（すなわち伝統的なパッケージングされた電子構成部品）を布に固定することである。この方法を使用することにより、元の接続ワイヤを切断し、次いで部品を固定し、ワイヤを熱収縮スリーブに接続するなどの従来の電子およびテキスタイル技術に従って電子部品を修復することができる。

第2の方法としては、布上の電子部品（抵抗器、トランジスタ、スイッチ、ダイオード、アンテナ等）を、可撓性液晶の製造に類似したスミアリング、印刷、エッチング、リソグラフィー等により布に一体化するためのキャリアとして使用する。コンデンサを例にとると、グラファイトを含む導電性インクを布に印刷することができ、誘電体を導電性インクに適用し、導電性インクの別の層を印刷してコンデンサを形成することができる。抵抗器を例にとると、グラファイトを含む導電性インクを布に印刷し、抵抗性材料を導電性インクに適用し、導電性インクの別の層を印刷して抵抗器を形成することができる。このようにして、部品を交換するのは容易ではなく、損傷している場合は、外部部品に交換する必要がある。衣服では、ソケットを予め準備することができ、ソケットにはシースが設けられる。外部部品を挿入すると、元の部品はもはや接続されない。ワンピース一体化の利点は、それがより美的である（部品が見えない）ことであり、また分解するのは容易ではないという欠点がある。

布上のセンサは、乾燥、洗浄、体の摩擦などの要因によって劣化し、再度修正する必要がある。つまり、データベースのキャリブレーションカーブを修正する必要がある。本発明は、経時的な劣化係数を予測することができ、またはデフォルトとして正常な活動（例えば、呼吸）を行い、各身体活動の程度に応じて調整を行うことができる。または、ベースラインとしての「消耗していない」（引っ張られていない）基本値を取るか、定常キャリブレーションの標準値として固定された外力（洗濯機の洗濯力など）を取る。

パート5：多機能スペアワイヤ
ワイヤを例にとると、スペア部品はメイン部品に近接して配置され、検知機能を実現する。メインワイヤが金属（銀など）を含む裸線（絶縁層なし）である場合、スペアワイヤは絶縁ワイヤ（絶縁層付き）である。

絶縁ワイヤの一端は、上述のセレクタと直列に接続されている。通常の動作では、裸の導電性糸が最初に使用される。ECG信号が異常（例えば、信号が弱すぎる、またはノイズが強すぎる）で、温度および湿度が低くない場合、2つの理由がある。1つの理由は裸の導電性糸が破損していることであり、他の理由は発汗がECG信号の短絡を引き起こすことである。この時点で、マイクロコントローラは、セレクタを切り替えて、隣接する裸の導電性糸間のDC抵抗を測定することができる。それが低い場合、汗によるものだと知られている。それが高い場合、開回路によるものだと知られている。このとき、スペアワイヤ（絶縁ワイヤ）に切り替えることができる。一方、汗による条件は、大電流で局部的に発熱して汗の蒸発を促進させ、一定時間（例えば60秒）で、体表面の汗が蒸発するまでDC抵抗を再測定することができる。汗を乾燥させるのにかかる時間も、汗の程度とみなすことができる。マイクロコントローラは汗の程度を蓄積することができる。汗の程度が一定のレベルに達すると、汗の程度が高すぎることを意味し、その場合、ユーザーは水を飲むように促される。

ワイヤは、外部温度によって導電率が変化し、体温または周囲温度を感知するのに使用される特定の合金で作ることもできる。さらに、この装置のサーミスタは、ユーザーの体温の変化を検知することもできる。LDPE導電性カーボンブラックなどのいくつかの導電性プラスチック材料は、温度によって変化する電気抵抗を有することが知られている。従って、これを導電性の伝送ワイヤ、温度センサ、ヒータとして使用することができる。温度が低下すると、その抵抗が減少する。

スペアワイヤ自体は、壊れたメイン導電体を交換することに加えて、汗または温度センサとして使用することができる。スペアワイヤは、衣類の異なる部分に取り付けることができ、電子セレクタ（パート1を参照）によってシステムによって各スペアワイヤを切り替えることができる。また、ユーザーが手動でスイッチするためにターンテーブルや引っ張り紐を衣服にセットすることもできる。パーツを感知するために、システムはパーツが配置されているスペアワイヤに自動的にまたは手動で切り替える。いくつかのスペアワイヤは、内層に垂直に、外層に水平に、平行にまたは格子状に配置することができる。垂直スペアワイヤと水平スペアワイヤが選択されると、特定位置の汗の程度を検出することができる。

上記した紐機構に関しては、紐を手動で、またはシリンダ、油圧シリンダまたはねじロッドによって引っ張ることができる。

スペアワイヤの異なる層のスペアワイヤは、汗など、特定の部分の生理的信号または環境信号を選択的に送信するために使用される裸線とすることができる。

人体信号（電気生理的信号など）については、上述したグリッド状の垂直および水平スペアワイヤを用いて特定の部分を選択することもできる。信号は、アンダーウエアからアウターウエアに送信され、ユーザーが座っている椅子または横たわるベッドに送信され、椅子またはベッドに設置されたコントロールボックスによって分析および処理される。例えば、図21に示すように、元の光ファイバを共通の伝送ワイヤに置き換えることにより、同様の効果を得ることができる。全体で3つのアウターウエアがある。最内層の右側の裸の伝送ワイヤは、シルバー糸などの垂直伝送ワイヤである。第2層の右側の裸の伝送ワイヤは水平に配置され、最内層と第2層とが電気的に接続され、信号が内層から第2層に伝達される。最内層の裸の伝送ワイヤは垂直であり、第2層の裸の伝送ワイヤも垂直である。2つの伝送ワイヤは、かなりの距離に保たれ、互いに接触しない。したがって、伝送ワイヤはそれぞれ独自の信号のみを送信し、干渉を受けない。同様に、第2層と最外層では、伝送ワイヤが互いに直交しているので、第2層の信号が最外層に伝達される。したがって、最内層の信号を最外層に伝送することができ、各層を伝送される信号が互いに干渉しない。同時に、伝送ワイヤは、同心円または放射状のような、必ずしも垂直でなくてもよく、異なる形態にすることもできる。その目的は、衣類の正面にある信号を伝達するアンテナとしてワイヤを使用することで、アンテナの原理によって最外層にも内層信号を伝送できるようにすることである。したがって、衣類の裸線が破損していない限り、裸線が故障した場合のバックアップとして使用する絶縁ワイヤを持つこともできる。同時に、裸線上に生成された信号は、布の層の間の関連する接続性、すなわちより身体的な運動をするときに、2つの層の接触から発生するノイズが増加することを知ることを可能にする。汗をかくと、相対的な信号伝達の効果はますます良くなるが、背後の別個の各発信信号ワイヤが悪化していく。したがって、外部環境温度が高すぎるとき、または汗をかくときに、外界での人体の変化を知ることができる。冬には、皮膚が乾燥して体温が低いので、両方のワイヤの伝達が悪化する。これとは逆に、背後の送信信号の効果は妨げられにくい。

ウエアラブルアプリケーションに関しては、電気は重要な要素である。十分な電力供給を確保するために、本発明では信号伝送ワイヤの隣に、ダイオードと電池（コンデンサ）に接続された電気エネルギー回収ワイヤ（図39）を接続することができる。信号が通過すると、2つのワイヤ間の相互インダクタンスまたは結合キャパシタンスが、電気エネルギー回収ワイヤに電気エネルギーを誘導するために使用され、そのエネルギーは、後で使用するために電池またはコンデンサによって保存される。

伝送ワイヤは、（図40に示すように）無線信号（RF）アンテナ、送電ワイヤ（DC）、および検知信号（AC）の伝送ワイヤとしても機能することができる。通常、RF周波数は200MHz以上であるため、DCと検出信号を分離しながら、47pFを使用して伝送ワイヤにRFを供給することができる。通常、検知信号の周波数は約1Hz〜1MHzである。したがって、1μFを使用して、検知信号を伝送ワイヤに供給するとともに、DC電源を遮断し、小さな誘導器と直列に接続して無線周波数（RF）を遮断することができる。上の図に示すように、アンダーウエアからアウターウエアに信号を伝えることができる。図41に示すように、伝送ワイヤをアンテナとして兼用することもできる。同様に、胸部センサから、腹部、椅子またはベッドに配置されたコントロールボックスに信号を送信するため、または上腕センサからの信号を下腕のコントロールボックスに送信するためにも同様に使用することができる。受信された信号の強度は、相対運動を決定するために送信位置と受信位置との間の距離を測定するために使用され、すなわち、呼吸、身体の動き、姿勢または心拍を検出するために使用され得る。同時に、近くの基地局または携帯電話によって生成された電磁波のような外部電磁波の強度を読み取ることも可能である。

上記の例では、伝送ワイヤは無線周波数（RF）アンテナとしても使用され、生理的信号または身体の様々なセンサから生成された信号と必然的に干渉する。例えば、一般的に使用されているブルートゥース通信では、SFK（Shift Frequency Key）技術を採用して0と1との間の変換を行い、瞬間的な干渉は小さくない。このような干渉を低減するために、振幅変調（AM）技術が代わりに使用され、AMはまた、電気エネルギーを節約するのにも優れている。

同様に、胸部の誘導式呼吸記録センサから得られた信号を、腹部の誘導式呼吸記録センサまたは椅子またはベッド上のコントロールボックスに送信するため、または上腕の誘導式呼吸記録センサから得られた信号を下腕の誘導式呼吸記録センサに送信するために用いられる。

伝送ワイヤ自体は、誘導式呼吸記録センサとしても使用することができる。好ましい実施形態は、ワイヤが膨張および収縮のための十分な余裕を作るために「Z」形状に配置されることである。これは、電流を注入するために使用することができるだけでなく、図21に示すようなワイヤ構造を用いてアウターウエアからアンダーウエアに信号を伝達するためにも使用することができる。図21に示すように、衣類の異なる層は、互いに接触し得る異なる裸線を有する。誘導式呼吸記録センサが絶縁層によって覆われていない限り、この方法を使用して電流を注入したり、インダクタンス値を読み取ったりすることができる。直接接触に加えて、誘導式呼吸記録センサおよび送信ワイヤは、誘導結合、容量結合または電磁波送信によって信号を送信することもできる。コントロールボックスをアウターウエアに配置することは、身体の動きの影響を受けにくいから有利である。誘導式呼吸記録センサは、何度も息が切れる。各センサの自己インダクタンスは、この位置での伸縮を表す。相互インダクタンスは各部の相対位置変化を表すことができ、位置変化は相対的な動きを表す。同様に、容量性センサとワイヤとの間の結合容量も、各部の相対的な位置変化を表すために使用することができる（図9-1および図9-2）。

上記グリッドラインは、例えば、コイル全体に電流を注入し、コイル全体の自己インダクタンス値を観察して、体周辺の変化を測定するなど、身体の局所部分の変化を測定するためにも使用することができる。グリッドラインを用いて前胸部の誘導変化のみが観察された場合、結果は胸部の局所部分の変化のみを表す。同様に、他の部分は、同じ方法を使用して決定するか、または図に示すように別々に測定することができる。加えて、図9-1、9-2に示すように、胸部と腹部の両方に誘導式呼吸記録センサを設置することができ、胸部と腹部の呼吸に起因する胴部の変化を別々に測定することもできるし、2つのセンサの間にある相互インダクタンスの変化に基づいて測定することもできる。相互インダクタンス変化は、2つのセンサ間の相対位置変化を表す。信号は、相互インダクタンスを使用して送信することもできる。例えば、胸部の自己インダクタンスを測定する場合、腹部センサは相互インダクタンスによる呼吸信号も受信することができ、コントロールボックスは腹部センサから胸部呼吸信号も取得することができる。同様に、誘導式呼吸記録センサも上腕と下腕にそれぞれ配置することができ、相互インダクタンスの変化は腕の屈曲を表す。同様に、胸部および腕部にそれぞれ誘導型呼吸記録センサを配置することができ、相互インダクタンスの変化は、腕と胸部との相対運動を表す。同様に、異なる人に誘導式呼吸記録センサが使用される場合、その間の相互インダクタンスは、それらの間の相対的な動きを表す。

誘導型呼吸記録センサは、身体の同じ位置においてそれぞれアンダーウエアとアウターウエアに設置することもできる。2つのセンサ間の相互インダクタンスは、脱衣またはドレッシングの動作、またはそこを押すリュックサックのような、アンダーウエアとアウターウエアとの間の相対的な動きを表すか、または衣類があまりにもゆるいか、または四肢の動きによって引き起こされる相対的な位置の変化を表す。

同様に、誘導型呼吸記録センサは、それぞれ衣類およびベッド上に配置することができる。2つのセンサ間の相互インダクタンスは、このベッドとこの衣服を着用している人との間の相対的な動きを表すことができ、睡眠監視または2人の相対距離を表すために使用することができる。同様に、これは動物と人の間、または動物間の相対運動を表すためにも使用できる。

上記の例では、2つのセンサ間の相互インダクタンスを信号の送信に使用することもできる。例えば、胸部呼吸信号をアンダーウエアからアウターウエアに伝達することができ、一方、コントロールボックスは、アンダーウエアとアウターウエアに取り付けられた誘導型呼吸記録センサの間に接続される。すなわち、アンダーウエアからの呼吸信号を受信することができる。同様に、アンダーウエアは、相互インダクタンスを介してアウターウエアから信号を受信することもできる。

同様に、上述の相互インダクタンス伝送信号技術を用いて、ワイヤ間の結合コンデンサを使用して信号を送信することもできる。

米国特許第7750790号明細書は、応力によってインピーダンスが変化する布ひずみゲージを開示している。本発明は、この歪みゲージを用いてワイヤを作製することができ、この歪みゲージのインピーダンスも湿度（汗や湿気）の度合いによって変化するので、同時に湿度センサとしても機能することができる。本発明は、呼吸と水分を区別するために周波数ドメインを利用することができる。呼吸速度は通常0.1Hz（6回/分）より大きく、水分は通常非常にゆっくりと変化し（蒸発には通常数時間かかる）、0.1Hzよりもはるかに小さい。バンドパスフィルタを使用してそれらを区別することができる。同様に、歪みゲージは、手を持ち上げて脚を持ち上げるなど、身体の他の部分の動きを感知することができる。この歪みゲージに含まれるワイヤは、上述した例と同様に、温度係数の大きな合金で構成することができ、温度計としても機能することができる。この歪みゲージのインピーダンスは、水分（ナトリウム、カリウム、塩化物イオン、洗濯洗剤）に含まれる電解質によって変化する。つまり、電解質センサとしても使用できる。この原理に基づいて、この歪みゲージは、創傷の治癒または拡大、出血、ヨウ素の適用、または衣服の残留洗剤などの皮膚の表面における変化を検出することもできる。

磁石は衣類の内側層に配置され、コイルは衣類の外側層に配置される。磁石とコイルとの間の相互作用は、誘導電流を生成する。したがって、2つの布片の間の相互の動きを知ることができ、メッセージも送信することができる。原理的には、2つの磁石とコイルとの間の相互の動きが大きくなればなるほど、発生する電流は大きくなる。図41に示すように、アンダーウエアの磁石にコイルを付加すると、アウターウエアのコイルと相互インダクタンスを形成し、別の信号を検出する。同時に、最内層に磁石以外のコイル、すなわち第1層にコイルが設けられ、第2層に磁石が設けられ、第3層にもコイルが設けられている場合には第1の層と第2の層との間の反応も検出することができる。第2の層と第3の層との間の反応も検出することができ、第1の層と第3の層との間の相互インダクタンスも検出することができる。同様に、配置が同じ位置にある必要はなく、すなわち、第1の層および第2の層の磁石およびコイルは、必ずしも第2の層および第3の層の磁石と同じ位置にある必要はない。測定の意味は異なり、つまり、測定された信号は、異なる位置のインダクタンスと影響を表す。

光ファイバには、無線バッテリや電場や磁場の影響を受けないという利点がある。同様に、2つの光ファイバは、衣類の外層および内層にそれぞれ設置され、タッチされたときにも光を伝導することができる。すなわち、光ファイバを用いることによっても上述の効果を得ることができる。

パート6：布を使用して電気エネルギーを生成する方法
磁性材料（電磁材料からなる導電性材料）が布上で振動して電気を発生させる。布上に、磁性材料を含むシーリング装置を設置する。シーリング装置は、外側に巻回した導電コイルを有し、別の磁性材料がシーリング装置の上の布に取り付けられる。磁性材料は自由に揺れることができる。したがって、2つの磁性体の磁極が同じで、磁性体が右側の場合は、反発力によりシール素子の磁性体が左側にスライドする（図42参照）。同様に、左側の磁性材料では、（図42に示すように）磁性材料は真空中で右にスライドする。上側および下側の磁性材料の一定の変化は、巻線コイルに誘導起電力を発生させて電気を発生させる。シーリング装置は、真空または膨張させることができる。また、布の外側に他の磁性体を設けず、布上に磁性体があるため、布のみに外力を加えて前後に揺れ動くことも可能で、電気も生成される。

図43の原理は上記と同じである。その利点は、円形の真空中に置かれた磁性材料は、外部磁性材料によって振動させられたときに常に回転し、停止することができず、結果として連続的な出力が得られ、より良い効果が得られる。同様に、布の外側に磁性材料を配置する必要はなく、或いはユーザーは布の外側に複数の磁性材料を追加して効率を向上させることもできる。

パート7：通常の操作手順と機能
本発明の通常の操作手順は、以下に説明するように、ユーザーによる衣服の購入から始まる。
１.衣類自体にセンサがある。（ハンガーから取り外して）移動すると、衣服のデジタル回路が作動し、セルフチェックを開始する。また、外力を受けていなくても時々システム全体を検出することができる。したがって、ユーザーは、製造から販売までの期間がどのくらい長いか、および内部機能が低下したかどうかを知ることができる。例えば、前述の回路検査用ワイヤおよびセンサが損傷した場合、スペア部品が代用品として使用され、結果が表示される。例えば、緑色の光は正常であり、赤色の光はいくつかの異常を意味する。コントロールボックスがオンになり、最初にセルフチェックが実行され、衣服との通信が確立される。有線通信が優先的に使用される。有線通信が使用できない場合、無線通信が使用される。

２.ユーザーが衣服を購入して試着すると、衣服のセンサが作動し始める。緩すぎたり、きつすぎる場合は、適切なサイズをユーザーに通知して推奨する。それでもやや不快感がある場合は、検出された信号に基づいて最適化された効果が得られるように、ストラップストリングやフック及びループなどを修正し調整するように促す。

別の方法で衣服を着る必要はない。ユーザーは3Dダイナミックフィッティングシステムを使用して、コンピュータでサポートされているドレッシングミラーの前で動的にそれを試して、モデルのサイズを修正してから、購入前に再度試し、時間を節約し、効率を改善できる。

3. 着用された衣服が確認されると、システムは自己補正（受動的補正）を行う。結果は上記のようにメモリに保存され、適切な時間にクラウドデータベースにアップロードされる。

4. 自己補正が完了した後、前述のエネルギーピックアップ機構が作動して、上述のように生理的パラメータ（心電図、呼吸、体温など）および環境パラメータ（室温、湿度など）が決定される。取得された生理的および環境的パラメータは、適切な時間にクラウドデータベースにアップロードされ、長期傾向分析に使用できる。

5. コントロールボックスは信号の品質をチェックし、ユーザーに適切な調整を促す。コントローラ自体は、衣服に直接置くことができ、衣服と一体に形成することができる。ECGを例にとると、信号/ノイズ比が低すぎる場合、電極が人体に適切に取り付けられていないことが理由であり、ユーザーは、ストラップをわずかに締めて、心電図の品質を改善することを促されることができる。同時に、関連する部品の経年変化のデータベースに基づいて、部品の経年変化を評価することができ、応答曲線を調整して最高の測定精度を得ることができる。調整後の設定値は、適切な時間にクラウドデータベースにアップロードされ、長期傾向分析に使用できる。

6.衣類のデジタル回路上のメモリに記録された情報は、上述のように適切な時間にアップロードされるのを待つ。または、メモリは接続・離脱が任意であるSDメモリカード等であってよい。

7. ユーザーが長時間服を着たり、周囲の温度や湿度が広範囲に変化して設定値からのずれが生じると、衣服は自動的に自己補正を行うことができる。

８. ユーザーが衣服を脱いで洗濯の準備をすると、衣服に入っているデジタル回路は連続して動作しており、洗濯、乾燥、クローゼット内の保存、洗濯の強さ、乾燥温度、および湿度、等の環境条件も記録することができる。これらのファクターは、センサの応答曲線とサービス寿命に影響を与える。応答曲線は、このような記録に従って調整することができ、センサの残存寿命を推定するために使用することができ、適切な時間にユーザーに修理を促す。

Claims (32)

1. 布層と、前記布層上に配置された複数のセンサとを含み、前記複数のセンサは１つまたは2つの出力端を有し、各センサの信号を監視することができ、または布から静電干渉を除去することができ、または力を適用することなく検出を行えることができる多機能布感知システム。
2. 少なくとも1つの前記センサは、検出するためにセレクタに接続されている請求項１に記載の多機能布感知システム。
3. 前記セレクタは、バンドパスフィルタ、ツェナーダイオード、整流ダイオード、定電圧素子、リードスイッチ、マルチプレクサ等である請求項２に記載の多機能布感知システム。
4. 発光ダイオード、LED、タングステンワイヤまたは熱電対のような電荷を消費する構成部品を使用して、静電消費を除去するか、またはコンデンサ（電池）を使用して、後で使用するために静電気を蓄えることができる請求項1に記載の多機能布感知システム。
5. 静電気を除去するために、皮膚上に塗布された導電性材料のパターンまたはボディペインティングを使用することができる請求項1に記載の多機能布感知システム。
6. 前記センサは、電磁誘導の影響が実現される間に外力を感知することができるように、磁石のような磁性材料を含む布の密閉された空間に巻かれたワイヤによって形成されたコイルであることを特徴とする請求項1に記載の多機能布感知システム。
7. 前記布の外側に磁性材料を装備することができ、または前記密閉空間を真空引きすることができ、いずれも前記感知効果を高めることができる、請求項6に記載の多機能布感知システム。
8. 前記センサは、前記布の密閉された空間に配置された2つの導電性シートであり、導電性布または前記布の外側の導電性ワイヤは、静電気を検出するように前記2つの導電性シートに接続される請求項1に記載の多機能布感知システム。
9. 前記密閉された空間を囲うものは導電性材料であり、充電に使用できるようにコンデンサに接続することができる請求項8に記載の多機能布感知システム。
10. 前記センサは、皮膚上に塗布された導電性材料のパターンまたはボディペインティングによって実現可能な電極である請求項1に記載の多機能布感知システム。
11. 前記センサは、生理的信号を生成するために、布抵抗センサまたはインピーダンス脈波センサを使用する請求項1に記載の多機能布感知システム。
12. 前記センサは、少なくとも1つの布を含み、少なくとも1つの導電性領域が前記布上に配置され、信号回路が設けられ、前記導電性布が人体に抵抗またはインピーダンスを形成し、前記布抵抗センサまたは前記インピーダンス脈波センサは、抵抗R、キャパシタC、インダクタL、演算増幅器、ダイオード、シュミットトリガ、相補型金属酸化物半導体（CMOS）電界効果結晶、トランジスタ、または集積回路に直列又は並列に接続されて、周波数、周期、電圧または電流を変化させるための充放電回路を形成することができ、人体と布との間に圧力、引っ張り力、トルクまたは張力があるとき、前記回路は信号を送り、システムは導電性布と人体との間の布抵抗センサまたはインピーダンス脈波センサの値の変化を受信し、前記値の変化が、周波数、電圧または電流の変化により表され、人体と布との間の生理、媒体（汗、血液、リップクリーム）、姿勢変化、媒体変化の情報のうちの少なくとも1つが、周波数、電圧または電流の変化を通じて分析される請求項1１に記載の多機能布感知システム。
13. 前記センサは電極であり、前記電極と体表面との間のインピーダンスが良好であるかどうかを測定するために、単一の電極と前記体表面との間のインピーダンスが測定される請求項1に記載の多機能布感知システム。
14. 前記インピーダンスを測定するためのアース線として浮遊容量を使用する請求項13に記載の多機能布感知システム。
15. 前記センサは電極であり、異なる周波数を有するバンドパスフィルタを使用することによって、同時に心電図および筋電図を得ることができる請求項1に記載の多機能布感知システム。
16. インダクタまたはキャパシタに直列に接続された検知電極は、周波数によって信号を分けることができる請求項1に記載の多機能布感知システム。
17. 例えば、インダクタが高周波数を排除するが低周波数を通過させ、キャパシタは低周波数を排除するが高周波数は通過させ、すべての周波数はインダクタおよびキャパシタなしで通過することができ、3つの周波数帯域を分割することができる請求項16に記載の多機能布感知システム。
18. 前記センサは、呼吸または身体の動きを測定することができる誘導型呼吸記録器であり、また、送信ワイヤまたはアンテナである請求項1に記載の多機能布感知システム。
19. 体脂肪、汗および体液も測定することができ、電極が良好な状態にあるかどうかが検証される請求項14に記載の多機能布感知システム。
20. 前記センサは、信号を送信できる光ファイバである請求項1に記載の多機能布感知システム。
21. 前記伝送ワイヤに近接して電気エネルギー回収ワイヤが配置され、信号が通過すると、2本のワイヤ間の相互誘導または結合容量を利用して前記電気エネルギー回収ワイヤに電気エネルギーを誘導することを特徴とする請求項1に記載の多機能布感知システム。
22. 電池及び電池残量計は、人体の動きまたは環境の変化を表す電気エネルギーを充電する動作を記録することができる請求項1に記載の多機能布感知システム。
23. 前記システムがおむつ感知システムであり、可変キャパシタに接続された2本の裸の伝送ワイヤが排便および排尿を測定することができる請求項1に記載の多機能布感知システム。
24. 前記2つの付加的な検知電極は、ユーザーの呼吸の変化を測定するためにウエスト位置に取り付けられる請求項23に記載の多機能布感知システム。
25. 前記システムが2層以上の布層を有し、内層の伝送ワイヤと外層の伝送ワイヤが重なり合って信号がそれらの間で伝送される、請求項1に記載の多機能布感知システム。
26. 前記伝送ワイヤは、裸のワイヤまたは光ファイバであってもよく、無線伝送のアンテナとして使用されてもよいことを特徴とする請求項25に記載の多機能布感知システム。
27. 前記センサは、静電容量の変化を検出するために接続されたキャパシタ及び導電性布または導電ワイヤであり、湿度の変化も推測できることを特徴とする請求項1に記載の多機能布感知システム。
28. 前記センサは、生理的信号（ECG、EEG、EMG ・・・）を測定することができる電極であり、DCにより汗を測定するため、またはACにより呼吸、身体の動き、姿勢，体脂肪を測定するためにも使用できる請求項1に記載の多機能布感知システム。
29. 伝送ワイヤおよびスペアワイヤは、温度または湿度の検出器としてACまたはDCも伝送することができる請求項1に記載の多機能布感知システム。
30. 伝送ワイヤおよびスペアワイヤは、呼吸、身体の動き、姿勢、鼓動などを読み取るために自己誘導および相互誘導を使用することもできる請求項29に記載の多機能布感知システム。
31. 布層と、前記布層上に配置された複数のセンサであって、１つ又は2つの出力端を含み、各センサの信号を監視することができ、または布から静電干渉を除去することができ、または検出を行うことができ、または力が加えられることなく検出できる多機能布感知方法。
32. 布層と、前記布層上に配置された複数のセンサであって、１つ又は2つの出力端を含み、各センサの信号を監視することができ、または布から静電干渉を除去することができ、または検出を行うことができ、または力が加えられることなく検出できる多機能布感知物品。