JP2021073541A - 触覚デバイスの大規模集積化 - Google Patents
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Abstract
【課題】仮想現実(VR)システムのための流体制御触覚デバイスの大規模集積化方法を提供する。【解決手段】方法は、指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化(LSI)デバイスの第1のエラストマー層を形成することを含み、第1のエラストマー層は、複数の流体ベースの回路を有し、複数の形成仕様を忠実に守る。方法はさらに、第1のエラストマー層を硬化することを含む。加えて、LSIデバイスの1つまたは複数の追加のエラストマー層が、指定の製造プロセスに従って第1のエラストマー層とともに形成される。1つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の流体ベースの回路を有する。1つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る。【選択図】図8
Description
本開示は一般に、仮想現実(VR)システムのための流体制御触覚デバイスに関し、より詳細には、複数の流体触覚デバイスを電気デバイスおよび電子デバイスと一緒にVRシステムに大規模集積化を使用して統合することに関する。
仮想現実(VR)、拡張現実(AR)、または複合現実(MR)は、VRシステムを通じてなど、コンピュータ技術によって創出され、ユーザに提示される模擬環境を提供する。いくつかのVRシステムでは、ウェアラブルデバイス(例えば、グローブ)は、ユーザが仮想物体と相互作用することを可能にする。そのようなウェアラブルデバイス上の回路構成は、そのような回路構成が、VR設定においてウェアラブルデバイスのユーザのために触覚、運動感覚、および他の経験を高めるためのセンサおよびアクチュエータならびに他のデバイスを含むこともあるので、複雑で、かさばり、かつ/または重い可能性がある。ウェアラブルデバイスにおける複雑なアセンブリの実施はまた、熱散逸限界、電力分配、および/またはエネルギー貯蔵制約によって、VRにおいて使用されるグローブの物理的寸法などの、物理的制約によって制限されることもある。結果として、従来のウェアラブルデバイスは、VRシステムについてのユーザの経験を損なう可能性がある。
本発明による実施形態は特に、方法、記憶媒体、システムおよびコンピュータプログラム製品に向けられる添付の請求項において開示され、1つの請求項カテゴリ、例えば方法において述べられる任意の特徴は、別の請求項カテゴリ、例えばシステムにおいて同様に主張されてもよい。添付の請求項における従属項または後方参照は、形式的理由だけのために選ばれる。しかしながら、任意の前の請求項(特に多数従属項)への慎重な後方参照から生じるどんな主題も、同様に主張されてもよく、その結果請求項の任意の組み合わせおよびそれらの特徴が、開示され、添付の請求項において選ばれる従属項にかかわらず、主張されてもよい。主張されてもよい主題は、添付の請求項において提示されるような特徴の組み合わせだけでなく、請求項における特徴の任意の他の組み合わせもまた含み、請求項において述べられる各特徴は、請求項における任意の他の特徴または他の特徴の組み合わせと組み合わされてもよい。さらに、本明細書で述べられるまたは描写される実施形態および特徴のいずれかは、別個の請求項および/または本明細書で述べられるもしくは描写される任意の実施形態もしくは特徴とまたは添付の請求項の特徴のいずれかとの任意の組み合わせにおいて主張されてもよい。
本明細書での実施形態は、様々な形成仕様に従ってかつ指定の製造プロセスを使用して形成される大規模集積化(LSI)デバイスを述べる。LSIデバイスは、流体および非流体回路を含んでもよく、VR/AR/MRデバイスにおけるコンポーネントとして使用されてもよい。例えば、LSIデバイスは、触覚グローブの制御、感知、および作動コンポーネントの一部であってもよく、流体および非流体回路の層を備えてもよい。これらの層は、様々なポリマーおよびファブリック材料で構成されてもよく、流体の流れのためのチャンネルならびに他の流体および非流体コンポーネントを含む。
設計ルールを使用すると、LSIデバイスは、高効率およびコンパクト性を達成することができる。特に、これらの様々な設計目標を忠実に守ることによって、多数の利点が、実現されてもよい。第1に、流体作動システムを使用することは、他のシステムと比較して低い熱散逸とともに十分に高い力密度を可能にする。加えて、大規模集積化トポロジおよび設計ルールは、多数のデバイス(例えば、流体、電子、および他のデバイス)の制御に取り組み、制御を可能にする。さらに、システムのソフトポリマー実施は、大量生産を可能にする。
これらの設計ルールの例は、最小および最大の動作圧力および電圧、LSIデバイスの最小層厚さ、最小硬度レベル、信号の最大伝搬遅延、熱設計要件、その他を含んでもよい。LSIデバイスは、ロストワックス鋳造、ロールツーロール製造、高速ステンシルおよびスクリーン印刷技法、硬化剤の使用、その他などの、様々な高度にスケーラブルな技法を使用して製造されてもよい。
一実施形態では、LSIデバイスは、指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化(LSI)デバイスの第1のエラストマー層を形成することによって形成され、第1のエラストマー層は、複数の流体ベースの回路を有し、第1のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る。この第1の層は、硬化され、LSIデバイスの1つまたは複数の追加のエラストマー層が、指定の製造プロセスに従って第1のエラストマー層とともに形成され、1つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の流体ベースの回路(および電子回路)を有し、1つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る。
一実施形態では、LSIデバイスは、ポリマー基板の第1の層を含む。LSIデバイスはさらに、ポリマー基板の表面上に配置される感知層を含み、感知層は、エラストマーの電気的に抵抗性かつ/または容量性の感知回路に加えて、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。第1のビア層は、感知層の表面上に配置され、第1のビア層は、感知層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。この層はまた、導電性ビアを含有してもよい。加えて、ゲート層が、第1のビア層の表面上に配置され、ゲート層は、第1のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。また、第2のビア層も、ゲート層の表面上に配置され、第2のビア層は、ゲート層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。第2のビア層上には、ソースおよびドレイン層が、配置され、ソースおよびドレイン層は、第2のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。
さらに、第3のビア層が、ゲート層の表面上に配置され、第3のビア層は、ソースおよびドレイン層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。最後に、アクチュエータ層が、ゲート層の表面上に配置され、アクチュエータ層は、第3のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである。
それ故に、本開示の実施形態は、仮想現実、拡張現実、および複合現実(VR、AR、およびMR)のための応用において、LSI設計ルール、ならびに制御、感知、および作動のための流体回路スタックなどの、デバイスを創出するための製造プロセスを含む。
本発明の実施形態では、方法が、提供されてもよく、本方法は、
指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化(LSI)デバイスの第1のエラストマー層を形成するステップであって、第1のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、第1のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ステップと、
第1のエラストマー層を硬化するステップと、
指定の製造プロセスに従って第1のエラストマー層とともにLSIデバイスの1つまたは複数の追加のエラストマー層を形成するステップであって、1つまたは複数の追加のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、1つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ステップとを含む。
指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化(LSI)デバイスの第1のエラストマー層を形成するステップであって、第1のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、第1のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ステップと、
第1のエラストマー層を硬化するステップと、
指定の製造プロセスに従って第1のエラストマー層とともにLSIデバイスの1つまたは複数の追加のエラストマー層を形成するステップであって、1つまたは複数の追加のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、1つまたは複数の追加のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ステップとを含む。
実施形態では、形成仕様は、最大動作圧力および最小動作圧力を含んでもよい。複数の流体ベースの回路は、最大動作圧力の高圧レール、および最小動作圧力の低圧レールを含んでもよい。最大動作圧力は、実施形態では、3バールであってもよく、最小動作圧力は、実施形態では、真空であってもよい。
実施形態では、形成仕様は、動作電圧の範囲を含んでもよい。大規模集積化デバイスの層は、動作電圧の範囲内の電圧で動作してもよい電子回路を含む。
実施形態では、形成仕様は、最小層厚さを含んでもよい。LSIデバイスの層は、少なくとも最小層厚さを有してもよい。
実施形態では、形成仕様は、最小硬度レベルおよび最大硬度レベルを含んでもよい。LSIデバイスの層は、最小硬度レベルおよび最大硬度レベル内の硬度レベルを有する材料を含んでもよい。最小硬度レベルは、実施形態では、10デュロメータであってもよい。最大硬度レベルは、実施形態では、50デュロメータであってもよい。
実施形態では、形成仕様は、最小伸長破断値を含んでもよい。LSIデバイスの層は、最小伸長破断値より下で破断しない材料を含んでもよい。
実施形態では、形成仕様は、最大硬化温度を含んでもよい。LSIデバイスの層は、最大硬化温度より下で硬化する材料を含んでもよい。
実施形態では、形成仕様は、設定周波数範囲および強度範囲の硬化用電磁(EM)放射への最小時間の露出後の最小百分率構造的完全性を示してもよい。
実施形態では、形成仕様は、最大端部間伝搬遅延を示してもよい。端部間伝搬遅延は、LSIデバイスの片方の境界からLSIデバイスの反対側の境界までの信号の伝搬の最大時間を指定してもよい。LSIデバイスの1つまたは複数の層は、実施形態では、信号伝搬遅延が、最大端部間伝搬遅延を下回るままであるような流体取得回路を含んでもよい。
実施形態では、形成仕様は、単位皮膚接触面積当たりの最大の熱流束を示してもよい。単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、LSIデバイスを含むウェアラブルデバイスのユーザの皮膚に伝導される最大熱放射を示してもよい。LSIデバイスは、ユーザの皮膚に隣接するLSIデバイスの表面上への単位皮膚接触面積当たりの最大熱流束を下回る熱を放射するように構成される。単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、実施形態では、表皮の単位平方センチメータ当たり40ミリワットであってもよい。
実施形態では、指定の製造プロセスは、ロールツーロール加工を使用してもよい。
本発明の実施形態では、デバイスが、提供されてもよく、本デバイスは、ポリマー基板である第1の層と、ポリマー基板の上部表面の上に形成される1つまたは複数の追加の層であって、1つまたは複数の追加の層は、エラストマーであり、流体ベースのアクチュエータ、流体ベースのソース、ドレイン、およびゲート回路、ならびに流体ベースの感知回路の動作のためのチャンネルを有する、1つまたは複数の追加の層とを備え、追加の層の1つまたは複数の少なくとも2つは任意選択的に、同じ物理層上に形成される。
本発明の実施形態では、あるまたはそのデバイスが、提供されてもよく、本デバイスは、
ポリマー基板である第1の層と、
ポリマー基板の表面上に配置される感知層であって、感知層は、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、感知層と、
感知層の表面上に配置される第1のビア層であって、第1のビア層は、感知層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第1のビア層と、
第1のビア層の表面上に配置されるゲート層であって、ゲート層は、第1のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ゲート層と、
ゲート層の表面上に配置される第2のビア層であって、第2のビア層は、ゲート層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第2のビア層と、
第2のビア層の表面上に配置されるソースおよびドレイン層であって、ソースおよびドレイン層は、第2のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ソースおよびドレイン層と、
ゲート層の表面上に配置される第3のビア層であって、第3のビア層は、ソースおよびドレイン層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第3のビア層と、
ゲート層の表面上に配置されるアクチュエータ層であって、アクチュエータ層は、第3のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、アクチュエータ層とを備える。
ポリマー基板である第1の層と、
ポリマー基板の表面上に配置される感知層であって、感知層は、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、感知層と、
感知層の表面上に配置される第1のビア層であって、第1のビア層は、感知層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第1のビア層と、
第1のビア層の表面上に配置されるゲート層であって、ゲート層は、第1のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ゲート層と、
ゲート層の表面上に配置される第2のビア層であって、第2のビア層は、ゲート層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第2のビア層と、
第2のビア層の表面上に配置されるソースおよびドレイン層であって、ソースおよびドレイン層は、第2のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ソースおよびドレイン層と、
ゲート層の表面上に配置される第3のビア層であって、第3のビア層は、ソースおよびドレイン層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第3のビア層と、
ゲート層の表面上に配置されるアクチュエータ層であって、アクチュエータ層は、第3のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、アクチュエータ層とを備える。
実施形態では、感知層はさらに、流体ベースのルーティング回路との電気−流体接合を介して結合される、伸張に敏感なドープポリマーセンサを含んでもよい。
実施形態では、基板は、布、ドープポリマー、非ドープポリマー、長鎖分子、およびタンパク質の少なくとも1つである材料で構成されてもよい。
図は、単に例示を目的として本開示の実施形態を描写する。当業者は、本明細書で例示される構造および方法の代替実施形態が、本明細書で述べられる開示の原理、または勧められる便益から逸脱することなく用いられてもよいことを次の記述から容易に認識することになる。
概説
実施形態は、純粋な仮想現実(VR)システム、拡張現実(AR)システム、複合現実(MR)システム、またはそれらのある組み合わせなどの、VRシステムにおいて使用されてもよい触覚デバイスの大規模集積化を含む。これらの触覚デバイスは、流体的であってもよく、またはそれらは、電気的、磁気的、その他であってもよい。流体デバイスは、電子デバイス(例えば、電気トランジスタ、電気ダイオード、その他)と同様に機能する流体ハンドリングデバイスである。例えば、流体デバイスは、流体トランジスタとして、すなわち電気インパルスの代わりに流体を取り扱うトランジスタとして動作するように設計されてもよい。流体回路を形成する、様々な結合流体デバイスの組み合わせは、VRシステムにおける、触覚グローブなどの、触覚デバイス内のコントローラ、センサ、およびアクチュエータとしての役割を果たしてもよい。例えば、流体デバイスの組み合わせは、VRシステムにおける仮想入力に応答してユーザの動きを限定しまたは拡張してもよい。これは、例えば、ユーザが、ユーザの手などの、ユーザの身体の動きを現実には制限するということになるVR環境における固体の仮想物体と相互作用するとき、起こることもある。VRシステムに結合された触覚デバイスは、動きのこの制限をシミュレーションするために、ユーザの身体の動きを制限するために流体デバイスの組み合わせを使用してもよい。これらの流体デバイスはまた、VRシステムにおいて、触覚グローブなどの、組み合わせた流体および非流体触覚デバイスを形成するために、センサ、コントローラおよびアクチュエータなどの、非流体デバイス(例えば、電気および電子デバイス)に結合されてもよい。
実施形態は、純粋な仮想現実(VR)システム、拡張現実(AR)システム、複合現実(MR)システム、またはそれらのある組み合わせなどの、VRシステムにおいて使用されてもよい触覚デバイスの大規模集積化を含む。これらの触覚デバイスは、流体的であってもよく、またはそれらは、電気的、磁気的、その他であってもよい。流体デバイスは、電子デバイス(例えば、電気トランジスタ、電気ダイオード、その他)と同様に機能する流体ハンドリングデバイスである。例えば、流体デバイスは、流体トランジスタとして、すなわち電気インパルスの代わりに流体を取り扱うトランジスタとして動作するように設計されてもよい。流体回路を形成する、様々な結合流体デバイスの組み合わせは、VRシステムにおける、触覚グローブなどの、触覚デバイス内のコントローラ、センサ、およびアクチュエータとしての役割を果たしてもよい。例えば、流体デバイスの組み合わせは、VRシステムにおける仮想入力に応答してユーザの動きを限定しまたは拡張してもよい。これは、例えば、ユーザが、ユーザの手などの、ユーザの身体の動きを現実には制限するということになるVR環境における固体の仮想物体と相互作用するとき、起こることもある。VRシステムに結合された触覚デバイスは、動きのこの制限をシミュレーションするために、ユーザの身体の動きを制限するために流体デバイスの組み合わせを使用してもよい。これらの流体デバイスはまた、VRシステムにおいて、触覚グローブなどの、組み合わせた流体および非流体触覚デバイスを形成するために、センサ、コントローラおよびアクチュエータなどの、非流体デバイス(例えば、電気および電子デバイス)に結合されてもよい。
各アクチュエータまたはセンサ要素を独立して組み立て、駆動することは、しかしながら、完全な触覚システムに組み立てるには大きすぎるまたは煩雑すぎることもある。これは、触覚デバイス要素、例えば、センサ、アクチュエータ、制御部、および電力分配デバイスの組み合わせが、触覚システム上に位置するのに十分に物理的にコンパクトでないこともあるというところで問題を引き起こすこともある。別法として、または別の問題として、触覚システム要素の組み合わせは、大きい重量を有することもあり、または小さいエリアにおいて実施するには複雑なこともある。加えて、個々の触覚デバイス要素を組み合わせることによる触覚システムの実施は、容易にスケーラブルではないこともある。個々の流体デバイスの組み合わせおよび統合はまた、統合の系統的手段によるよりも信頼できないまたは信頼性が少ないこともある。この問題を解決するために、流体回路が代わりに、大規模集積化(LSI)の形で層ごとにスタックされてもよい。
LSIを利用することにより、流体および非流体回路は、様々な方法を使用して層状にされてもよく、結果として生じる回路は、サイズがよりコンパクトであり、触覚デバイスの寸法、重量、または他の要件をより良く満たす。コンポーネントのスタッキングはまた、流体および非流体回路をより小さいエリアにぎっしり詰めることによって製造コストを低減することもできる。LSIを介しての流体回路の小型化はまた、流体ポンピング要件を低減することもあり、どんな流体ポンプ、チャンネル、その他のサイズも低減する。それはまた、流体チャンネルの圧力が、低減されることもあるので、回路内の流体漏れの可能性を低減することもできる。それはまた、より小さいチャンネルが、もしあれば、より小さい乱流を作り出すこともあり、より静かな動作をもたらすので、流体回路のノイズの影響を低減することもできる。これらの流体回路のLSIは、より複雑な流体回路が、様々な所望の動作を行うために触覚または他のVRデバイスに取り付けられることを可能にする。
流体回路および他の回路(例えば、電子、電気機械、その他)の大規模集積化は、伝統的設計を超える多数の利点を可能にする。LSIは、例えば触覚グローブ応用において、VR/AR/MR環境のために物理的力を提供するためのコンパクト空間におけるコンポーネントの最適化などの、特定の目標を達成するために機能するシステムにおいて様々なコンポーネントの統合を一緒に可能にする、様々な設計ルール、製造プロセス制約、および他の条件を含む。流体回路スタックの特定の実施に関する記述が、以下でなされるが、本発明は、そのようなスタックに限定されず、代わりにまた本明細書で述べられる流体回路スタックのような製品が創出されてもよいエコシステムを創出するために、これらの設計ルール、製造制約、および他の条件も含む。流体回路のLSIに関する追加の詳細は、以下で述べられる。
大規模集積化のための例となる設計ルール
上述のように、流体および非流体回路の大規模集積化(LSI)は、上で述べられるように、LSIの目標を満たす様々な回路およびコンポーネントを生み出すために、様々な設計ルールを順守してもよい。設計ルールの例となる一組は、ここで提示される。しかしながら、これらの設計目標は、限定として解釈すべきでなく、他の実施形態では、LSIは、より多い、より少ない、かつ/または異なる設計ルールを含んでもよい。
上述のように、流体および非流体回路の大規模集積化(LSI)は、上で述べられるように、LSIの目標を満たす様々な回路およびコンポーネントを生み出すために、様々な設計ルールを順守してもよい。設計ルールの例となる一組は、ここで提示される。しかしながら、これらの設計目標は、限定として解釈すべきでなく、他の実施形態では、LSIは、より多い、より少ない、かつ/または異なる設計ルールを含んでもよい。
例となる設計ルールは、1)特徴サイズ、2)動作圧力/電圧、3)層寸法、4)伝搬遅延要件、5)熱設計要件、および6)追加の全体的制約に関連してもよい。いくつかの実施形態では、代替および/または追加の設計ルールは、LSIプロセスの一部であってもよい。
コンポーネントの特徴サイズは、あるレベルのコンパクト性を達成し、動作圧力、熱設計要件、その他などの、システムにおける他の要件の順守を容易にするために制約されてもよい。例えば、流体チャンネル(または他の接続)の最大ピッチ要件は、コンポーネントサイズを最小化し、動作圧力要件が例えば大きいポンプなしに達せられることを可能にするためにLSI設計において実施されてもよい。一実施形態では、設計ルールは、最小ピッチおよび最大ピッチの両方を指定する(例えば、1mm〜5mm)。最大コンポーネントサイズ(例えば、1cm)、コンポーネントの最大内部流体容積(例えば、1ml)、その他などの、特徴サイズ要件はまた、他のコンポーネントに適用してもよい。
LSI設計のコンポーネントまたはシステムの動作圧力および電圧は、設計ルールによって制約されてもよい。これは、上で述べられたようなLSIの目標を達成するために他の設計ルールと連携してシステムの異なるコンポーネントへの電力の効率的な配送を容易にすることができる。一実施形態では、設計ルールは、最小および最大流体圧力値を指定してもよい。最小圧力は、−1バール(例えば、ゼロ絶対圧力における真空)であってもよい。最大圧力は、3バールであってもよい。例えば、LSI設計における高圧ラインは、1バール(大気圧)のこともあり得、一方低圧ラインは、−1バール(真空)のこともある。一実施形態では、設計ルールは、最小および最大電圧または多数の動作電圧を指定してもよい。例えば、あるコンポーネントの電圧は、3.3ボルトなどの、より低い電圧に設定されることもあり得る。他のコンポーネントの電圧は、312ボルトなどの、高電圧に設定されることもある。設計ルールは、流体内への電流の漏れが起こらないように、電圧運搬コンポーネントが流体運搬コンポーネントと相互作用する仕方を指定してもよい。
ある層の寸法および特性は、LSIの目標を達成するために設計ルールによって指定されてもよい。異なるコンポーネントを含む異なる層は、層内のコンポーネントの寸法ならびにシステム(例えば、回路スタック)の全体寸法、構造的完全性、製造要件、その他を説明するために異なる最大および/または最小厚さを有してもよい。例えば、流体ビア層は、層内の流体ビアの直径を考慮して、特定の厚さ(例えば、5mm)であってもよい。ビア自体は、必要とされる厚さ(例えば、1mm)、および例えば2mmの最小周囲間隔を有するなどの、特定の寸法要件を有してもよい。層自体もまた、特定のデュロメータ(例えば、10〜50ショアデュロメータ硬度)などの、硬度要件によって制約されてもよい。層はまた、200%よりも大きい伸長破断などの、伸長破断抵抗要件を有してもよい。層は、ある温度(例えば、セ氏140)より下で硬化することができるように選択されてもよく、その結果システム内の他のコンポーネントは、高い温度によって影響を受けることがない。設計ルールはまた、層が、硬化のために使用されるある波長のEM放射(例えば、UV放射)に耐性があることを指定してもよい。それ故に、設計ルールは、設定周波数範囲および強度範囲の硬化用電磁(EM)放射への最小時間の露出後の最小百分率構造的完全性を指定してもよい。
システムの伝搬遅延は、設計ルールによって指定されてもよい。伝搬遅延は、信号がシステム内である距離を進むことについて測定される時間である。特に、ここでの伝搬遅延は、触覚グローブなどの、VR/AR/MRコンポーネントについての端部間遅延として定義される。コンポーネントの片方の端部または境界(例えば、グローブ基部)から発する流体または他の信号は、30msなどの、最大伝搬遅延値内にもう一方の/反対側の端部または境界(例えば、指)に達するはずである。伝搬遅延設計ルールは、伝搬遅延が維持されるために、選択されるコンポーネント、選択される材料、その他に関する多数の二次的ルールおよび特性に影響を及ぼす。例えば、設計ルールは、伝搬遅延を低減するために回路内の流体の流れを加速するために回路に沿ってある間隔で取得コンポーネントを使用することを指定してもよい。アクチュエータおよび他のコンポーネントは、それらの応答時間を減少させるために、最大キャパシタンス(流体容積容量)を有するように指定されてもよい。これは、アクチュエータが伝統的な場合よりも低い流体容量で作動するように設計されることを必要とすることもある。
熱的制約は、設計ルールによって指定されてもよい。熱的制約は、システムが、システム上のコンポーネントに、より意義あるものとして、ユーザに影響を及ぼすこともあり得る過度の温度を生成しないように設計される。例えば、システムが、触覚グローブである場合、触覚グローブからの過剰な熱放射は、ユーザの手に伝導されるということになり、不愉快でかつ潜在的に危険な状況を引き起こす。それ故に、単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、限定されてもよい(例えば、40mw/cm2表皮接触面積に)。これらの設計ルールを達成するために、コンポーネントは、熱放射が、例えばラジエータの使用を介して、ユーザの皮膚に接触しないシステムの部分に向かって向け直されてもよいように設計されてもよい。熱は、機械的ポンプおよびアクチュエータ内でのならびに電気的コンポーネントとの機械的摩擦に起因して発生することもあるということに留意されたい。LSIのためのこれらの設計ルールを忠実に守る流体回路スタックおよび他のコンポーネントの例は、図1〜図6を参照して以下で述べられる。
大規模集積化のための例となる製造プロセス
上で述べられた設計ルールによると、LSIシステムまたはコンポーネントは、あるプロセスに従って製造されてもよい。これらは、様々な印刷プロセス、鋳造プロセス、接着プロセス、使用される様々な化学物質、および/または様々な試験手順、ならびにロールツーロール加工の使用などの、全体的製造プロセスを含んでもよい。これらの製造プロセス制約は、限定すると解釈すべきでなく、他の実施形態では、LSIは、異なる製造プロセスを使用してもよい。
上で述べられた設計ルールによると、LSIシステムまたはコンポーネントは、あるプロセスに従って製造されてもよい。これらは、様々な印刷プロセス、鋳造プロセス、接着プロセス、使用される様々な化学物質、および/または様々な試験手順、ならびにロールツーロール加工の使用などの、全体的製造プロセスを含んでもよい。これらの製造プロセス制約は、限定すると解釈すべきでなく、他の実施形態では、LSIは、異なる製造プロセスを使用してもよい。
様々なプロセスが、LSIシステムの製造中に使用されてもよい。ステンシル印刷、およびスクリーン印刷などの、様々な印刷技法が、コンポーネントおよび他の要素をLSIシステム(例えば、流体回路スタック)内に置くために使用されてもよい。ロストワックス鋳造などの、様々な鋳造プロセスが、使用されてもよく、それによってシリコンなどのポリマー材料が、ワックスモールドの周りに鋳造され、ワックスモールドが、後で除去される。
接着およびカレンダー仕上げ(カレンダー機械を使用する)などの、異なる層接合技法が、LSIシステムの層およびコンポーネントを形成するために、ピンベースの位置合わせ、プラズマ処理、シリコン接着剤、接着剤マスキング、接着剤の除去(例えば、スキージー技法を使用する)、硬化抑制剤(例えば、流体チャンネルの目詰まりを防止するため)、硬化促進剤、その他などの技法と連携して使用されてもよい。これは、LSIシステムのための効率的な大量生産プロセスを創出するためにロールツーロール製造と組み合わされてもよい。
製造プロセスはまた、コンダクタンステストなどの、様々な検証および試験ステップを指定してもよく、それによって生の電気的接続が、流体チャンネルと電気チャンネルとの間で試験される。そのような生の接続は、望ましくないこともあり、肯定的な結果は、コンポーネントの放棄を必要とすることもある。
製造設備それ自体は、湿度、温度制御、および空気品質などの、環境要因について制御されてもよい。環境要因は、製造されるLSIシステムの故障率が低減されるように設定されてもよい。生産速度は、コンポーネントの硬化速度によって限定されることもあり、モールドの選択がまた、制約されることもある(例えば、モールドの材料は、コンポーネントに適合するように選択されてもよい)。製造プロセスの例は、図7〜図8に関して以下で述べられる。
例となる層状流体回路
図1は、一実施形態による、流体回路スタック110の横断面の例図である。流体回路スタックは、上で述べられた設計ルールに従って設計されてもよい。図1での流体回路スタック110は、層およびコンポーネントの組織化の特定の順序を例示するが、他の実施形態では、コンポーネントは、異なる仕方で層状にされてもよく、または各層内で異なって組織化されてもよい。例えば、センサ層は、アクチュエータ層の上に置かれてもよい。別の例として、以下で述べられる異なる層は、同じ物理層上に存在してもよい(例えば、単一高度にあってもよい)。上述のように、流体回路スタック110は、LSIのための様々な設計ルールおよび製造プロセスを使用して達成されてもよいコンポーネントのシステムの一例である。これらの設計ルールおよびプロセスは、以下でさらに詳細に述べられることになる。
図1は、一実施形態による、流体回路スタック110の横断面の例図である。流体回路スタックは、上で述べられた設計ルールに従って設計されてもよい。図1での流体回路スタック110は、層およびコンポーネントの組織化の特定の順序を例示するが、他の実施形態では、コンポーネントは、異なる仕方で層状にされてもよく、または各層内で異なって組織化されてもよい。例えば、センサ層は、アクチュエータ層の上に置かれてもよい。別の例として、以下で述べられる異なる層は、同じ物理層上に存在してもよい(例えば、単一高度にあってもよい)。上述のように、流体回路スタック110は、LSIのための様々な設計ルールおよび製造プロセスを使用して達成されてもよいコンポーネントのシステムの一例である。これらの設計ルールおよびプロセスは、以下でさらに詳細に述べられることになる。
流体回路スタック110の層は、複数の流体回路および電子回路を含む。流体回路は、電気回路に類似しているが、しかし代わりに電流を流体の流れで、電位を流体圧力で、電気導体を流体担持チャンネル(例えば、チューブ)で置き換える。流体は、非圧縮性液体であってもよく、もしくは気体であってもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。流体回路は、触覚デバイスにおける使用について様々な利点を提示することができる。例えば、機械的アクチュエータを動作させるために別個のより高い電流源および電気モータを必要とすることの代わりに、流体回路は、流体回路内の制御または他の感知機構の同じ流体回路を使用して流体アクチュエータを動作させることができることもある。しかしながら、対応する電子回路と比較される流体回路の物理的サイズは、ある触覚デバイスのサイズが、これらの流体回路のサイズを容易に受け入れないこともあるので、問題をもたらすこともある。この問題を解決するために、流体回路は、大規模集積化(LSI)を使用して一緒にスタックされてもよい。
多数層を有するそのようなスタックされた流体回路110の例となる説明図は、図1に例示され、流体回路スタック110および個々の回路に関する追加の詳細は、図1〜図7を参照して以下で述べられ、同様に流体回路スタックを層状にする例となる方法は、図8〜図9を参照して述べられる。
流体回路スタック110の底部から上部まで続く、第1の層は、ポリマーで構成されてもよい基板120である。このポリマーは、疎水性である、構造的破損なしに少なくともしきい曲げ値に至るまで柔軟である、指定の寿命に至るまで耐久性がある、不燃性である、その他などの、ある望ましい特性を有してもよい。一実施形態では、基板120のポリマーは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)である。PDMSの1つの便益は、それが、液体を吸収しないということであり、表面処理に依存するが、それは、流体回路のための応用に応じて濡れ性であるまたは疎水性であるように設計されてもよい。加えて、PDMSは、非毒性であり、生体適合性があり、柔軟であり、低コストであり、広範囲の温度にわたって安定であり、非導電性であり、透明であり、その他である。これは、PDMSを人体上または近くで使用されてもよいVRデバイスのための基板120の材料の適切な候補にする。
他の実施形態では、基板は、織布(例えば、合成および/または天然繊維を用いた)、非ドープポリマー、および他の巨大分子(例えば、タンパク質などの、長鎖を有するそれら)などの、他の材料で作られてもよい。
導電性ポリマー層125は、基板120の上に形成されてもよく、流体回路スタック110内での導電性回路の形成を可能にしてもよい。電気回路構成(より暗い領域によって表される)は、流体回路スタック110の他の層内の流体回路と相互作用してもよい。導電性ポリマー層125に埋め込まれてもよい電気回路の例は、トランジスタ、スイッチ、リレー、集積回路、その他を含む。これらの電気回路は、電気回路が流体回路における動作を変えることを可能にする流体−電気界面を動作させてもよい。例えば、1つの流体−電気界面は、界面にわたる電位の印加に基づいて流体チャンネルの流れを変えてもよく、または界面に印加される電位に応答して表面と接触する表面の濡れ性を変えてもよい。
特定の応用の別の例として、触覚デバイスなどの、VRデバイスは、入力を電気信号の形で受け取ってもよい。この信号は、流体回路スタック110の流体回路を駆動するために、導電性ポリマー層125における流体−電気界面において変換されてもよい。その結果は、VRデバイスにおける流体アクチュエータの位置の変化であってもよい。
一実施形態では、導電性ポリマー層は、カーボンナノチューブ(CNT)ドープPDMSで構成される。これは、CNTナノ粒子をドープされるPDMS材料であり、それは、PDMS材料のCNTドープ部分を導電性になるようにする。金属コンポーネントの代わりにCNTナノ粒子をPDMSにドープすることの便益は、PDMS材料において金属を使用することが、亀裂などの耐久性問題が起こることもあるバラバラのエリアを作り出すということである。これは、PDMS材料のCNTドーピングを使用するときには発生しない。
感知層130は、導電性ポリマー層125の上部に形成され、感知およびルーティングに関与する様々な流体回路および非流体回路を含んでもよい。例えば、これらの回路は、感知層130内にあってもよく、下にある触覚デバイスにおける動きを感知してもよい。動きは、感知層130内の流体の特性を変えてもよい(例えば、流体圧力の変化)。これは、感知層130内の流体回路に流体回路スタック110の他の層に送られてもよい応答を発生させる可能性がある。感知層130はまた、感知層130内のロジックに応じて導電性ポリマー層125からの入力を流体回路スタック110の他の部分における正しい流体回路にルーティングするなどの、様々なルーティング特徴を行う流体回路を含んでもよい。感知層はまた、伸長に敏感であり、引き延ばされることに応答して電位の変化を発生させるドープポリマーなどの、非流体回路を含んでもよい。
一実施形態では、感知層130は、液体に対して不浸透性であり、流体回路をその上に創出するために流体担持チャンネルとともに成形され、形成されてもよい材料などの、基板120に似た材料で作られる。
第1のビア層135は、感知層130の上部に形成され、隣接層の回路間に相互接続を提供する。第1のビア層135などの、ビア層それ自体は、「絶縁」層であってもよく、または流体回路の場合は、隣接層間での流体の動きにバリアを提供してもよく、隣接層内の流体回路が、異なる層内の回路間に流体漏れを有することなく機能することを可能にする。ビア層は、隣接流体回路層の要件に応じて異なる厚さを有してもよい。ビア層は、厚さを限定する流体圧力要件に起因して標準的厚さより薄くてもよい。ビア層は、例えばアクチュエータを駆動するとき、より高い圧力の流体の流れの増強を受け入れるために、標準的厚さより厚くてもよい。
例示されるように、第1のビア層135は、感知層130およびゲート層140を相互接続する。一実施形態では、第1のビア層135、および流体回路スタック110内のその他のビア層は、基板120および感知層130に似たポリマー材料で構成される。しかしながら、ビア層はまた、ファブリック材料を含んでもよい。これらのファブリック材料は、ポリマー材料と対照的に、材料の繊維状ストランドを一緒に織るまたは構成することによって創出され、それ故にポリマー材料と比較して、張力などの、ある機械的応力に耐え、それ故に重要な構造的支持および補強を流体回路スタック110に提供することができる。層は、ここではビアについて示されるが、一実施形態では、流体回路スタック110は、ビア層を含まないことに留意されたい。代わりに、層は、互いに直接接続され、流体は、1つの層から別の層にビア層を使用することなく直接進む。例えば、1つの層は、隣接層の空洞と整列する空洞をそれの中に有してもよい。いったん組み立てられると、片方の層の空洞内の流体は、もう一方の層の空洞に自由に進むことができ、それ故に直接のビアを形成する。
ゲート層140は、第1のビア層135の上部に形成されてもよく、1つまたは複数のフルーイディスタ(すなわち、流体ベースのトランジスタ)のための1つまたは複数のゲートを含んでもよい。これらのフルーイディスタは、電気トランジスタと同様に機能し、ソース、ドレイン、およびゲートを有してもよいが、しかし電子の代わりに流体を使用する。フルーイディスタは、流体回路スタックのロジックを実施してもよく、流体回路スタック110内の感知層130または他の層からの出力に反応してもよく、流体回路スタックのその他の層、例えばアクチュエータ層160に送られる出力を発生する。フルーイディスタの例は、図6を参照して以下で述べられる。
一実施形態では、ゲート層140は、感知層130と同じまたは似た材料、例えば流体に対して不浸透性であるポリマーで構成され、1つまたは複数の流体担持チャンネルは、回路を形成する。
第2のビア層145は、隣接層間の相互接続を提供するためにゲート層140の上部に形成される。第2のビア層145は、第1のビア層135に似た機能を行うが、しかしそれは、フルーイディスタゲートをソースおよびドレイン分離に対して制御するので、第1のビア層135と比較してより薄い相対厚さであってもよい。より薄い層は、流体圧力損失および他の効率の悪さを低減するのに役立つことができる。
ソース/ドレイン層150は、第2のビア層145の上部に形成され、ゲート層140内の対応するゲート回路のソースおよびドレインのための流体回路を含む。それ故に、ゲート層140内のゲート回路は、ソース/ドレイン層150内のソースおよびドレイン回路に第2のビア層145を介して相互接続されてもよい。上述のように、ゲート、ソース、およびドレインで構成されるフルーイディスタは、流体回路スタック110内のアクチュエータを駆動するときを決定するなどの、流体回路スタック110における様々なロジック動作を行ってもよい。一例として、フルーイディスタは、アクチュエータが、感知層130から受け取った入力に基づいて始動されるべきかどうかを決定してもよく(すなわち、それに基づいて切り替わり)、感知層130は順に、導電性ポリマー層125内の電気回路から信号を受け取っていてもよい。入力に応答して、フルーイディスタ(または多数のフルーイディスタ)は、1つまたは複数のアクチュエータを始動するためにアクチュエータ層内の1つまたは複数のアクチュエータに流体信号(例えば、流体の流れを引き起こす)を伝送する。一実施形態では、ソース/ドレイン層150は、ゲート層140と同じまたは似た材料で構成される。
第3のビア層155は、ソース/ドレイン層150の上部に形成される。第1のビア層135および第2のビア層145と比較して、第3のビア層155は、アクチュエータ層160のアクチュエータを駆動するために使用されるより高い圧力の流体の流れまたは流体圧力増強に適応するために増加した厚さを有してもよい。厚さは、より高い圧力の流体の流れが、設定寿命の前にビア層の早過ぎる故障を引き起こさないように設定されてもよい(例えば、平均故障間隔は、その他のビア層と比較して第3のビア層155について同じままであり、仕様内である)。第3のビア層155は、ソース/ドレイン層150から入力を受け取り、この入力をアクチュエータ層160に向けられる出力に相互接続してもよい。
アクチュエータ層160は、第3のビア層155の上部に形成され、流体および/または非流体アクチュエータ(例えば、それらは、図では卵形状として表される)を含む。これらの流体アクチュエータは、物理的動きまたは物理的動きの制限を達成するために、膨張式空気袋、流体チャンネル、または他の様々な形状の流体含有導管(図示せず)の中または外へ流体をポンピングしてもよい。アクチュエータは、第3のビア層155からの入力によって始動されてもよく、第3のビア層155から高圧流体源を受け取ってもよい。例えば、ソース/ドレイン層150からの入力は、アクチュエータ層160内のアクチュエータ中への流体を可能にするために第3のビア層155からの高圧流体源からの流体を可能にするゲートを開くためにアクチュエータ層160に第3のビア層155を介して相互接続してもよく、アクチュエータは順に、触覚デバイス内の空気袋を膨張させるために流体を向かわせてもよく、触覚デバイスにおける物理的動きの制限を引き起こす。別の例として、アクチュエータは、多層で構成されてもよく、外側の層内の流体圧の増加は、内側の層への圧縮を引き起こし、それは、アクチュエータの外への流体の動きを引き起こし、逆もまた同様である。一実施形態では、アクチュエータ層160は、非流体アクチュエータを含む。そのような非流体アクチュエータの例は、圧電モータを含む。
一実施形態では、アクチュエータ層160は、ソース/ドレイン層150と同じまたは似た材料で構成される。アクチュエータ層160は、流体を集めるためのより大きいリザーバとして使用される追加の空隙エリアを含んでもよい。これらの空隙のサイズ、または空隙内の流体の圧力は、流体回路スタック110のその他の層からの入力から調整される。空隙は、スタック内のその他の流体回路に流体的に結合されてもよく、またはされなくてもよい。空隙が、流体的に結合されない場合、空隙内の流体の量は、流体回路を取り囲むことによって空隙に置かれる物理的圧力によって変えることができる。別の実施形態では、アクチュエータ層160は、弾性ポリマーなどの材料(例えば、基板120のポリマー材料)を使用してマトリックス(すなわち、メッシュ)として構造化される。マトリックスは、空隙の1つまたは複数を支持し、空隙は、マトリックスと同じ材料であってもよく、または材料の組成に起因して、内部流体圧力の増加に応答してある限界量までサイズが膨張するだけのこともある異なる材料であってもよい。マトリックスは、固体ではないので、それは、各空隙の壁の動きのさらなる範囲を可能にする。
例えば、図1に示される流体回路スタック110内の流体回路を層状にすることによって、流体回路構成における追加の複雑さが、触覚グローブ上などの、小さい空間において達成されてもよい。流体回路の感知、制御、および作動を流体回路の単一層状スタックに組み合わせることによって、また持ち運びできる状態でかつ容易に移動され、大幅な再構成なしに異なる触覚デバイス上にインストールされてもよい、完全に統合された流体回路が、創出されてもよく、「流体システムオンスタック」(すなわち、システムオンチップに似た)を創出する。ユーザは、修理または改良、その他の場合に、互いのために異なる相互運用可能な流体回路スタック110を容易に交換することができることもある。さらに、ここで述べられる流体回路スタック110は、伝統的な設計と比較して、追加コンポーネントおよび回路構成の追加によって容易に拡張可能である。流体回路スタックの層状化に関する追加の詳細は、図2から図9に関して以下で述べられる。
例となる触覚グローブ
図2は、一実施形態による、流体回路スタック110がその上に形成されまたは置かれてもよい、例となる触覚デバイス、すなわち触覚グローブ210の一部分を例示する。図2での説明図は、手220をカバーする触覚グローブ210を示す。触覚グローブ210は、他の流体回路を含んでもよいが、図2の説明図では、基板120だけが、基板120の配置を例示するために示される。触覚グローブ210は、もっぱら基板120と同じ材料、例えばシリコンポリマーから作られてもよく、またはそれは、天然もしくは合成繊維などの、異なる材料の層で構成されてもよく、基板120は、触覚グローブ210の外側の全体またはサブセクションをカバーする。例えば、基板120は、手220の背面だけを、または流体回路スタック110が置かれてもよいところはどこでもカバーしてもよい。流体回路スタック110は、触覚グローブ210を参照して述べられるが、他の実施形態では、流体回路スタック110は、他のデバイスとともに、またはスタンドアロン回路として使用される。
図2は、一実施形態による、流体回路スタック110がその上に形成されまたは置かれてもよい、例となる触覚デバイス、すなわち触覚グローブ210の一部分を例示する。図2での説明図は、手220をカバーする触覚グローブ210を示す。触覚グローブ210は、他の流体回路を含んでもよいが、図2の説明図では、基板120だけが、基板120の配置を例示するために示される。触覚グローブ210は、もっぱら基板120と同じ材料、例えばシリコンポリマーから作られてもよく、またはそれは、天然もしくは合成繊維などの、異なる材料の層で構成されてもよく、基板120は、触覚グローブ210の外側の全体またはサブセクションをカバーする。例えば、基板120は、手220の背面だけを、または流体回路スタック110が置かれてもよいところはどこでもカバーしてもよい。流体回路スタック110は、触覚グローブ210を参照して述べられるが、他の実施形態では、流体回路スタック110は、他のデバイスとともに、またはスタンドアロン回路として使用される。
触覚グローブ上の例となる感知層
図3は、一実施形態による、感知層130および相互接続層310がその上に形成されている、例となる触覚グローブ210の一部分を例示する。図3の説明図では、相互接続層310および感知層130は、基板120の上部に形成されている。感知層130は、手の関節の1つまたは複数における触覚グローブ210内の手の屈曲動作を感知する曲げセンサなどの、1つまたは複数のセンサを含んでもよい。曲げセンサは、屈曲動作に応答して曲げセンサ内の測定される流体圧力の変化によって物理的屈曲動作を感知する流体コンポーネントである。
図3は、一実施形態による、感知層130および相互接続層310がその上に形成されている、例となる触覚グローブ210の一部分を例示する。図3の説明図では、相互接続層310および感知層130は、基板120の上部に形成されている。感知層130は、手の関節の1つまたは複数における触覚グローブ210内の手の屈曲動作を感知する曲げセンサなどの、1つまたは複数のセンサを含んでもよい。曲げセンサは、屈曲動作に応答して曲げセンサ内の測定される流体圧力の変化によって物理的屈曲動作を感知する流体コンポーネントである。
相互接続層310は、図1に例示されるビア層に似たビア層であってもよく、感知層130内のコンポーネントを、感知層130の他のコンポーネントなどの、触覚グローブ210の他のコンポーネントに、他の層(図示せず)内の他のコンポーネントに、または触覚グローブ210のベース320における他のコンポーネントに、相互接続してもよい。感知層130内の流体センサが、変化を検出するまたは値を測定するとき、それは、相互接続層310を通過する出力を、ゲート層140などの、目的地に伝送してもよい。
触覚グローブ上の例となる制御および作動層
図4は、一実施形態による、制御および計算層430ならびにアクチュエータ層160がその上に形成されている、例となる触覚グローブ210の一部分を例示する。触覚グローブ210は加えて、高圧レール410および低圧レール420を含む。図4に例示される触覚グローブ210は、単に一例であり、図示されない代替実施形態では、触覚グローブ210は、追加の/より少ないまたは異なる流体デバイスを含んでもよい。同様に、触覚グローブ210の様々な実体は、異なる実施形態では異なってもよい。
図4は、一実施形態による、制御および計算層430ならびにアクチュエータ層160がその上に形成されている、例となる触覚グローブ210の一部分を例示する。触覚グローブ210は加えて、高圧レール410および低圧レール420を含む。図4に例示される触覚グローブ210は、単に一例であり、図示されない代替実施形態では、触覚グローブ210は、追加の/より少ないまたは異なる流体デバイスを含んでもよい。同様に、触覚グローブ210の様々な実体は、異なる実施形態では異なってもよい。
高圧レール410は、流体がある高圧(例えば、200キロパスカル/kpa)にある流体コンポーネントである。構造は、この高圧で変形しない材料(例えば、プラスチック、シリコン、その他)から作られているが、しかしながら材料はまた、柔軟であってもよい。高圧レール410は、触覚グローブ210の構造的または取り付け要件に応じて、円形、長方形、またはある他の形状である横断面を有してもよい。一実施形態では、高圧レール410は、加圧流体源、1つもしくは複数のポンプ、または高圧レール410内の流体が高圧を維持することを確実にするために使用されてもよいある他のデバイスに接続される。高圧レール410内の流体の圧力は、電気システムにおける電源についてのレール電圧に類似しており、その結果流体は、高圧レール410から離れてより低い圧力を有するエリアに向かって流れる。
低圧レール420は、流体を伝送する別の構造である。低圧レール420は、高圧レール410の高圧よりも低いある低圧にある流体を伝送する。この低圧は、触覚グローブ210内の最低圧力であってもよい。低圧レール420内の流体の圧力は、電気システムにおける電気接地に類似している。低圧レール420の低圧は、流体が、触覚グローブ210内の流体回路から戻るので、流体の組み合わせた圧力に等しいこともある。低圧レール420に使用される材料、およびその形状は、高圧レール410に使用されるそれらと同じであってもよい。低圧レール420は一般に、低圧レール420に結合される触覚グローブ210の他の部分からの流体が、低圧レール420に向かって流れるように、低圧ゾーンとして機能する。低圧レール420は、電気接地または中性線に類似していることもある。
アクチュエータ層160は、1つまたは複数のアクチュエータを含み、1つまたは複数の相互接続ビア層を介して触覚グローブ210内の他の層に接続されてもよい。アクチュエータ層160内のアクチュエータは、例えば触覚グローブに取り付けられた1つまたは複数の空気袋内の流体のレベルを変えることによって、触覚グローブ210内での物理的動きを誘発するまたは制限してもよい。別法として、各アクチュエータは、アクチュエータ内での様々な流体レベルの変化を通じて触覚グローブ210内での物理的動きを直接誘発するまたは制限してもよい。アクチュエータ層160内の個々のアクチュエータに関する追加の詳細は、図5を参照して述べられる。
一実施形態では、アクチュエータは、発振器要素および/または回路を通じて、振動触覚フィードバックを引き出してもよい。アクチュエータは、様々な方法で、例えば垂直変形、せん断変形、その他で、皮膚を変形してもよい。これらのアクチュエータは、いくつかの剛性要素を有するまたは有さない流体(気体または液体)駆動ソフトアクチュエータである。それらは、開いたまたは発泡体充填の空洞から成ってもよい。これらのアクチュエータは、これらの力を創出するために特別に設計された機械的特性を有するチャンバーおよび空洞を満たし、空にすることによって様々な触覚および運動感覚力を誘発してもよい。そのようなアクチュエータの1つの可能な例は、PAM(空気式人工筋肉)である。
流体インバータ460は、1つの圧力または方向からの流体の流れを異なる圧力および/または方向に変換する流体回路である。流体インバータ460に関する追加の詳細は、図5を参照して述べられる。
制御および計算層430は、相互接続ビア層と一緒に、ゲート層140およびソース/ドレイン層150などの、制御および計算のために使用される流体回路スタック110において述べられる層の1つまたは複数を含んでもよい。これらは、アナログおよび/またはデジタルコンポーネントを利用してもよい。制御および計算層430は、高圧レール410および低圧レール420に結合されてもよく、加えて制御および計算層430は、感知層130およびアクチュエータ層160に結合されてもよい。高圧レール410からの流体は、制御および計算層430内の、フルーイディスタなどの、流体回路の1つまたは複数を駆動するために制御および計算層430に入ってもよい。制御および計算層430内の流体回路は、感知層130からまたは導電性ポリマー層125などの電子回路層から入力を受け取り、入力に基づいて様々なロジック動作を行い、出力をアクチュエータ層160内のアクチュエータに向けてもよい。
一例として、制御および計算層430は、触覚グローブ210を着用しているユーザによる触覚グローブ210の指の1つの曲げを示す入力を感知層130から受け取ってもよい。これは、制御および計算層430に電子回路層を介して(例えば、無線通信を介して)電子信号をコンソールまたは他の中央デバイスに伝送させてもよい。それに応じて、コンソールは、指の動きが制限されるべきであることを示してもよい(例えば、指を仮想物体に出会わせる指の動きに起因して)。制御および計算層430は、指の動きが、ある値に制限されるべきであることを示す信号を電子回路層から受け取ってもよい。制御および計算層430は次いで、その指がそれに応じて動きを制限するために、流体ベースの信号をアクチュエータ層160内のアクチュエータに伝送してもよい(例えば、流体ゲートを開くことによって)。
流体回路スタックにおいて使用される例となるコンポーネント
図5Aは、一実施形態による、流体回路スタック110において使用される流体アクチュエータ450の例となる一組および流体インバータ460を例示する。
図5Aは、一実施形態による、流体回路スタック110において使用される流体アクチュエータ450の例となる一組および流体インバータ460を例示する。
触覚グローブは、多数の流体アクチュエータ450を含んでもよい。各流体アクチュエータ450は、高圧レール530から流体を受け取ってもよく、低圧レール535を介して流体を戻してもよい。高圧レール530および低圧レール535は、触覚グローブ210の主要な高圧レール410および低圧レール420にそれぞれ結合されてもよく、同様の材料で構成されてもよい。高圧レール530は、高圧レール410と同じ圧力で動作してもよく、または高圧レール410の圧力に対してより低い圧力で動作してもよい。
各流体アクチュエータ450は、フルーイディスタゲート525に結合されてもよく、それは、フルーイディスタ(すなわち、流体トランジスタ)または流体アクチュエータ450に出入りする流体の流れを制御する異なる流体回路であってもよい。フルーイディスタゲート525は、高圧レール530から流体アクチュエータ450に入る入力を制御してもよく、または流体アクチュエータ450から低圧レール535に出る出力を制御してもよい。
一実施形態では、流体アクチュエータ450は、流体アクチュエータ450それ自体の中の流体の容積を変える。別の実施形態では、流体アクチュエータは、別個の膨張式空気袋内の流体の容積を変える。流体の容積の変化は、触覚グローブ210における物理的動きの制限を引き起こすまたは物理的動きを誘発することもある。例えば、流体アクチュエータ450は、流体アクチュエータ450内の流体容積の増加が、それをある方向にかつある程度まで曲げさせるように形作られてもよい。別の例として、流体アクチュエータ450は、膨張式空気袋内の流体の量を制御することによって別個の膨張式空気袋を膨張させまたは収縮させてもよい。別の例では、流体アクチュエータ450は、それが、硬くなり、ある形状または向きに固定されるように流体アクチュエータ450内の流体の容積を増加させてもよい(おそらくは他の流体アクチュエータ450を用いて)。これは、剛性流体アクチュエータ450の向きとは反対の方向への触覚グローブ210における物理的動きの制限を引き起こしてもよい。
流体インバータ460は、電子回路におけるインバータに類似の機能を行う流体回路である。一実施形態では、インバータは、バッファおよび高取得要素としての役割を果たす。流体インバータ460は、高度に容量性の負荷(ロジックかまたはアクチュエータ)を駆動すること(満たすことおよび空にすること)の遅延を低減するために使用される。
図5Bは、一実施形態による、流体および非流体コンポーネントを含む例となる集積回路506を例示する。
図示されるように、図の左側は、外部アセンブリ502を例示する。外部アセンブリ502は、1つまたは複数のクランプ機構504を含む。これらは、集積回路506の上部および底部に適用されてもよい。上部クランプ機構504Aは、集積デバイスの一端を機械的に固定し、流体入力/出力を3つの金属チューブ508の形で提供する。底部クランプ機構504Bは、同じ機械的クランプシステムならび圧着コネクタ510を介した電気的接続性を含む。
右側は、同じ集積回路506の回路図512を示す。ここで、集積回路506は、発振器が機能していることを実証するためのインジケータとして使用される「バブルアクチュエータ」に接続される、不安定なまたは振動する挙動を作り出すインバータの連鎖を含む。この振動挙動は、追加のアクチュエータおよび/もしくはセンサを駆動するための、またはある他の目的のためのクロック信号として使用されてもよい。集積回路506では、輪郭線のあるボックスは、抵抗器インバータ配置と一緒にP−FET(流体トランジスタ)を示す。バブルアクチュエータ514は、それが、高圧にさらされるとき、気球のように膨張することができる小さい空洞である。その目的はここでは、システム性能の可視インジケータを提供することである。
図5Cは、一実施形態による、歪みセンサ518についての歪みプロット516と一緒に集積回路において使用されてもよい例となる歪みセンサ518を例示する。
歪みセンサ518は、歪みセンサに及ぼされる引張応力に基づいて変化する電気信号を出力する。歪みセンサ518からの電気信号は、部分的にはセンサ内の伝導の横断面積に起因してかつ材料の抵抗率の変化に起因して(ピエゾ抵抗効果に起因して)張力との関連で変化する。センサからの電気信号は、電気粘性流体の粘度を変えるために感知層間の電場の変化を使用することおよび流体ドメインでのこれらの変化(例えば、流量、RC時定数)を観測することによって流体信号に変換されることもあり得る。横断面図520および上面図522もまた、例示される。上面図522では、横断面図520に示されるような歪みセンサ518の上部および底部層への接続は、スタックするよりもむしろ横方向に隣接するコネクタを使用して圧着コネクタに結合されることに留意されたい。
歪みプロット516は、時間とともに変化する張力(すなわち、伸張)に対する歪みセンサ518の応答を示す(例えば、試験デバイスによる)。図示されるような「詰まっていない」状態では、センサ518が取り付けられる触覚デバイスは、低剛性状態にあり、すなわち「始動されて」いない。歪みプロット516における「測定された」値は、テスト装置を用いて外部から決定されるような歪みの値である。歪みプロット516における「プレボンドフィット」は、その部分が触覚デバイス内に組み込まれる前の歪みセンサ518の校正結果である。「ポストボンドフィット」は、触覚デバイス内への統合後の新しい校正結果である。歪みプロット516は、性能におけるDCオフセットを示すが、しかし触覚デバイス内への設置後の歪みセンサ518の感度におけるDCオフセットは示さない。
歪みセンサ518に関する追加の詳細は、参照によりその全体がこれによって組み込まれる、2015年9月2日に出願された米国出願第14/843,067号において述べられる。
図5Dは、一実施形態による、触覚デバイスに使用されてもよいシートジャミングアクチュエータ540および関連する歪みプロット542を例示する。シートジャミングアクチュエータ540は、材料の固定されたストリップを一緒にプレスすることによって動作し、ストリップの長手方向寸法に平行な方向への運動を妨げるのに十分な摩擦を発生させる。そのようなデバイスは、触覚デバイスにおける運動を防止するために使用されてもよい。
シートジャミングアクチュエータ540についての歪みプロット542は、詰め込み状態および非詰め込み状態、ならびに負荷量対シートジャミングアクチュエータ540の引張伸長を測定する。詰め込み状態では、アクチュエータ540内のストリップは、一緒にプレスされ、非詰め込み状態では、ストリップは、一緒にプレスされない(自由運動を可能にする)。詰め込み状態では同じ量の引張伸長を誘発するために必要な負荷の量はより少ないことに留意されたい。
シートジャミングアクチュエータ540に関する追加の詳細は、参照によりそれらの全体がこれによってすべて組み込まれる、2016年10月4日に出願された米国出願第15/285,391号、2016年10月4日に出願された米国出願第15/285,298号、および2016年10月4日に出願された米国出願第15/285,281号において述べられる。
流体回路スタックにおいて使用される例となる流体デバイス
図6は、一実施形態による、流体回路スタック110において使用されてもよい流体トランジスタを含む例となる流体デバイス600を例示する。一実施形態では、例となる流体デバイス600は、制御および計算層430内で使用されてもよい。
図6は、一実施形態による、流体回路スタック110において使用されてもよい流体トランジスタを含む例となる流体デバイス600を例示する。一実施形態では、例となる流体デバイス600は、制御および計算層430内で使用されてもよい。
流体デバイス630Aおよび630Bは、電気システムにおけるトランジスタ、例えばPチャンネル電界効果トランジスタ(PFET)、またはNチャンネル電界効果トランジスタ(NFET)に類似して機能する流体デバイスである。図6に示されるように、流体デバイス630の各々は、ソース、ドレイン、およびゲートを含む。いくつかの実施形態では、ソースとドレインとの間を流体で満たされたチャンネルがあり、ソース内の流体の圧力は、ドレイン内の流体の圧力よりも高く、チャンネルが開いているとき、チャンネル内の流れがソースからドレインに流れるのを可能にする。ソースにおける圧力は、高圧レール410の圧力と同じ圧力であってもよく、ドレインにおける圧力は、低圧レール420における圧力と同じ圧力であってもよい。
一実施形態では、ゲートが、低圧状態にあるとき、チャンネルは、開き、ゲートが、高圧状態にあるとき、チャンネルは、閉じられる。別の実施形態では、ゲートが、高圧状態にあるとき、チャンネルは、開状態にあり、ゲートが、低圧状態にあるとき、チャンネルは、閉状態にある。
チャンネルの「開」状態は、チャンネル内の流体が、片方の端部(例えば、ソース)からもう一方の端部(例えば、ドレイン)にある開のしきいレート(例えば、高圧レール410における流量に等しいレート)で流れているときの状態を指す。対照的に、チャンネルの「閉」状態は、チャンネル内の流体の流れが、ある閉のしきいレートよりも低いときの状態を指す。いくつかの実施形態では、閉のしきいレートは、ゼロの流れであってもよい。別法として、閉のしきいレートは、開のしきいレートよりも低い、流れのあるレートであってもよい。チャンネルの「開」状態はまた、流体デバイスの「オン」条件とも呼ばれ、チャンネルの「閉」状態はまた、流体デバイスの「オフ」条件とも呼ばれる。加えて、「移行」状態は、チャンネルが、開状態から閉状態にまたは閉状態から開状態に移行するときに起こる。電子回路と同様に、チャンネルがこの移行状態にとどまる時間は、ゲートのスイッチング速度、流体圧力、および他の要因に応じて変化してもよい。加えて、この移行状態は、チャンネル直径を低減すること、流体圧力を増加させること、ゲートが移行する速度を増加させること、その他などの、様々な技法を使用して最小化されてもよい。チャンネルがこの移行状態にとどまる時間を最小化することは、システムが、流体回路が機能する速度を増加させることを可能にする。
ここで述べられる高圧および低圧は、流体デバイス構造および流体デバイスを満たす流体の圧力に依存する。一般に、低圧は、低圧範囲内に入る流体の圧力であり、「高圧」は、高圧範囲内に入る流体の圧力である。低圧範囲は、デジタル「0」と考えられてもよく、高圧範囲は、デジタル「1」と考えられてもよい。それに応じて、流体デバイス630A、630Bは、異なる圧力の流体を使用してデジタル的に動作してもよい。その上、流体デバイスの異なるコンポーネントは、異なる高圧範囲および異なる低圧範囲を有してもよい。例えば、ゲートの高圧範囲は、ソースの高圧範囲未満であってもよい。
入力インターフェース642は、流体デバイス630が入力を受け取ることを可能にするインターフェースである。一実施形態では、流体デバイス630への入力は、流体デバイスをそのままにするまたは「オン」もしくは「オフ」条件に変えさせることができる流体デバイスのある部分に適用されるある圧力の流体である。一例として、入力は、流体デバイス630のゲートに適用されるある圧力の流体であってもよく、それは、流体デバイスを「オン」状態に変えさせる。同様に、出力インターフェース644は、流体デバイス630A、630Bが出力を提供することを可能にするインターフェースである。この出力は、流体デバイスが追加の流体回路を駆動すること、または入力インターフェース642において受け取った流体信号を増幅すること、その他を可能にする。ここで使用されるように、流体信号を増幅することは、同じ流体圧力を保ちながら、流体の流れの量を増加させることを伴ってもよい。増加した流体の流れは、アクチュエータを駆動するために必要とされることもあるが、流体デバイス630は、そのような増加した流れを必要としないこともある。
流体回路スタックを形成するための例となるプロセス
流体回路スタック110などの、流体回路スタックを形成するために、一実施形態では、基板層120のポリマー材料が、触覚グローブ210のファブリック材料(例えば、任意の天然もしくは合成繊維)の上または中に含浸される。この含浸は、ファブリックへのポリマーの付着、化学的堆積、またはいくつかの他の手段を介して達成されてもよい。
流体回路スタック110などの、流体回路スタックを形成するために、一実施形態では、基板層120のポリマー材料が、触覚グローブ210のファブリック材料(例えば、任意の天然もしくは合成繊維)の上または中に含浸される。この含浸は、ファブリックへのポリマーの付着、化学的堆積、またはいくつかの他の手段を介して達成されてもよい。
その後、図1に示されるような導電性ポリマー層125などの、追加の層が、基板120の上部に形成される。導電性ポリマー層125は、基板120のポリマー材料に似たポリマー材料を含んでもよいが、しかし様々な物理的または化学的分散方法(例えば、層の形成より前のポリマー中へのCNT粒子のせん断混合)を使用するCNTドープであってもよい。導電性領域は、導電性ポリマー層125内に導電性チャンネルを形成してもよく、または導電性ポリマー層125を半導体(例えば、Pドープ半導体)のように振る舞わせてもよい。
別法として、またはその後に、流体回路スタック110の流体回路を創出する層が、形成される。このプロセスは、図7に例示される。第1のモールド710および第2のモールド720などの、1つまたは複数のモールドは、流体回路スタック110の現在の最上部層(例えば、基板120または導電性ポリマー層125)上に形成されてもよい。これらのモールドは、流体回路の形成の後で、溶解され、エッチングされ、アブレーションされ、またはさもなければ破壊されてもよいワックスまたは他の材料などの、後で除去すべき材料で作られてもよい(例えば、ロストワックス鋳造)。別法として、モールドは、多数の層状化にわたって再利用されてもよく、それ故に金属合金、またはセラミック材料、その他などの、より耐久性のある材料であってもよい。異なる流体回路が、同じ層上にレイアウトされるべきである場合、2つの異なるモールドが、使用されてもよい。
図7は、一実施形態による、流体回路スタック110を形成するための例となるプロセスを例示する。層およびプロセスのある順序が、図7に示されるが、他の実施形態では、流体回路スタック110は、異なる順序でかつ異なる方法を使用して形成される。さらに、図7でのプロセスは、理解および説明を容易にするために横断面を使用して例示される。しかしながら、実際の実践では、流体回路スタック110は、三次元物体であり、層は、三次元で置かれる。さらに、流体回路はまた、三次元にも広がる。
図7での例となるプロセスでは、701において、第1のモールド710および第2のモールド720が、流体回路スタックの既存の層上に置かれる。これは、モールドのセクションおよび空隙730のセクションを有する層を創出する。その後、702において、空隙エリアが、形成されている現在の層のために使用されるポリマー材料740で満たされる。このポリマー材料740は、モールド上にロールされるまたは分注されてもよく(例えば、3D印刷を介して)、ポリマー材料740に空隙エリア730を満たさせる。このポリマー材料740は、基板120と組成が似ていてもよい。
ポリマー材料740は、次いで硬化されてもよい。これは、ポリマー材料740に熱を加えること(例えば、硬化温度に設定持続期間の間)、もしくはポリマー材料740内に化学反応を引き起こすことによって(例えば、ポリマー材料のポリマー鎖を固定するために化学薬品を使用することによって)、または光を使用すること(例えば、UV放射)によって達成されてもよい。どんな過剰なポリマー材料740も、硬化の前かまたは後に、削ること、レーザアブレーション、またはいくつかの他のプロセスによって層の上部から除去されてもよい。
703において、第1のモールド710が、除去されてもよく、第1のモールド710が前に占有した場所内に流体回路コンポーネント750が置かれることを可能にする。述べられたように、モールドは、モールドの破壊を介してまたはモールドの物理的除去によって除去されてもよい。流体回路コンポーネント750は、第1のモールド710によって直接形成されてもよく、すなわちモールドは、流体回路コンポーネント750の設計を含み、その場合それは、実際には置かれず、第1のモールド710の除去後に完全に形成される(例えば、第1のモールドは、流体回路の負の鋳造物を含有してもよい)。別法として、流体回路コンポーネント750は、別個の構造物であってもよく、例えばピックアンドプレース機械を使用して置かれてもよい。
704において、第2のモールド720が、第1のモールドが除去される仕方と同様に除去されてもよく、705において、流体回路コンポーネント760が、第2のモールド720が占有していた場所に置かれる。流体回路コンポーネント760の設置は、流体回路コンポーネント750の設置と同様であってもよい。
一実施形態では、上で述べられるような成形プロセスを使用して層を形成する代わりに、層は、別個に事前に形成され、流体回路スタック上に置かれる。事前に形成された層は、別個の鋳造プロセス、スタンピングプロセス、3D印刷プロセスまたは他の手段を使用して創出されていてもよく、それらは、ある状況では(例えば、同じ回路の非常に大規模な生産のために)、ここで述べられる成形プロセスよりも速いこともある。
一実施形態では、ここで述べられる成形プロセスの代わりに、固体層が、ポリマー材料740を使用して形成され、マスクが、ポリマー材料の上部に形成される。マスクは、除去すべきそれらのエリアを覆い隠す。マスクによって覆い隠されない、露出したエリアは、硬化プロセス(例えば、レーザを介して硬化する)を使用して硬化され、マスクは、除去される。硬化されていない、ポリマー材料740の残りのエリアは、除去され(例えば、酸、洗浄、エッチング、または他のプロセスを使用して)、その層のための回路を形成する。
一実施形態では、ここで述べられる成形プロセスの代わりに、基板を生成するために使用されたプロセスに似た、化学的堆積プロセスが、各層を形成するために使用されてもよい。シード材料は、回路特徴が望まれるところに置かれてもよく、ポリマー材料740は、層の流体回路を形成するために堆積される。
他のプロセスがまた、各層を形成するまたは各層から材料を除去するために使用されてもよく、レーザアブレーション、水ジェット切断、ローラを使用する物理的応用、その他を含んでもよい。
前述のように、いくつかの層は追加として、ファブリックまたは他の補強材料を含んでもよい。この材料は、事前に形成された層の上に置かれてもよく、または補強材料の個々の繊維もしくはサブコンポーネントとして層上に堆積されてもよい。例えば、もし強化材料が、ファブリックであるならば、材料の繊維は、流体回路スタックの層上にメッシュとして堆積されてもよい。
モールドおよび/または流体回路コンポーネントは、ちょうど形成された流体回路層をちょうど形成された層の上部に形成されるその後の流体回路層と位置合わせするのに役立つ、マーキング、物理的突起部、電気接点、または他の特徴などの、様々な位置合わせ特徴を含んでもよい。加えて、ちょうど形成された層の表面は、その後に形成される層へのその層の付着を促進するために特別に処理されてもよい。この特別な処理は、層の表面エネルギーを増加させることを含んでもよい。
電子回路の形成と異なり、流体回路スタックの形成は、流体回路の独自の要件に影響されやすいことに留意されたい。特に、流体がその中を流れるチャンネルは、直角(例えば、90度)に(またはより鋭角にさえ)設計されないこともあり、これは、流体にとって滑らかな流れを創出しないこともあるからである。代わりに、チャンネルの設置は、ある最小曲線半径に限定されてもよい。最小特徴厚さ(例えば、漏れおよび構造的問題を防止するために)、最大チャンネル距離(例えば、摩擦関連の効率損失を低減するために)、および他の要因などの、他の検討事項が、流体回路設計を開発する際に考えられてもよい。
流体回路スタックを形成するための例となる流れ
図8は、一実施形態による、流体回路スタックを形成するための例となる流れ図を例示する。ある順序が、図8に示されるが、他の実施形態では、順序は、異なってもよく、追加のまたはより少ない動作が、行われてもよい。一実施形態では、プロセスは、LSIインテグレータによって行われてもよい。LSIインテグレータは、流体回路スタックを構築する能力がある製作デバイスまたはデバイスのシステムである。LSIインテグレータは、1)制御される温度または湿度であってもよいクリーンな/低微粒子の筐体、2)ポリマー基板形成デバイス(例えば、ポリマー成形機)、3)清掃デバイス(例えば、デバイスの様々な層を清掃するための)、モールド形成デバイス(例えば、モールドを物理的にもしくは化学的に置くデバイス)、4)層形成デバイス(例えば、層を熱的に、化学的に、物理的に、もしくは他の方法を介して退けるためのデバイス)、5)モールド除去デバイス(例えば、モールドを化学的にもしくは物理的に除去するデバイス)、6)層硬化デバイス(例えば、層を熱的に、化学的に、もしくは他の方法を介して硬化するデバイス)、7)および/またはピックアンドプレースデバイス(例えば、コンポーネントを流体回路スタック上に置くための)などのコンポーネントを含んでもよい。LSIインテグレータは、集積回路を形成するために使用される製作デバイスのシステムに似ていてもよいが、しかし流体回路スタックを代わりに形成するためである。
図8は、一実施形態による、流体回路スタックを形成するための例となる流れ図を例示する。ある順序が、図8に示されるが、他の実施形態では、順序は、異なってもよく、追加のまたはより少ない動作が、行われてもよい。一実施形態では、プロセスは、LSIインテグレータによって行われてもよい。LSIインテグレータは、流体回路スタックを構築する能力がある製作デバイスまたはデバイスのシステムである。LSIインテグレータは、1)制御される温度または湿度であってもよいクリーンな/低微粒子の筐体、2)ポリマー基板形成デバイス(例えば、ポリマー成形機)、3)清掃デバイス(例えば、デバイスの様々な層を清掃するための)、モールド形成デバイス(例えば、モールドを物理的にもしくは化学的に置くデバイス)、4)層形成デバイス(例えば、層を熱的に、化学的に、物理的に、もしくは他の方法を介して退けるためのデバイス)、5)モールド除去デバイス(例えば、モールドを化学的にもしくは物理的に除去するデバイス)、6)層硬化デバイス(例えば、層を熱的に、化学的に、もしくは他の方法を介して硬化するデバイス)、7)および/またはピックアンドプレースデバイス(例えば、コンポーネントを流体回路スタック上に置くための)などのコンポーネントを含んでもよい。LSIインテグレータは、集積回路を形成するために使用される製作デバイスのシステムに似ていてもよいが、しかし流体回路スタックを代わりに形成するためである。
LSIインテグレータは、ポリマー基板上に第1のエラストマー層を形成する810。第1のエラストマー層は、流体ベースの回路の動作のためのチャンネルを有してもよい。図7に示されるように、第1のエラストマー層は、ポリマー740を含む層であってもよい。ポリマー基板は、基板120であってもよい。
LSIインテグレータは、第1のエラストマー層を硬化する820。上で述べられるように、硬化プロセスは、層を加熱することおよび/または層を化学的に処理することなどの、様々な方法によって完了されてもよい。
LSIインテグレータは、第1のエラストマー層上に第2のエラストマー層を形成する830。第2のエラストマー層は、流体ベースのビアのためのチャンネルを有してもよい。例えば、第2のエラストマー層は、第1のビア層135に似ていてもよい。
LSIインテグレータは、この第2のエラストマー層を硬化する840。この硬化プロセスは、第1のエラストマー層についてと同じであってもよく、または第2のエラストマー層の厚さ、構造、もしくは他の特性に起因して異なってもよい。
一実施形態では、LSIインテグレータは、図1を参照して示されるそれらの層などの、スタックの異なる層のためにこの層状化プロセスを続ける。
例となるVRシステム
図9は、一実施形態による、少なくとも1つの流体回路スタックを含む触覚アセンブリ940を含むシステム900のブロック図である。システム900は、純粋なVR環境、AR環境、MR環境、またはそれらのある組み合わせにおいて動作してもよい。図9によって示されるシステム900は、コンソール910にそれぞれ結合される、ヘッドセット905、撮像デバイス935、および触覚アセンブリ940を備える。図9は、1つのヘッドセット905、1つの撮像デバイス935、および1つの触覚アセンブリ940を含む例となるシステム900を示すが、他の実施形態では、任意の数のこれらのコンポーネントが、システム900に含まれてもよい。例えば、関連する触覚アセンブリ940を各々有し、1つまたは複数の撮像デバイス935によって監視される多数のヘッドセット905があってもよく、各ヘッドセット905、触覚アセンブリ940、および撮像デバイス935は、コンソール910と通信する。代替構成では、異なるかつ/または追加のコンポーネントが、システム環境900内に含まれてもよい。
図9は、一実施形態による、少なくとも1つの流体回路スタックを含む触覚アセンブリ940を含むシステム900のブロック図である。システム900は、純粋なVR環境、AR環境、MR環境、またはそれらのある組み合わせにおいて動作してもよい。図9によって示されるシステム900は、コンソール910にそれぞれ結合される、ヘッドセット905、撮像デバイス935、および触覚アセンブリ940を備える。図9は、1つのヘッドセット905、1つの撮像デバイス935、および1つの触覚アセンブリ940を含む例となるシステム900を示すが、他の実施形態では、任意の数のこれらのコンポーネントが、システム900に含まれてもよい。例えば、関連する触覚アセンブリ940を各々有し、1つまたは複数の撮像デバイス935によって監視される多数のヘッドセット905があってもよく、各ヘッドセット905、触覚アセンブリ940、および撮像デバイス935は、コンソール910と通信する。代替構成では、異なるかつ/または追加のコンポーネントが、システム環境900内に含まれてもよい。
ヘッドセット905は、メディアをユーザに提示するヘッドマウントディスプレイである。VRヘッドセットによって提示されるメディアの例は、1つまたは複数のイメージ、ビデオ、オーディオ、またはそれらのある組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、オーディオは、ヘッドセット905、コンソール910、または両方からオーディオ情報を受け取り、オーディオ情報に基づいてオーディオデータを提示する外部デバイス(例えば、スピーカおよび/またはヘッドホン)を介して提示される。ヘッドセット905は、互いに一緒に堅くまたは堅くなく結合されてもよい、1つまたは複数の剛体を備えてもよい。剛体間の堅い結合は、結合された剛体に単一剛性実体としての役割を果たさせる。対照的に、剛体間の堅くない結合は、剛体が互いに対して動くことを可能にする。いくつかの実施形態では、ヘッドセット905はまた、ARおよび/またはMRヘッドセットとしての役割を果たしてもよい。これらの実施形態では、ヘッドセット905は、コンピュータ生成要素(例えば、イメージ、ビデオ、音、その他)を用いて物理的な現実世界の環境の景色を拡張する。
ヘッドセット905は、電子ディスプレイ915、光学ブロック918、1つまたは複数のロケータ920、1つまたは複数の位置センサ925、および慣性測定ユニット(IMU)930を含む。
光学ブロック918は、電子ディスプレイ915から受け取った光を拡大し、イメージ光と関連する光学誤差を訂正し、訂正されたイメージ光は、ヘッドセット905のユーザに提示される。光学要素は、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、または電子ディスプレイ915から放出されるイメージ光に影響を及ぼす任意の他の適切な光学要素であってもよい。その上、光学ブロック918は、異なる光学要素の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学ブロック918内の光学要素の1つまたは複数は、反射防止コーティングなどの、1つまたは複数のコーティングを有してもよい。
ロケータ920は、互いに対してかつヘッドセット905上の特定の基準点に対してヘッドセット905上の特定の位置にある物体である。ロケータ920は、発光ダイオード(LED)、コーナーキューブ反射体、反射マーカー、ヘッドセット905が動作する環境と対照をなす一種の光源、またはそれらの組み合わせであってもよい。ロケータ920がアクティブである実施形態(すなわち、LEDまたは他の種類の発光デバイス)では、ロケータ920は、可視光帯域(約380nmから750nm)、赤外線(IR)帯域(約750nmから1mm)、紫外線帯域(10nmから380nm)、電磁スペクトルのある他の部分、またはそれらのある組み合わせの光を放出してもよい。
いくつかの実施形態では、ロケータ920は、ヘッドセット905の外面の真下に位置し、外面は、ロケータ920によって放出されるもしくは反射される光の波長に対して透明でありまたはロケータ920によって放出されるもしくは反射される光の波長を実質的に減衰させないほど十分に薄い。加えて、いくつかの実施形態では、ヘッドセット905の外面または他の部分は、可視光帯域の波長の光では不透明である。それ故に、ロケータ920は、IR帯域では透明であるがしかし可視光帯域では不透明である外面の下でIR帯域の光を放出してもよい。
IMU930は、位置センサ925の1つまたは複数から受け取った測定信号に基づいて高速校正データを生成する電子デバイスである。位置センサ925は、ヘッドセット905の運動に応答して1つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ925の例は、1つもしくは複数の加速度計、1つもしくは複数のジャイロスコープ、1つもしくは複数の磁力計、運動を検出する別の適切な種類のセンサ、IMU930の誤差訂正のために使用される一種のセンサ、またはそれらのある組み合わせを含む。位置センサ925は、IMU930の外部に、IMU930の内部に、またはそれらのある組み合わせに位置してもよい。
1つまたは複数の位置センサ925からの1つまたは複数の測定信号に基づいて、IMU930は、ヘッドセット905の初期位置に対してヘッドセット905の推定位置を示す高速校正データを生成する。例えば、位置センサ925は、並進運動(前方/後方、上方/下方、左方/右方)を測定するための多数の加速度計および回転運動(例えば、ピッチ、ヨー、ロール)を測定するための多数のジャイロスコープを含む。いくつかの実施形態では、IMU930は、測定信号を迅速にサンプリングし、サンプリングされたデータからヘッドセット905の推定位置を計算する。例えば、IMU930は、速度ベクトルを推定するために加速度計から受け取った測定信号を時間にわたって積分し、ヘッドセット905上の基準点の推定位置を決定するために速度ベクトルを時間にわたって積分する。別法として、IMU930は、サンプリングされた測定信号をコンソール910に提供し、コンソール910は、高速校正データを決定する。基準点は、ヘッドセット905の位置を記述するために使用されてもよい点である。基準点は一般に、空間内の点として定義されてもよいが、しかしながら、実際には基準点は、ヘッドセット905内の点(例えば、IMU930の中心)として定義される。
IMU930は、コンソール910から1つまたは複数の校正パラメータを受け取る。以下でさらに論じられるように、1つまたは複数の校正パラメータは、ヘッドセット905の追跡を維持するために使用される。受け取った校正パラメータに基づいて、IMU930は、1つまたは複数のIMUパラメータ(例えば、サンプルレート)を調整してもよい。いくつかの実施形態では、ある校正パラメータは、IMU930に基準点の初期位置を、それが基準点の次の校正された位置に対応するように更新させる。基準点の次の校正された位置として基準点の初期位置を更新することは、決定される推定位置と関連する蓄積誤差を低減するのに役立つ。ドリフト誤差ともまた呼ばれる、蓄積誤差は、基準点の推定位置を時間とともに基準点の実際の位置から離れて「ドリフト」させる。
撮像デバイス935は、コンソール910から受け取った校正パラメータに従って低速校正データを生成する。低速校正データは、撮像デバイス935によって検出可能であるロケータ920の観測位置を示す1つまたは複数のイメージを含む。撮像デバイス935は、1つもしくは複数のカメラ、1つもしくは複数のビデオカメラ、ロケータ920の1つもしくは複数を含むイメージを記録する能力がある任意の他のデバイス、またはそれらのある組み合わせを含んでもよい。加えて、撮像デバイス935は、1つまたは複数のフィルタ(例えば、信号対雑音比を増加させるために使用される)を含んでもよい。撮像デバイス935は、撮像デバイス935の視野内でロケータ920から放出されるまたは反射される光を検出するように設計される。ロケータ920が受動的要素(例えば、再帰反射体)を含む実施形態では、撮像デバイス935は、ロケータ920のいくつかまたはすべてを照らす光源を含んでもよく、ロケータ920は、光を撮像デバイス935内の光源に向かって再帰反射する。低速校正データは、撮像デバイス935からコンソール910に伝達され、撮像デバイス935は、1つまたは複数の撮像パラメータ(例えば、焦点距離、焦点、フレームレート、ISO、センサ温度、シャッタ速度、開口、その他)を調整するためにコンソール910から1つまたは複数の校正パラメータを受け取る。
触覚アセンブリ940は、ユーザがアクション要求をコンソール910に送ることを可能にするデバイスである。アクション要求は、特定のアクションを行うための要求である。例えば、アクション要求は、応用を開始するもしくは終わらせるためまたは応用内の特定のアクションを行うためであってもよい。触覚アセンブリ940はまた、仮想物体に接触しているという知覚を含む触覚フィードバックも提供する。一実施形態では、触覚アセンブリ940は、1つまたは複数の複合流体デバイスを形成する複数の構成可能な流体デバイスを含む。複合流体デバイスは、例えばコンソール910からの触覚フィードバック信号に従って触覚アセンブリ940に含まれるアクチュエータに取り組むために使用されてもよい。一実施形態では、触覚アセンブリ940は、触覚グローブ1100であり、触覚グローブ1100を通じてコンソール910は、ユーザが仮想物体と相互作用することを可能にする。一実施形態では、触覚デバイスは、流体回路スタック110を含み、複合流体デバイスは、流体回路スタック110上に統合される。
図9では、触覚アセンブリ940はさらに、ロケータ970、1つまたは複数の位置センサ975、および慣性測定ユニット(IMU)980を含む。いくつかの実施形態では、ロケータ970、1つまたは複数の位置センサ975、慣性測定ユニット(IMU)980は、触覚アセンブリ940の物理的位置または動きを決定するために導入される。加えて、触覚アセンブリ940は、コンソール910から、ユーザへの触覚フィードバックに対応する触覚フィードバック信号を受け取る。触覚アセンブリ940は、触覚フィードバック信号に従って、仮想空間内の仮想物体に触れているという触覚フィードバックをユーザに提供する。具体的には、触覚アセンブリ940は、仮想空間内の仮想物体と接触しているユーザの一部分の物理的動きを防止するまたは可能にする。例えば、もしユーザの指が、仮想空間内の仮想物体(例えば、仮想の壁)と接触しているならば、触覚アセンブリ940は、仮想空間内の仮想物体を通る方向に移動するためのユーザの指の物理的動きを防止する。それに応じて、ユーザは、仮想物体に接触しているという知覚を受け取ることができる。
一実施形態では、触覚フィードバック信号は、作動すべき触覚アセンブリ940の位置または部分、および触覚フィードバックを提供するための触覚アセンブリ940の位置または部分の作動の量を示す。この実施形態では、作動の量は、例えばコンソール910によって、触覚アセンブリ940の物理的位置に対応する触覚アセンブリ940の仮想位置および仮想空間内の仮想物体の仮想位置に従って決定される。触覚アセンブリ940は、触覚フィードバック信号によって示される作動の量に従って仮想物体に触れているユーザの触感覚を提供する。
ロケータ970は、互いに対してかつ触覚アセンブリ940上の触覚アセンブリ940の特定の基準点に対して触覚アセンブリ940の特定の位置にある物体である。ロケータ970は実質的に、ロケータ970が、触覚アセンブリ940の一部であることを除いては、ロケータ920に似ている。加えて、いくつかの実施形態では、触覚アセンブリ940の外面または他の部分は、可視光帯域の波長の光では不透明である。それ故に、ロケータ970は、IR帯域では透明であるが、しかし可視光帯域では不透明である外面の下でIR帯域の光を放出してもよい。
位置センサ975は、触覚アセンブリ940の運動に応答して1つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ975は実質的に、位置センサ975が、触覚アセンブリ940の一部であることを除いては、位置センサ925に似ている。位置センサ975は、IMU980の外部に、IMU980の内部に、またはそれらのある組み合わせに位置してもよい。
1つまたは複数の位置センサ975からの1つまたは複数の測定信号に基づいて、IMU980は、触覚アセンブリ940の初期位置に対して触覚アセンブリ940の推定位置を示す触覚アセンブリ940の高速校正データを生成する。例えば、位置センサ975は、触覚アセンブリ940の並進運動(前方/後方、上方/下方、左方/右方)を測定するための多数の加速度計および回転運動(例えば、ピッチ、ヨー、ロール)を測定するための多数のジャイロスコープを含む。いくつかの実施形態では、IMU980は、測定信号を迅速にサンプリングし、サンプリングされたデータから触覚アセンブリ940の推定位置を計算する。例えば、IMU980は、速度ベクトルを推定するために加速度計から受け取った測定信号を時間にわたって積分し、触覚アセンブリ940の基準点の推定位置を決定するために速度ベクトルを時間にわたって積分する。別法として、IMU980は、サンプリングされた測定信号をコンソール910に提供し、コンソール910は、触覚アセンブリ940の高速校正データを決定する。触覚アセンブリ940の基準点は、触覚アセンブリ940の位置を記述するために使用されてもよい点である。触覚アセンブリ940の基準点は一般に、空間内の点として定義されてもよいが、しかしながら、実際には触覚アセンブリ940の基準点は、触覚アセンブリ940内の点(例えば、IMU980の中心)として定義される。
IMU980は、触覚アセンブリ940の1つまたは複数の校正パラメータをコンソール910から受け取る。以下でさらに論じられるように、触覚アセンブリ940の1つまたは複数の校正パラメータは、触覚アセンブリ940の追跡を維持するために使用される。触覚アセンブリ940の受け取った校正パラメータに基づいて、IMU980は、1つまたは複数のIMUパラメータ(例えば、サンプルレート)を調整してもよい。いくつかの実施形態では、触覚アセンブリ940のある校正パラメータは、IMU980に触覚アセンブリ940の基準点の初期位置を、それが触覚アセンブリ940の基準点の次の校正位置に対応するように更新させる。触覚アセンブリ940の基準点の次の校正位置として触覚アセンブリ940の基準点の初期位置を更新することは、決定される推定位置と関連する累積誤差を低減するのに役立つ。
コンソール910は、撮像デバイス935、ヘッドセット905、および触覚アセンブリ940の1つまたは複数から受け取った情報に従ってユーザに提示するためにメディアをヘッドセット905に提供する。図9に示される例では、コンソール910は、アプリケーションストア945、追跡モジュール950、および仮想現実(VR)エンジン955を含む。コンソール910のいくつかの実施形態は、図9と併せて述べられるそれらとは異なるモジュールを有する。同様に、以下でさらに述べられる機能は、ここで述べられるのとは異なる仕方でコンソール910のコンポーネントの間で分配されてもよい。
アプリケーションストア945は、コンソール910による実行のための1つまたは複数のアプリケーションを記憶する。アプリケーションは、プロセッサによって実行されるとき、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する、一群の命令である。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ヘッドセット905または触覚アセンブリ940の動きを介してユーザから受け取った入力に応答してもよい。アプリケーションの例は、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションを含む。
追跡モジュール950は、1つまたは複数の校正パラメータを使用してVRシステム100を校正し、ヘッドセット905の位置の決定における誤差を低減するために1つまたは複数の校正パラメータを調整してもよい。例えば、追跡モジュール950は、ヘッドセット905上の観測ロケータについてより正確な位置を得るために撮像デバイス935の焦点を調整する。その上、追跡モジュール950によって行われる校正はまた、IMU980から受け取った情報も考慮する。加えて、ヘッドセット905の追跡が、失われる場合(例えば、撮像デバイス935が、少なくともあるしきい数のロケータ920の視線を失う)、追跡モジュール950は、システム環境100のいくつかまたはすべてを再校正する。
追跡モジュール950は、撮像デバイス935からの低速校正情報を使用してヘッドセット905の動きを追跡する。追跡モジュール950は、低速校正情報およびヘッドセット905のモデルから観測ロケータを使用してヘッドセット905の基準点の位置を決定する。追跡モジュール950はまた、高速校正情報から位置情報を使用してヘッドセット905の基準点の位置を決定もする。加えて、いくつかの実施形態では、追跡モジュール950は、ヘッドセット905の将来の場所を予測するために、高速校正情報、低速校正情報、またはそれらのある組み合わせの一部分を使用してもよい。追跡モジュール950は、ヘッドセット905の推定されたまたは予測された将来の位置をVRエンジン955に提供する。
VRエンジン955は、システム環境100内のアプリケーションを実行し、追跡モジュール950からヘッドセット905の位置情報、加速度情報、速度情報、予測された将来の位置、またはそれらのある組み合わせを受け取る。受け取った情報に基づいて、VRエンジン955は、ユーザに提示するためにヘッドセット905に提供すべきコンテンツを決定する。例えば、受け取った情報が、ユーザが左に目を向けていることを示す場合、VRエンジン955は、仮想環境内でのユーザの動きを映すヘッドセット905のためにコンテンツを生成する。加えて、VRエンジン955は、触覚アセンブリ940から受け取ったアクション要求に応答してコンソール910上で実行するアプリケーション内のアクションを行い、アクションが行われたというフィードバックをユーザに提供する。提供されるフィードバックは、ヘッドセット905を介した可視もしくは可聴フィードバックまたは触覚アセンブリ940を介した触覚フィードバックであってもよい。
追加の構成情報
本開示の実施形態の前の記述は、説明のために提示されており、それは、包括的であることまたは本開示を開示される正確な形に限定することを目的としていない。当業者は、多くの変更および変形が、上の開示に照らして可能であることを認識することができる。
本開示の実施形態の前の記述は、説明のために提示されており、それは、包括的であることまたは本開示を開示される正確な形に限定することを目的としていない。当業者は、多くの変更および変形が、上の開示に照らして可能であることを認識することができる。
この記述のいくつかの部分は、情報への動作のアルゴリズムおよび象徴的表現の観点から本開示の実施形態を述べる。これらのアルゴリズム的記述および表現は、データ加工分野の当業者によって、彼らの仕事を他の当業者に効率良く伝えるために、よく使用される。これらの動作は、機能的に、計算的に、または論理的に述べられるが、コンピュータプログラムもしくは等価な電気回路、マイクロコード、または類似のものによって実施されるべきと理解される。さらに、一般性を失うことなく、モジュールとして動作のこれらの配置に言及することはまた、時には便利であることも分かっている。述べられる動作およびそれらの関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組み合わせで具体化されてもよい。
本明細書で述べられるステップ、動作、またはプロセスのいずれかは、1つもしくは複数のハードウェアもしくはソフトウェアモジュールを用いて、単独で、または他のデバイスと組み合わせて行われるまたは実施されてもよい。一実施形態では、ソフトウェアモジュールは、コンピュータプログラムコードを含有するコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品を用いて実施され、コンピュータプログラムコードは、述べられるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを行うためのコンピュータプロセッサによって実行されてもよい。
本開示の実施形態はまた、本明細書での動作を行うための装置に関することもある。この装置は、必要とされる目的のために特別に構築されてもよくかつ/またはそれは、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に始動されるまたは再構成される汎用計算デバイスを備えてもよい。そのようなコンピュータプログラムは、非一時的で、有形のコンピュータ可読記憶媒体、または電子的命令を記憶するのに適した任意の種類の媒体に記憶されてもよく、それらの媒体は、コンピュータシステムバスに結合されてもよい。さらに、本明細書で言及される任意の計算システムは、単一プロセッサを含んでもよくまたは計算能力の増加のために多重プロセッサ設計を用いるアーキテクチャであってもよい。
本開示の実施形態はまた、本明細書で述べられる計算プロセスによって生産される製品に関することもある。そのような製品は、計算プロセスから生じる情報を含んでもよく、その情報は、非一時的で、有形のコンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピュータプログラム製品または本明細書で述べられる他のデータ組み合わせの任意の実施形態を含んでもよい。
最後に、本明細書で使用される言語は主に、読みやすさおよび教示目的のために選択されており、その言語は、発明の主題の輪郭を確定するまたは境界を明確にするために選択されていない。従って、本開示の範囲は、この詳細な記述によって限定されず、むしろ本明細書に基づく出願に由来する任意の請求項によって限定されることを目的とする。それに応じて、実施形態の開示は、次の請求項において説明される、本開示の範囲の実例となるものであって、限定するものではないことを目的とする。
Claims (35)
- 指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化(LSI)デバイスの第1のエラストマー層を形成することであって、前記第1のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、前記第1のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ことと、
前記第1のエラストマー層を硬化することと、
前記指定の製造プロセスに従って前記第1のエラストマー層とともに前記LSIデバイスの1つまたは複数の追加のエラストマー層を形成することであって、前記1つまたは複数の追加のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、前記1つまたは複数の追加のエラストマー層は、前記複数の形成仕様を忠実に守る、こととを含む方法。 - 前記形成仕様は、最大動作圧力および最小動作圧力を含み、前記複数の流体ベースの回路は、前記最大動作圧力の高圧レール、および前記最小動作圧力の低圧レールを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記最大動作圧力は、3バールであり、前記最小動作圧力は、真空である、請求項2に記載の方法。
- 前記形成仕様は、動作電圧の範囲を含み、前記LSIデバイスの前記層は、動作電圧の前記範囲内の電圧で動作する電子回路を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最小層厚さを含み、前記LSIデバイスの前記層は、少なくとも前記最小層厚さを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最小硬度レベルおよび最大硬度レベルを含み、前記LSIデバイスの前記層は、前記最小硬度レベルおよび前記最大硬度レベル内の硬度レベルを有する材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記最小硬度レベルは、10デュロメータであり、前記最大硬度レベルは、50デュロメータである、請求項6に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最小伸長破断値を含み、前記LSIデバイスの前記層は、前記最小伸長破断値より下では破断しない材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最大硬化温度を含み、前記LSIデバイスの前記層は、前記最大硬化温度よりも下で硬化する材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記形成仕様は、設定周波数範囲および強度範囲の硬化用電磁(EM)放射への最小時間の露出後の最小百分率構造的完全性を示す、請求項1に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最大端部間伝搬遅延を示し、前記端部間伝搬遅延は、前記LSIデバイスの片方の境界から前記LSIデバイスの反対側の境界までの信号の伝搬の最大時間を指定する、請求項1に記載の方法。
- 前記LSIデバイスの1つまたは複数の前記層は、信号伝搬遅延が、前記最大端部間伝搬遅延を下回るままであるような流体取得回路を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記形成仕様は、単位皮膚接触面積当たりの最大熱流束を示し、前記単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、前記LSIデバイスを含むウェアラブルデバイスのユーザの皮膚に伝導される最大熱放射を示し、前記LSIデバイスは、前記ユーザの前記皮膚に隣接する前記LSIデバイスの表面上に前記単位皮膚接触面積当たりの最大熱流束を下回る熱を放射する、請求項1に記載の方法。
- 前記単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、表皮の単位平方センチメータ当たり40ミリワットである、請求項13に記載の方法。
- 前記指定の製造プロセスは、ロールツーロール加工を使用する、請求項1に記載の方法。
- ポリマー基板である第1の層と、
前記ポリマー基板の表面上に配置される感知層であって、前記感知層は、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、感知層と、
前記感知層の表面上に配置される第1のビア層であって、前記第1のビア層は、前記感知層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第1のビア層と、
前記第1のビア層の表面上に配置されるゲート層であって、前記ゲート層は、前記第1のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ゲート層と、
前記ゲート層の表面上に配置される第2のビア層であって、前記第2のビア層は、前記ゲート層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第2のビア層と、
前記第2のビア層の表面上に配置されるソースおよびドレイン層であって、前記ソースおよびドレイン層は、前記第2のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ソースおよびドレイン層と、
前記ゲート層の表面上に配置される第3のビア層であって、前記第3のビア層は、前記ソースおよびドレイン層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第3のビア層と、
前記ゲート層の表面上に配置されるアクチュエータ層であって、前記アクチュエータ層は、前記第3のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、アクチュエータ層とを備えるデバイス。 - 前記感知層はさらに、前記流体ベースのルーティング回路との電気−流体接合を介して結合される、伸張に敏感なドープポリマーセンサを含む、請求項16に記載のデバイス。
- 基板である第1の層と、
前記ポリマー基板の上部表面の上に形成される1つまたは複数の追加の層であって、前記1つまたは複数の追加の層は、エラストマーであり、流体ベースのアクチュエータ、流体ベースのソース、ドレイン、およびゲート回路、ならびに流体ベースの感知回路の動作のためのチャンネルを有する、1つまたは複数の追加の層とを備えるデバイス。 - 前記基板は、布、ドープポリマー、非ドープポリマー、長鎖分子、およびタンパク質の少なくとも1つである材料で構成される、請求項18に記載のデバイス。
- 前記追加の層の前記1つまたは複数の少なくとも2つは、同じ物理層上に形成される、請求項18に記載のデバイス。
- 指定の製造プロセスに従って基板上に大規模集積化(LSI)デバイスの第1のエラストマー層を形成することであって、前記第1のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、前記第1のエラストマー層は、複数の形成仕様を忠実に守る、ことと、
前記第1のエラストマー層を硬化することと、
前記指定の製造プロセスに従って前記第1のエラストマー層とともに前記LSIデバイスの1つまたは複数の追加のエラストマー層を形成することであって、前記1つまたは複数の追加のエラストマー層は、少なくとも複数の流体ベースの回路を有し、前記1つまたは複数の追加のエラストマー層は、前記複数の形成仕様を忠実に守る、こととを含む方法。 - 前記形成仕様は、最大動作圧力および最小動作圧力を含み、前記複数の流体ベースの回路は、前記最大動作圧力の高圧レール、および前記最小動作圧力の低圧レールを含み、前記最大動作圧力は任意選択的に、3バールであり、前記最小動作圧力は任意選択的に、真空である、請求項21に記載の方法。
- 前記形成仕様は、動作電圧の範囲を含み、前記LSIデバイスの前記層は、動作電圧の前記範囲内の電圧で動作する電子回路を含む、請求項21または22に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最小層厚さを含み、前記LSIデバイスの前記層は、少なくとも前記最小層厚さを有する、請求項21から23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最小硬度レベルおよび最大硬度レベルを含み、前記LSIデバイスの前記層は、前記最小硬度レベルおよび前記最大硬度レベル内の硬度レベルを有する材料を含み、前記最小硬度レベルは任意選択的に、10デュロメータであり、前記最大硬度レベルは任意選択的に、50デュロメータである、請求項21から24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最小伸長破断値を含み、前記LSIデバイスの前記層は、前記最小伸長破断値より下では破断しない材料を含む、請求項21から25のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最大硬化温度を含み、前記LSIデバイスの前記層は、前記最大硬化温度より下で硬化する材料を含む、請求項21から26のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成仕様は、設定周波数範囲および強度範囲の硬化用電磁(EM)放射への最小時間の露出後の最小百分率構造的完全性を示す、請求項21から27のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成仕様は、最大端部間伝搬遅延を示し、前記端部間伝搬遅延は、前記LSIデバイスの片方の境界から前記LSIデバイスの反対側の境界までの信号の伝搬の最大時間を指定し、前記LSIデバイスの1つまたは複数の前記層は任意選択的に、信号伝搬遅延が、前記最大端部間伝搬遅延を下回るままであるような流体取得回路を含む、請求項21から28のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成仕様は、単位皮膚接触面積当たりの最大熱流束を示し、前記単位皮膚接触面積当たりの熱流束は、前記LSIデバイスを含むウェアラブルデバイスのユーザの皮膚に伝導される最大熱放射を示し、前記LSIデバイスは、前記ユーザの前記皮膚に隣接する前記LSIデバイスの表面に前記単位皮膚接触面積当たりの最大熱流束を下回る熱を放射し、前記単位皮膚接触面積当たりの熱流束は任意選択的に、表皮の単位平方センチメータ当たり40ミリワットである、請求項21から29のいずれか一項に記載の方法。
- 前記指定の製造プロセスは、ロールツーロール加工を使用する、請求項21から30のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマー基板である第1の層と、
前記ポリマー基板の上部表面の上に形成される1つまたは複数の追加の層であって、前記1つまたは複数の追加の層は、エラストマーであり、流体ベースのアクチュエータ、流体ベースのソース、ドレイン、およびゲート回路、ならびに流体ベースの感知回路の動作のためのチャンネルを有し、前記1つまたは複数の追加の層の少なくとも2つは任意選択的に、同じ物理層上に形成される、1つまたは複数の追加の層とを備えるデバイス。 - 前記ポリマー基板の表面上に配置される感知層であって、前記感知層は、流体ベースの感知およびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、感知層と、
前記感知層の表面上に配置される第1のビア層であって、前記第1のビア層は、前記感知層の1つまた複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第1のビア層と、
前記第1のビア層の表面上に配置されるゲート層であって、前記ゲート層は、前記第1のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのゲートおよびルーティング回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ゲート層と、
前記ゲート層の表面上に配置される第2のビア層であって、前記第2のビア層は、前記ゲート層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第2のビア層と、
前記第2のビア層の表面上に配置されるソースおよびドレイン層であって、前記ソースおよびドレイン層は、前記第2のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのソースおよびドレイン回路の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、ソースおよびドレイン層と、
前記ゲート層の表面上に配置される第3のビア層であって、前記第3のビア層は、前記ソースおよびドレイン層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースの相互接続の動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、第3のビア層と、
前記ゲート層の表面上に配置されるアクチュエータ層であって、前記アクチュエータ層は、前記第3のビア層の1つまたは複数の流体ベースの回路に流体的に結合される流体ベースのアクチュエータの動作のためのチャンネルを有するエラストマーである、アクチュエータ層とを備える、請求項32に記載のデバイス。 - 前記感知層はさらに、前記流体ベースのルーティング回路との電気−流体接合を介して結合される、伸張に敏感なドープポリマーセンサを含む、請求項33に記載のデバイス。
- 前記基板は、布、ドープポリマー、非ドープポリマー、長鎖分子、およびタンパク質の少なくとも1つである材料で構成される、請求項32から34のいずれか一項に記載のデバイス。
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EP3821322A1 (en) * | 2018-07-10 | 2021-05-19 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Electrostatic brake-based haptic device |
US20200029635A1 (en) * | 2018-07-26 | 2020-01-30 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Motion-restricting wearable safety device |
US10713907B2 (en) * | 2018-07-27 | 2020-07-14 | Autodesk, Inc. | Haptic device for mixed reality environments |
US10852825B2 (en) | 2018-09-06 | 2020-12-01 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Selective restriction of skeletal joint motion |
US20200081533A1 (en) * | 2018-09-07 | 2020-03-12 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Wearable device having regions of varying stiffnesses |
US11262797B1 (en) * | 2019-01-16 | 2022-03-01 | Apple Inc. | Computer systems with wearable force sensing devices |
US10860102B2 (en) | 2019-05-08 | 2020-12-08 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Guide for supporting flexible articulating structure |
US11061476B2 (en) | 2019-05-24 | 2021-07-13 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Haptic feedback apparatus |
US11054905B2 (en) | 2019-05-24 | 2021-07-06 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Motion-restricting apparatus with common base electrode |
EP4232886A1 (en) | 2020-10-22 | 2023-08-30 | Haptx, Inc. | Actuator and retraction mechanism for force feedback exoskeleton |
KR20240048409A (ko) * | 2022-10-06 | 2024-04-15 | 재단법인 아산사회복지재단 | 햅틱 피드백 장치 및 방법 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006501056A (ja) * | 2002-09-25 | 2006-01-12 | カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー | ミクロ流体大規模集積 |
JP2019534867A (ja) * | 2016-09-28 | 2019-12-05 | ノバリック ゲーエムベーハー | カンナビノイド受容体結合リガンドを含む組成物 |
Family Cites Families (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4422941A1 (de) * | 1994-06-30 | 1996-01-04 | Bosch Gmbh Robert | Mikroventil |
DE60031540T2 (de) | 1999-06-28 | 2007-05-16 | California Institute Of Technology, Pasadena | Mikromechanische pump- und ventilsysteme |
US6649327B2 (en) * | 2001-10-25 | 2003-11-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of patterning electrically conductive polymers |
JP2004029999A (ja) * | 2002-06-24 | 2004-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 力触覚ディスプレイハンドおよびその製造方法 |
JP2004071765A (ja) * | 2002-08-05 | 2004-03-04 | Sony Corp | 電気粘性流体装置及び電子機器 |
US8220494B2 (en) | 2002-09-25 | 2012-07-17 | California Institute Of Technology | Microfluidic large scale integration |
SG145784A1 (en) * | 2003-08-11 | 2008-09-29 | California Inst Of Techn | Microfluidic large scale integration |
US8217381B2 (en) * | 2004-06-04 | 2012-07-10 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Controlled buckling structures in semiconductor interconnects and nanomembranes for stretchable electronics |
GB0422547D0 (en) * | 2004-10-11 | 2004-11-10 | Imp College Innovations Ltd | Fluid flow control |
JP4806548B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2011-11-02 | 長野計器株式会社 | マイクロ流路の流体制御構造、マイクロ流路の流体制御構造の製造方法、および閉塞部材操作装置 |
US7918244B2 (en) * | 2005-05-02 | 2011-04-05 | Massachusetts Institute Of Technology | Microfluidic bubble logic devices |
KR20090056980A (ko) * | 2006-08-15 | 2009-06-03 | 더 거번먼트 오브 더 유나이티드 스테이츠 오브 아메리카, 레프리젠티드 바이 더 세크러테리 오브 더 네이비 | 평면 기판에 유체 셀을 부착하기 위한 방법 및 장치 |
CN103872002B (zh) * | 2008-03-05 | 2017-03-01 | 伊利诺伊大学评议会 | 可拉伸和可折叠的电子器件 |
WO2009126826A1 (en) * | 2008-04-11 | 2009-10-15 | Fluidigm Corporation | Multilevel microfluidic systems and methods |
US20100234182A1 (en) * | 2009-01-15 | 2010-09-16 | Saebo, Inc. | Neurological device |
AU2010266010B2 (en) | 2009-06-26 | 2015-08-20 | President And Fellows Of Harvard College | Fluid injection |
US20150088043A1 (en) | 2009-07-15 | 2015-03-26 | President And Fellows Of Harvard College | Actively controlled wearable orthotic devices and active modular elastomer sleeve for wearable orthotic devices |
US9936574B2 (en) * | 2009-12-16 | 2018-04-03 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Waterproof stretchable optoelectronics |
US10024819B2 (en) * | 2010-10-21 | 2018-07-17 | The Regents Of The University Of California | Microfluidics with wirelessly powered electronic circuits |
KR101486400B1 (ko) * | 2011-01-13 | 2015-01-26 | 엠파이어 테크놀로지 디벨롭먼트 엘엘씨 | 전기유변 유체를 이용하는 햅틱 피드백 디바이스 |
DE102011081887A1 (de) | 2011-08-31 | 2013-02-28 | Robert Bosch Gmbh | Polymerschichtsystem-Drucksensorvorrichtung und Polymerschichtsystem-Drucksensorverfahren |
JP6169082B2 (ja) | 2011-09-24 | 2017-07-26 | プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ | 人工皮膚および弾性歪みセンサ |
KR101871296B1 (ko) | 2011-11-04 | 2018-06-28 | 삼성전자 주식회사 | 미소전기유체 소자 및 이의 구동방법 |
WO2013126483A1 (en) | 2012-02-21 | 2013-08-29 | Fluidigm Corporation | Method and systems for microfluidic logic devices |
US9554484B2 (en) | 2012-03-30 | 2017-01-24 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Appendage mountable electronic devices conformable to surfaces |
JP2014081716A (ja) * | 2012-10-15 | 2014-05-08 | Denso Corp | フォースフィードバック装置およびユーザインターフェースシステム |
DK3014394T3 (da) | 2013-07-05 | 2022-07-11 | Jacob A Rubin | Helkrops-menneske-computer-grænseflade |
US20150277563A1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Wen-Ling M. Huang | Dynamic tactile user interface |
US9717644B2 (en) * | 2014-12-22 | 2017-08-01 | John H. Shadduck | Wearable sensing and actuator systems, and methods of use |
US9703381B2 (en) * | 2015-02-18 | 2017-07-11 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Multimodal haptic device including a thermal and tactile display unit, system, and method of using the same |
US10275025B2 (en) | 2015-06-14 | 2019-04-30 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Gloves that include haptic feedback for use with HMD systems |
WO2016205375A1 (en) | 2015-06-18 | 2016-12-22 | The Regents Of The University Of Michigan | Microfluidic actuators with integrated addressing |
US20170300115A1 (en) * | 2016-04-13 | 2017-10-19 | Northeastern University | Pneumatic Augmented Reality Tactile Feedback Platform |
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Patent Citations (2)
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JP2019534867A (ja) * | 2016-09-28 | 2019-12-05 | ノバリック ゲーエムベーハー | カンナビノイド受容体結合リガンドを含む組成物 |
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---|---|---|
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