JP2023100572A - Mutual and overlap capacitance based sensor - Google Patents

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Abstract

To solve the problem in which: the need for soft tactile sensors that conform to arbitrary smooth geometries has been a bottleneck for developing robot hands with dexterous manipulating capabilities, and adhering soft sensors for robotic purposes may often be a challenge and delamination is often an issue.SOLUTION: A mutual and overlap capacitance based sensor may include a top stretchable layer including a first electrode configured in a serpentine pattern, a bottom layer including a second electrode, and a dielectric layer positioned between the first electrode and the second electrode. The second electrode may have a line shape which runs perpendicular to a wavelength direction of the first electrode and parallel to an amplitude direction of the first electrode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

(関連出願への相互参照)
本出願は、一部継続(CIP)であり、2021年2月25日に出願された米国仮特許出願第63/153596号、発明の名称「SENSOR FOR PROXIMITY,LIGHT TOUCH,AND PRESSURE-BASED GESTURE RECOGNITION」(代理人整理番号HRA-50529)の優先権を主張するものであり、2021年1月12日に出願された米国特許仮出願第63/136428号、発明の名称「SYSTEM AND METHOD FOR FABRICATING SOFT SENSORS THAT CONFORM TO ARBITRARY SMOOTH GEOMETRIES」(代理人整理番号HRA-49574)の優先権を主張する、2021年2月11日に出願された米国仮特許出願第17/174226号、発明の名称「SYSTEM AND METHOD FOR FABRICATING SOFT SENSORS THAT CONFORM TO ARBITRARY SMOOTH GEOMETRIES」(代理人整理番号HRA-49574.01)の優先権を主張するものであり、これらの全ては、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
(Cross reference to related application)
This application is a continuation-in-part (CIP), U.S. Provisional Patent Application No. 63/153,596, filed February 25, 2021, entitled "SENSOR FOR PROXIMITY, LIGHT TOUCH, AND PRESSURE-BASED GESTURE RECOGNITION." (Attorney Docket No. HRA-50529), U.S. Provisional Patent Application No. 63/136,428, filed Jan. 12, 2021, entitled "SYSTEM AND METHOD FOR FABRICATING SOFT." US Provisional Patent Application No. 17/174,226, filed Feb. 11, 2021, entitled "SYSTEM AND METHOD FOR FABRICATING SOFT SENSORS THAT CONFORM TO ARBITRARY SMOOTH GEOMETRIES” (Attorney Docket No. HRA-49574.01), all of which are expressly incorporated herein by reference.

任意の滑らかな幾何学的形状に適合する軟質触覚センサの必要性は、精巧な操作能力を有するロボットハンドを開発するためのボトルネックであった。この分野では、センサが軟らかい皮膚のようであり、指先及び/又は手のひらの形状に沿うことが要求される。しかしながら、軟質センサの分野では大いに開発が進んできたが、それらの大半はまだ研究段階である。実際の商業的用途では、特に読み出し電子機器部門においていくつかの他の要件を満たす必要がある。例えば、多くの場合、ロボット用の軟質センサを接着することが課題であり得、層間剥離が問題となることが多い。 The need for soft tactile sensors that conform to arbitrary smooth geometries has been a bottleneck for developing robotic hands with fine manipulation capabilities. This field requires the sensor to be like soft skin and conform to the shape of the fingertips and/or palm. However, although much development has been made in the field of soft sensors, most of them are still in the research stage. For practical commercial applications, some other requirements have to be met, especially in the readout electronics sector. For example, bonding soft sensors for robotics can often be a challenge, and delamination is often a problem.

更に、多くの圧力センサアレイは、信号振幅が非常に小さいため、光接触を検出することが困難であるが、高感度の力センサは、高い力の相互作用で飽和する。 Furthermore, many pressure sensor arrays have difficulty detecting optical contact because the signal amplitude is very small, whereas highly sensitive force sensors saturate at high force interactions.

一態様によれば、任意の滑らかな幾何学的形状に適合する軟質センサの製造システムは、弾性材料で作製された軟質センサの電極セットを含む上部伸縮層を含む。本システムはまた、フォトリソグラフィを使用してパターン形成された好適な金属の薄シートから成る下部可撓層を含む。下部可撓層は、任意の滑らかな幾何学的形状と適合するように構成される。上部伸縮層は、下部可撓層に結合されて、センサ基板を形成する。センサ基板は、任意の滑らかな幾何学的形状への強固な接着を可能にする伸縮接着フィルムとして構成される。 According to one aspect, a flexible sensor manufacturing system that conforms to any smooth geometry includes an upper stretchable layer that includes a flexible sensor electrode set made of an elastic material. The system also includes a lower flexible layer consisting of a thin sheet of suitable metal patterned using photolithography. The lower flexible layer is configured to conform to any smooth geometry. The upper stretchable layer is bonded to the lower flexible layer to form the sensor substrate. The sensor substrate is configured as a stretchable adhesive film that allows strong adhesion to any smooth geometry.

別の態様によれば、任意の滑らかな幾何学的形状に適合する軟質センサの製造方法は、弾性材料で作製された軟質センサの電極セットを含む上部伸縮層を製造することを含む。本方法はまた、フォトリソグラフィを使用してパターン形成された好適な金属の薄シートから成る下部可撓層を製造することを含む。下部可撓層は、任意の滑らかな幾何学的形状と適合するように構成される。本方法は、上部伸縮層を下部可撓層に接合して、センサ基板を形成することを更に含む。センサ基板は、任意の滑らかな幾何学的形状への強固な接着を可能にする伸縮接着フィルムとして構成される。 According to another aspect, a method of fabricating a soft sensor that conforms to any smooth geometry includes fabricating an upper stretchable layer that includes a soft sensor electrode set made of an elastic material. The method also includes fabricating the lower flexible layer from a thin sheet of a suitable metal patterned using photolithography. The lower flexible layer is configured to conform to any smooth geometry. The method further includes bonding the upper stretchable layer to the lower flexible layer to form a sensor substrate. The sensor substrate is configured as a stretchable adhesive film that allows strong adhesion to any smooth geometry.

更に別の態様によれば、任意の滑らかな幾何学的形状に適合する軟質センサの製造システムは、弾性材料で作製された軟質センサの電極セットを含む上部伸縮層を含む、ロボットデバイスへの強固な接着を可能にする伸縮接着フィルムとして構成されたセンサ基板を含む。センサ基板はまた、フォトリソグラフィを使用してパターン形成された銅フィルムから成る下部可撓層を含む。 In accordance with yet another aspect, a system for manufacturing soft sensors that conform to any smooth geometry includes an upper stretchable layer containing electrode sets of soft sensors made of an elastic material for robustness to robotic devices. It includes a sensor substrate configured as a stretchable adhesive film that allows for secure adhesion. The sensor substrate also includes a lower flexible layer consisting of a copper film patterned using photolithography.

相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサは、蛇行パターンで構成された第1の電極を含む上部伸縮層と、第2の電極を含む下部層と、第1の電極と第2の電極との間に位置付けられた誘電体層と、を含み得る。 Mutual and overlapping capacitance-based sensors include an upper stretchable layer including a first electrode configured in a serpentine pattern; a lower layer including a second electrode; and a dielectric layer positioned therebetween.

第2の電極は、第1の電極の波長方向に垂直に、かつ第1の電極の振幅方向に平行に延びる線形状を有し得る。第1の電極は、第1の電極の第1の部分が第2の電極と重なり、第1の電極の第1の部分が輪郭を含み得るように配置することができる。第1の電極は、第1の電極の第1の部分が第2の電極と重なり、第2の電極の一部分が、第1の電極によって覆われていない露出領域を含み得るように配置することができる。第1の電極の第1の部分は、輪郭を含み得、第2の電極の一部分は、第1の電極によって覆われていない露出領域を含み得る。 The second electrode may have a linear shape extending perpendicular to the wavelength direction of the first electrode and parallel to the amplitude direction of the first electrode. The first electrode can be positioned such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and the first portion of the first electrode can include a contour. The first electrode is positioned such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and a portion of the second electrode may include an exposed area not covered by the first electrode. can be done. A first portion of the first electrode may include a contour and a portion of the second electrode may include an exposed area not covered by the first electrode.

第2の電極の第1の部分は、第1の電極によって覆われていない露出領域を含み得、第2の電極の第2の部分は、第1の電極によって覆われた被覆領域を含み得る。第2の電極の第1の部分は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第1のタキセルと関連付けることができ、第2の電極の第2の部分は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第2のタキセルと関連付けることができる。プロセッサは、第1の範囲内、第2の範囲内、又は第1の範囲と第2の範囲との間にある第1のタキセルからの静電容量読み取り値、及び第2のタキセルからの読み取り値に基づいて、感知モードを決定することができる。第1のタキセルは、第2のタキセルの近傍にあり得る。感知モードは、相互静電容量モード又はオーバーラップ静電容量モードであり得る。 A first portion of the second electrode may include an exposed area not covered by the first electrode and a second portion of the second electrode may include a covered area covered by the first electrode. . A first portion of the second electrode can be associated with a first taxel of a mutual and overlapping capacitance-based sensor, and a second portion of the second electrode can be associated with a mutual and overlapping capacitance It can be associated with a second taxel of the base sensor. The processor provides capacitance readings from the first taxel and readings from the second taxel that are within the first range, within the second range, or between the first range and the second range. Based on the values, a sensing mode can be determined. A first taxel can be in proximity to a second taxel. The sensing mode can be mutual capacitance mode or overlap capacitance mode.

相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサは、蛇行パターンで構成された第1の電極と、第2の電極を含む下部層と、第1の電極と第2の電極との間に位置付けられた誘電体層と、を含む上部伸縮層を含み得る。第2の電極は、第1の電極の波長方向に垂直に、かつ第1の電極の振幅方向に平行に延びる線形状を有し得る。 Mutual and overlapping capacitance-based sensors were positioned between a first electrode configured in a serpentine pattern, a bottom layer containing a second electrode, and between the first electrode and the second electrode. and a dielectric layer. The second electrode may have a linear shape extending perpendicular to the wavelength direction of the first electrode and parallel to the amplitude direction of the first electrode.

第1の電極は、第1の電極の第1の部分が第2の電極と重なり、第1の電極の第1の部分が輪郭を含み得るように配置することができる。第1の電極は、第1の電極の第1の部分が第2の電極と重なり、第2の電極の一部分が、第1の電極によって覆われていない露出領域を含み得るように配置することができる。第1の電極の第1の部分は、輪郭を含み得、第2の電極の一部分は、第1の電極によって覆われていない露出領域を含み得る。第2の電極の第1の部分は、第1の電極によって覆われていない露出領域を含み得、第2の電極の第2の部分は、第1の電極によって覆われた被覆領域を含み得る。第2の電極の第1の部分は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第1のタキセルと関連付けることができ、第2の電極の第2の部分は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第2のタキセルと関連付けることができる。 The first electrode can be positioned such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and the first portion of the first electrode can include a contour. The first electrode is positioned such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and a portion of the second electrode may include an exposed area not covered by the first electrode. can be done. A first portion of the first electrode may include a contour and a portion of the second electrode may include an exposed area not covered by the first electrode. A first portion of the second electrode may include an exposed area not covered by the first electrode and a second portion of the second electrode may include a covered area covered by the first electrode. . A first portion of the second electrode can be associated with a first taxel of a mutual and overlapping capacitance-based sensor, and a second portion of the second electrode can be associated with a mutual and overlapping capacitance It can be associated with a second taxel of the base sensor.

相互及びオーバーラップ静電容量感知のためのシステムは、蛇行パターンで構成された第1の電極を含む上部伸縮層と、第2の電極を含む下部層と、第1の電極と第2の電極との間に位置付けられた誘電体層と、を含む、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサを含み得る。プロセッサは、第1の範囲内、第2の範囲内、又は第1の範囲と第2の範囲との間にある相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第1のタキセルからの静電容量読み取り値、及び第1のタキセルの近傍にある相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第2のタキセルからの読み取り値に基づいて、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの感知モードを決定し得る。 A system for mutual and overlapping capacitive sensing includes an upper stretchable layer including a first electrode configured in a serpentine pattern, a lower layer including a second electrode, the first electrode and the second electrode. and a dielectric layer positioned between the mutual and overlapping capacitance-based sensors. The processor calculates the capacitance from the first taxel of the mutual and overlapping capacitance-based sensor within the first range, within the second range, or between the first range and the second range. Determining the sensing mode of the mutual and overlapping capacitance-based sensors based on the readings and the readings from the second taxel of the mutual and overlapping capacitance-based sensors in the vicinity of the first taxel. can.

第2の電極は、第1の電極の波長方向に垂直に、かつ第1の電極の振幅方向に平行に延びる線形状を有し得る。第1の電極は、第1の電極の第1の部分が第2の電極と重なり、第1の電極の第1の部分が輪郭を含み得るように配置することができる。第1の電極は、第1の電極の第1の部分が第2の電極と重なり、第2の電極の一部分が、第1の電極によって覆われていない露出領域を含み得るように配置することができる。 The second electrode may have a linear shape extending perpendicular to the wavelength direction of the first electrode and parallel to the amplitude direction of the first electrode. The first electrode can be positioned such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and the first portion of the first electrode can include a contour. The first electrode is positioned such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and a portion of the second electrode may include an exposed area not covered by the first electrode. can be done.

本開示に特徴的であると考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載される。以下の説明において、明細書及び図面を通して、同様の部分にはそれぞれ同一の符号を付す。図面は必ずしも縮尺どおりに描画されておらず、明確性及び簡潔さのために、特定の図面は、誇張された又は一般化された形態で示され得る。しかしながら、本開示自体、並びにその好ましい使用モード、更なる目的及び進歩は、添付図面と併せて読むと、例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって最も良く理解されるであろう。
本開示の例示的な実施形態による、センサ基板の断面図である。 本開示の例示的な実施形態による、センサ基板の上部伸縮層の製造の例示的な概観である。 本開示の例示的な実施形態による、センサ基板の上部伸縮層の断面図である。 本開示の例示的な実施形態による、センサ基板の下部可撓層の例示的な概観である。 本開示の例示的な実施形態による、センサ基板の下部可撓層の断面図である。 本開示の例示的な実施形態による、上部伸縮層と下部可撓層との接合の例示的な概観である。 本開示の例示的な実施形態による、任意の滑らかな幾何学的形状へのセンサ基板の接合の例示的な概観である。 本開示の例示的な実施形態による、センサ基板を製造し、センサ基板をロボットデバイスに装着する方法のプロセスフロー図である。 本開示の例示的な実施形態による、任意の滑らかな幾何学的形状に適合する軟質センサの製造方法のプロセスフロー図である。 本開示の例示的な実施形態による、滑らかな幾何学的形状を有する相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの例示的な概観である。 本開示の例示的な実施形態による、滑らかな幾何学的形状を有する相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの断面図である。 本開示の例示的な実施形態による、滑らかな幾何学的形状を有する例示的な相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの例示的な概観である。 本開示の例示的な実施形態による、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサに関連付けられた動作図である。 本開示の例示的な実施形態による、相互及びオーバーラップ静電容量ベースの感知のための例示的なシステムの構成要素図である。 本開示の例示的な実施形態による、相互及びオーバーラップ静電容量ベースの感知のための例示的な方法のフロー図である。 本開示の例示的な実施形態による、本明細書に記載される提供のうちの1つ以上を具現化するように構成されたプロセッサ実行可能命令を含む、例示的なコンピュータ可読媒体又はコンピュータ可読デバイスの図である。 本開示の例示的な実施形態による、本明細書に記載された提供のうちの1つ以上が実装される、例示的なコンピューティング環境の図である。
The novel features believed characteristic of the present disclosure are set forth in the appended claims. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals throughout the specification and drawings. The drawings are not necessarily drawn to scale, and certain drawings may be shown in an exaggerated or generalized form for the sake of clarity and brevity. However, the disclosure itself, as well as its preferred mode of use, further objects and advancements, may best be understood by reference to the following detailed description of illustrative embodiments when read in conjunction with the accompanying drawings. deaf.
[0014] FIG. 4A is a cross-sectional view of a sensor substrate, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; 5A-5D are exemplary overviews of the fabrication of a top elastic layer of a sensor substrate, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; FIG. 4B is a cross-sectional view of the upper elastic layer of the sensor substrate, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; 4B is an example view of a lower flexible layer of a sensor substrate, according to an example embodiment of the present disclosure; FIG. 4B is a cross-sectional view of the lower flexible layer of the sensor substrate, in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure; 4 is an exemplary overview of joining an upper stretchable layer and a lower flexible layer, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; 4 is an exemplary overview of bonding a sensor substrate to any smooth geometry, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; FIG. 10 is a process flow diagram of a method of manufacturing a sensor substrate and attaching the sensor substrate to a robotic device, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; FIG. 10 is a process flow diagram of a method of manufacturing a flexible sensor that conforms to any smooth geometry, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; 5 is an exemplary overview of mutual and overlapping capacitance-based sensors with smooth geometry, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; FIG. 3B is a cross-sectional view of a mutual and overlapping capacitance-based sensor with smooth geometry, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; 4 is an exemplary overview of exemplary mutual and overlapping capacitance-based sensors having smooth geometries, according to exemplary embodiments of the present disclosure; FIG. 10 is an operational diagram associated with mutual and overlapping capacitance-based sensors, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; 1 is a component diagram of an exemplary system for mutual and overlapping capacitance-based sensing, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; FIG. FIG. 4 is a flow diagram of an exemplary method for mutual and overlapping capacitance-based sensing, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; Exemplary computer-readable medium or device comprising processor-executable instructions configured to embody one or more of the offerings described herein, according to exemplary embodiments of the present disclosure is a diagram. 1 is a diagram of an exemplary computing environment in which one or more of the offerings described herein may be implemented, according to exemplary embodiments of the disclosure; FIG.

I.システムの概要
ここで図面を参照すると、表示は、1つ以上の例示的な実施形態を例示する目的のためであり、限定する目的のためではなく、図1は、本開示の例示的な一実施形態によるセンサ基板100の断面図である。一実施形態では、製造システムは、任意の滑らかな幾何学的形状に適合する軟質センサを含み、高い機械的堅牢性と、軟質センサによって出力されるセンサ信号に関する高レベルの電子センサ信号完全性と、を提供するセンサ基板100を製造するように構成することができる。
I. SYSTEM OVERVIEW Referring now to the drawings, the representations are for purposes of illustrating one or more exemplary embodiments, and not for purposes of limitation, FIG. 1 is a cross-sectional view of a sensor substrate 100 according to an embodiment; FIG. In one embodiment, the manufacturing system includes a flexible sensor that conforms to any smooth geometry, with high mechanical robustness and a high level of electronic sensor signal integrity for the sensor signal output by the flexible sensor. can be configured to fabricate the sensor substrate 100 that provides .

製造システムは、デバイス/回路基板の作製、及び最新の適合性触覚センサの製造を可能にする軟質センサ技術の利点を活用することができる。一実施形態では、センサ基板上に接合され得る軟質センサの電極セットは、はんだ可能な従来の材料を用いて、適切なロボットデバイス感知(例えば、ロボットフィンガ感知)に必要な適合性を提供する可撓性材料で作製されてもよい。この構成はまた、読み出し電子機器とのインターフェースを提供することができる。 Manufacturing systems can take advantage of flexible sensor technology that enables device/circuit board fabrication and the fabrication of advanced adaptive tactile sensors. In one embodiment, flexible sensor electrode sets that can be bonded onto the sensor substrate can use conventional solderable materials to provide the compatibility needed for proper robotic device sensing (e.g., robotic finger sensing). It may be made of a flexible material. This configuration can also provide an interface with readout electronics.

以下でより詳細に説明するように、製造システムは、センサの上部を軟らかく柔軟にする伸縮導体材料で作製され得る上部電極の追加セットを利用するように構成することができる。本システムはまた、フォトリソグラフィを使用してパターン形成された好適な金属製の薄シートから構成され得る下部可撓層104を形成するように構成することができる。一実施形態では、好適な金属製の薄シートは、フォトリソグラフィを使用してパターン形成された銅フィルムを含んでもよい。下部可撓層104は、曲率半径の小さな平滑部分を有する任意の滑らかな幾何学的形状に適合するように構成され、高レベルの適合性を、好適な銅フィルム厚及び銅パターンのサイズ及び形状によって達成することができる。 As described in more detail below, the manufacturing system can be configured to utilize an additional set of top electrodes that can be made of a stretchable conductor material that renders the top of the sensor soft and flexible. The system can also be configured to form the lower flexible layer 104, which can consist of a thin sheet of suitable metal that has been patterned using photolithography. In one embodiment, a suitable thin sheet of metal may comprise a copper film patterned using photolithography. The lower flexible layer 104 is configured to conform to any smooth geometry having a smooth portion with a small radius of curvature, providing a high level of conformance with a suitable copper film thickness and copper pattern size and shape. can be achieved by

フォトリソグラフィは、回路基板上に直接実装される表面実装抵抗器などの受動電子部品を製造する際にも実行されることが当技術において既知である。製造システムは、フォトリソグラフィをパターン形成プロセスとして用いて、(マイクロチップで使用される)ナノメートル~センチメートル以上の範囲で特徴部を作成することができるため、容易にサイズ変更が可能であるというプロセスの利点を提供することができる。また、フォトリソグラフィ技術を使用して製造されるデバイスサイズは、数ミリメートル~数メートルの範囲にわたってサイズの変更が可能である。この製造プロセスのための基板は、ロボットフィンガ/ハンドなどのロボットデバイスに容易に実装し強固に接着することを可能にする伸縮接着フィルムとして構成されてもよい。したがって、製造システムによって実行され、以下でより詳細に説明する製造方法の使用は、電子機器と容易にインターフェース接続され、商業用等級の製品に要求され得る機械的及び電気的完全性を提供することができる軟質センサの製造を可能にする。 Photolithography is also known in the art to be performed in the manufacture of passive electronic components such as surface mount resistors that are mounted directly on circuit boards. The manufacturing system can be easily resized using photolithography as a patterning process to create features in the nanometer to centimeter range (used in microchips) and beyond. Process advantages can be provided. Also, device sizes manufactured using photolithographic techniques are scalable over a range of millimeters to meters. The substrate for this manufacturing process may be configured as a stretchable adhesive film that allows for easy mounting and strong adhesion to robotic devices such as robotic fingers/hands. Thus, the use of manufacturing methods performed by the manufacturing system and described in more detail below are readily interfaced with electronic equipment and provide the mechanical and electrical integrity that may be required for commercial grade products. It enables the production of soft sensors that can be

図1に示すように、センサ基板100は、下部可撓層104に接合され得る上部伸縮層102を含んでもよい。センサ基板100の下部は、接着部を含むように構成されてもよく、その結果、下部可撓層104の下面により、センサ基板100は1つ以上のタイプのセンサを任意の幾何学的形状に/上に強固に接着させることができる。このように、センサ基板100は、ロボットのハンド、フィンガ、及び/又は追加のタイプの幾何学的形状などのロボット用途に、1つ以上のタイプのセンサを接着するように構成することができる。 As shown in FIG. 1, sensor substrate 100 may include upper stretchable layer 102 that may be bonded to lower flexible layer 104 . The bottom of sensor substrate 100 may be configured to include adhesives such that the underside of bottom flexible layer 104 allows sensor substrate 100 to accommodate one or more types of sensors into any geometric shape. / can be strongly adhered to the top. As such, the sensor substrate 100 can be configured to adhere one or more types of sensors to robotic applications, such as robotic hands, fingers, and/or additional types of geometric shapes.

図2Aは、本開示の例示的な一実施形態によるセンサ基板100の上部伸縮層102の製造の例示的な概略図である。図示されるように、誘電体層202は、上部伸縮層102の下部として鋳造することができる。誘電体層202は、弾性材料を使用して型内で鋳造することができる。したがって、上部伸縮層102の上部は、様々なロボット感知動作にとって有用であり得るレベルの弾性及び柔軟性を提供することができる。 FIG. 2A is an exemplary schematic illustration of the fabrication of upper elastic layer 102 of sensor substrate 100 according to an exemplary embodiment of the present disclosure. As shown, the dielectric layer 202 can be cast as a bottom portion of the upper stretchable layer 102 . Dielectric layer 202 can be cast in a mold using a resilient material. Accordingly, the upper portion of the upper elastic layer 102 can provide a level of elasticity and flexibility that can be useful for various robot sensing operations.

100kPa(超軟性)から1~2MPa(かなり剛性)の弾性率の範囲にわたる、市場で入手可能な広範囲の材料を利用して、上部伸縮層102の誘電体層202を鋳造することができることが理解される。上記材料は、人間の皮膚の機械的特性を厳密にまねることができる。例えば、Ecoflex、Dragon Skinなどの軟質弾性材料を利用して、上部伸縮層102の誘電体層202を鋳造することができる。構成によっては、誘電体層202はまた、要望に応じて機械的特性を微調整するために、柱、ピラミッド、又はドームなどの構造、したがって、空隙を有してもよい。 It is understood that a wide range of commercially available materials can be utilized to cast the dielectric layer 202 of the upper stretchable layer 102, ranging in elastic modulus from 100 kPa (super soft) to 1-2 MPa (fairly rigid). be done. The material can closely mimic the mechanical properties of human skin. For example, a soft elastic material such as Ecoflex, Dragon Skin, etc. can be utilized to cast the dielectric layer 202 of the upper stretchable layer 102 . Depending on the configuration, dielectric layer 202 may also have structures such as pillars, pyramids, or domes, and thus voids, to fine-tune mechanical properties as desired.

引き続き図2Aを参照すると、いったん誘電体層202が鋳造されると、製造システムは、選択されたパターン形成プロセスを使用して、伸縮電極材料を伸縮電極パターン204にパターン形成することができる。使用され得る非限定的な例示的材料として、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、導電性ポリマー、及び/又は導電性粒子複合体を挙げることができるが、これらに限定されない。非限定的な例示的パターンプロセスとして、スプレー塗布、シャドウマスキング、及び/又はスクリーン印刷が使用され得るが、これらに限定されない。 With continued reference to FIG. 2A, once the dielectric layer 202 is cast, the manufacturing system can pattern the stretchable electrode material into a stretchable electrode pattern 204 using a selected patterning process. Non-limiting exemplary materials that may be used include, but are not limited to, carbon nanotubes, silver nanowires, conductive polymers, and/or conductive particle composites. Non-limiting exemplary pattern processes that may be used include, but are not limited to, spray coating, shadow masking, and/or screen printing.

一実施形態では、伸縮電極を伸縮電極パターン204にパターン形成した後、上部伸縮層102の誘電体層202を鋳造するために使用されるものと同じ又は同様の弾性材料を使用して、封止層206を伸縮電極パターン204上に鋳造することができる。例えば、封止層206は、Ecoflex、Dragon Skin、又は他の弾性材料を使用して型内で鋳造することができる。 In one embodiment, after patterning the stretchable electrodes into the stretchable electrode pattern 204, the encapsulation is performed using the same or similar elastic material used to cast the dielectric layer 202 of the upper stretchable layer 102. A layer 206 can be cast onto the stretchable electrode pattern 204 . For example, sealing layer 206 can be cast in a mold using Ecoflex, Dragon Skin, or other elastic material.

本開示の例示的な一実施形態によるセンサ基板100の上部伸縮層102の断面図である図2Bに示すように、封止層206は伸縮電極パターン204上に鋳造される。上述したように、伸縮電極パターン204は、弾性材料で構成され得る誘電体層202の上に配置される。 A sealing layer 206 is cast over the stretchable electrode pattern 204 as shown in FIG. 2B, which is a cross-sectional view of the upper stretchable layer 102 of the sensor substrate 100 according to an exemplary embodiment of the present disclosure. As mentioned above, the stretchable electrode pattern 204 is disposed over the dielectric layer 202, which may be composed of an elastic material.

センサ基板100の下部可撓層104を参照して、図3Aは、本開示の例示的な一実施形態による、センサ基板100の下部可撓層104の例示的な概略を示す。一実施形態では、下部可撓層104の下部、及びその結果としてセンサ基板100は、軟質接着シート302として構成することができる。一構成では、軟質接着シート302は、様々な任意の滑らかな幾何学的形状へ強固に接着させるために可撓性であり得る柔軟な接着シートとして構成することができる。軟質接着シート302は、両面アクリルテープシート接着基板として構成されてもよい。例示的な例として、軟質接着シート302は、12インチ×12インチのテープ寸法を含んでもよい。様々な機械的剛性及び化学的安定性を含み得る、多くの異なるサイズのシート及びテープ寸法を利用することができることが理解される。 Referring to the lower flexible layer 104 of the sensor substrate 100, FIG. 3A shows an exemplary schematic of the lower flexible layer 104 of the sensor substrate 100, according to one exemplary embodiment of the present disclosure. In one embodiment, the lower portion of the lower flexible layer 104 , and consequently the sensor substrate 100 , can be configured as a flexible adhesive sheet 302 . In one configuration, flexible adhesive sheet 302 can be configured as a flexible adhesive sheet that can be flexible for firm adhesion to any of a variety of smooth geometric shapes. The flexible adhesive sheet 302 may be configured as a double-sided acrylic tape sheet adhesive substrate. As an illustrative example, flexible adhesive sheet 302 may include tape dimensions of 12 inches by 12 inches. It is understood that many different sized sheet and tape dimensions can be utilized, which can include varying mechanical stiffness and chemical stability.

引き続き図3Aを参照すると、銅フィルム304の薄シートを、軟質接着シート302の上部に積層することができる。軟質接着シート302上に銅フィルム304を積層した後、乾燥フィルムフォトレジスト306を銅フィルム304の上部に積層することができる。一構成では、製造システムは、熱ラミネータ(図示せず)を利用して、乾燥フィルムフォトレジスト306を銅フィルム304上に積層する命令を送信するように構成することができる。一実施形態では、乾燥フィルムフォトレジスト306は、紫外線源を使用してマスクを通じて露光されてもよい。 With continued reference to FIG. 3A, a thin sheet of copper film 304 can be laminated on top of the flexible adhesive sheet 302 . After laminating copper film 304 onto flexible adhesive sheet 302 , dry film photoresist 306 can be laminated on top of copper film 304 . In one configuration, the manufacturing system can be configured to send instructions to laminate the dry film photoresist 306 onto the copper film 304 utilizing a thermal laminator (not shown). In one embodiment, dry film photoresist 306 may be exposed through a mask using an ultraviolet light source.

例示的な一実施形態では、製造システムは、現像液を使用して、乾燥フィルムフォトレジストパターン308の露光部を現像するように構成されてもよい。乾燥フィルムフォトレジストパターン308の露光部は、軟質接着シート302上に既に積層されている銅フィルム304の銅の不所望部分をエッチングするためのマスクとして利用されてもよい。したがって、軟質接着シート302は、軟質接着シート302上に乾燥フィルムフォトレジストパターン308のそれぞれの露光部を残してエッチングされた銅310を含むことができる。 In one exemplary embodiment, the manufacturing system may be configured to develop the exposed portions of the dry film photoresist pattern 308 using a developer. The exposed portions of dry film photoresist pattern 308 may be utilized as a mask to etch unwanted portions of the copper of copper film 304 that has already been laminated onto flexible adhesive sheet 302 . Accordingly, the flexible adhesive sheet 302 may include etched copper 310 leaving exposed portions of each of the dry film photoresist patterns 308 on the flexible adhesive sheet 302 .

一実施形態では、銅フィルム304の不所望の銅をエッチングして、エッチングされた銅310を軟質接着シート302上に残した後、製造システムは、エッチングされた銅310上にとどまる乾燥フィルムフォトレジストパターン308からフォトレジストを除去することができる。フォトレジストの除去後、パターン形成された銅フィルムは、センサ基板の下部可撓層のエッチングされた銅310上にとどまることができる。パターン形成された銅フィルムは、センサ基板100と関連付けられた制御基板(図示せず)に動作可能に接続され得るパターン銅電極312として構成することができる。 In one embodiment, after etching the unwanted copper of the copper film 304 and leaving the etched copper 310 on the soft adhesive sheet 302, the manufacturing system removes the dry film photoresist that remains on the etched copper 310. The photoresist can be removed from pattern 308 . After removal of the photoresist, the patterned copper film can remain on the etched copper 310 of the lower flexible layer of the sensor substrate. The patterned copper film can be configured as patterned copper electrodes 312 that can be operatively connected to a control board (not shown) associated with the sensor substrate 100 .

図3Bは、本開示の例示的な一実施形態による、センサ基板100の下部可撓層104の断面図である。例示的な一実施形態では、弾性材料314の上層が、接着基板として構成され得る軟質接着シート302上に鋳造されてもよい。上述したように、軟質接着シート302は、センサ基板100の下部可撓層104のエッチングされた銅310上にとどまることができるパターン銅電極312を含んでもよい。 FIG. 3B is a cross-sectional view of lower flexible layer 104 of sensor substrate 100, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. In one exemplary embodiment, a top layer of elastic material 314 may be cast onto flexible adhesive sheet 302, which may be configured as an adhesive substrate. As mentioned above, the flexible adhesive sheet 302 may include patterned copper electrodes 312 that can rest on the etched copper 310 of the lower flexible layer 104 of the sensor substrate 100 .

図4は、本開示の例示的な一実施形態による、上部伸縮層102と下部可撓層104との接合の例示的な概略図である。例示的な一実施形態では、センサ基板100の上部伸縮層102及びセンサ基板100の下部可撓層104の製造後、製造システムは、上部伸縮層102を下部可撓層104に接着してセンサ基板100を形成するように構成することができる。図示されるように、下部可撓層104の接着基板上に弾性材料314の上層を鋳造することにより、弾性材料で構成され得る誘電体層202と下部可撓層104の弾性材料314の層との間を強固に接着することができる。したがって、弾性材料314の上層は、下部可撓層104に接合されてセンサ基板100を形成することができる。 FIG. 4 is an exemplary schematic diagram of the bonding of the upper stretchable layer 102 and the lower flexible layer 104, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. In an exemplary embodiment, after manufacturing the upper elastic layer 102 of the sensor substrate 100 and the lower flexible layer 104 of the sensor substrate 100, the manufacturing system adheres the upper elastic layer 102 to the lower flexible layer 104 to form the sensor substrate. 100 can be configured. As shown, the dielectric layer 202, which may be comprised of an elastic material, and the layer of elastic material 314 of the lower flexible layer 104 are formed by casting an upper layer of elastic material 314 onto the adhesive substrate of the lower flexible layer 104. can be firmly adhered between Accordingly, a top layer of elastic material 314 can be bonded to the lower flexible layer 104 to form the sensor substrate 100 .

図5は、本開示の例示的な一実施形態による、任意の滑らかな幾何学的形状へのセンサ基板100の接合の例示的な概略図である。図5に示すように、センサ基板100の製造後、軟質接着シート302として構成される下部は、ロボットフィンガ/ハンド502などのロボットデバイスに強固に接着されるように構成することができる。言い換えれば、いったんセンサの製造が完了すると、下面に接着性を有するセンサ基板100は、ロボットフィンガ/ハンド502などの任意の滑らかな幾何学的形状にセンサ基板100を接着するために使用される。読み出し電子機器とインターフェース接続するために、パターン銅電極312は、センサ基板100と関連付けられた回路基板に延びるトレースを含んでもよい。一構成では、トレースをはんだ付けすることで、パターン銅電極312と回路基板との間に堅牢な接続を形成して、センサ信号を伝送することができる。 FIG. 5 is an exemplary schematic diagram of bonding sensor substrate 100 to an arbitrary smooth geometry, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 5, after fabrication of the sensor substrate 100, the lower portion, configured as a soft adhesive sheet 302, can be configured to be rigidly adhered to a robotic device, such as a robotic finger/hand 502. FIG. In other words, once sensor fabrication is complete, sensor substrate 100 with an adhesive bottom surface is used to adhere sensor substrate 100 to any smooth geometric shape, such as robot finger/hand 502 . The patterned copper electrodes 312 may include traces extending to a circuit board associated with the sensor substrate 100 to interface with readout electronics. In one configuration, soldering traces can form a robust connection between the patterned copper electrodes 312 and the circuit board to transmit sensor signals.

いくつかの実施形態では、パターン銅電極312は、それぞれの電極接続トレース上のクリンプコネクタを使用して、及び/又は可撓性フラットケーブル接続部(例示的な接続は図示せず)を使用して、銅テープとインターフェース接続することができる。別の実施形態では、銅テープ及び/又は可撓フラットケーブル接続部は、回路基板上にはんだ付けされてもよい。しかしながら、様々なタイプの接続技術を利用して、パターン銅電極312を、センサ基板100と関連付けられた制御基板と動作可能にインターフェース接続することができることが理解される。 In some embodiments, the patterned copper electrodes 312 are connected using crimp connectors on each electrode connection trace and/or using flexible flat cable connections (example connections not shown). can be interfaced with copper tape. In another embodiment, copper tape and/or flexible flat cable connections may be soldered onto the circuit board. However, it is understood that various types of connection techniques can be utilized to operatively interface the patterned copper electrodes 312 with the control substrates associated with the sensor substrate 100 .

製造システムは、軟質電極-剛性回路インターフェースを必要とするインターコネクトの数を少なくとも半分、又は非対称回路の場合はそれ以上低減して、信号完全性を有意量向上させることができる。いくつかの構成では、読み出しハードウェアの感知端子が銅はんだ接続を使用して接続されると、この機能により信号対ノイズ比を更に高めることができる。フォトリソグラフィの利用により、電極パターンの一方のセットのみが他方のセットよりも複雑である必要がある非対称設計において、非常に複雑で高密度の下部電極パターンの製造が可能になる。 The manufacturing system can reduce the number of interconnects requiring a flexible electrode-rigid circuit interface by at least half, or more in the case of asymmetric circuits, improving signal integrity by a significant amount. In some configurations, this feature can further enhance the signal-to-noise ratio when the sense terminals of the readout hardware are connected using copper solder connections. The use of photolithography allows the fabrication of very complex and high density bottom electrode patterns in asymmetric designs where only one set of electrode patterns needs to be more complex than the other.

一実施形態では、電極材料(銅など)を有する伸縮導体材料を利用して、センサの半分又はそれ以上を固体電極材料領域に移動させることによって、より高い信号完全性を達成することができる。それにより、上部伸縮層102への読み出し電子機器の励起端子の接続、及び下部可撓層104のパターン銅電極312への感知端子の接続が完了する。この機能は、伸縮導体材料で作製された上部電極及び下部電極の両方を有するセンサと比較して、より良好な信号対雑音比を送達する、より高い信号完全性及び明瞭な感知信号を保証する。 In one embodiment, a stretchable conductor material with an electrode material (such as copper) can be utilized to achieve higher signal integrity by moving half or more of the sensor to the solid electrode material area. This completes the connection of the excitation terminals of the readout electronics to the upper stretchable layer 102 and the connection of the sense terminals to the patterned copper electrodes 312 of the lower flexible layer 104 . This feature ensures higher signal integrity and a clearer sensed signal delivering a better signal-to-noise ratio compared to sensors with both top and bottom electrodes made of stretchable conductor material. .

II.任意の幾何学的形状に適合する軟質センサの製造方法
図6は、本開示の例示的な一実施形態による、センサ基板100を製造し、センサ基板100をロボットデバイスに装着する方法600のプロセスフロー図である。図6は、図1~図5の構成要素を参照して説明されるが、図6の方法600は、他のシステム/構成要素と共に使用されてもよいことを理解されたい。一実施形態では、方法600は、電子メモリ内に記憶されたコンピュータ実行命令として含まれ、コンピューティングシステムのプロセッサによってアクセス及び実行されて、機械機器(例えば、機械)を動作可能に制御し、センサ基板100の上部伸縮層102及びセンサ基板100の下部可撓層104を製造し、センサ基板100を備える接合層をロボットデバイスに装着することができる。
II. Method for Fabricating Flexible Sensors that Conform to Arbitrary Geometries FIG. 6 illustrates a process flow of a method 600 for fabricating a sensor substrate 100 and mounting the sensor substrate 100 to a robotic device, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. It is a diagram. 6 is described with reference to the components of FIGS. 1-5, it should be understood that the method 600 of FIG. 6 may be used with other systems/components. In one embodiment, the method 600 is contained as computer-executable instructions stored in electronic memory and accessed and executed by a processor of a computing system to operably control a mechanical device (e.g., machine), sensor The upper stretchable layer 102 of the substrate 100 and the lower flexible layer 104 of the sensor substrate 100 can be manufactured and the bonding layer comprising the sensor substrate 100 can be attached to a robotic device.

方法600は、ブロック602から開始することができ、ブロックで、方法600は誘電体層202を鋳造することを含んでもよい。一実施形態では、製造システムは、上部伸縮層102の下部として誘電体層202を鋳造することによって、センサ基板100の上部伸縮層102を製造するように製造プロセスを開始してもよい。上述したように、誘電体層202は、弾性材料を使用して型内で鋳造することができる。構成によっては、誘電体層202は、要望に応じて機械的特性を微調整するために、柱、ピラミッド、又はドームなどの構造を有してもよい。 Method 600 may begin at block 602 , where method 600 may include casting dielectric layer 202 . In one embodiment, the manufacturing system may begin the manufacturing process to manufacture the upper stretchable layer 102 of the sensor substrate 100 by casting the dielectric layer 202 as the bottom of the upper stretchable layer 102 . As noted above, dielectric layer 202 can be cast in a mold using a resilient material. In some configurations, dielectric layer 202 may have structures such as pillars, pyramids, or domes to fine-tune mechanical properties as desired.

方法600は、ブロック604に進むことができ、ブロックで、方法600は伸縮電極パターン204を製造することを含んでもよい。一実施形態では、製造システムは、選択されたパターン形成プロセスを使用して、選択された材料で伸縮電極パターン204を製造することができる。例えば、スプレー塗布、シャドウマスク、及び/又はスクリーン印刷を利用して、伸縮電極パターン204の材料としてカーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、導電性ポリマー、及び/又は導電性粒子複合体をパターン形成することができる。 The method 600 may proceed to block 604 , where the method 600 may include fabricating the stretchable electrode pattern 204 . In one embodiment, the manufacturing system can manufacture the stretchable electrode pattern 204 with the selected material using the selected patterning process. For example, spray coating, shadow masking, and/or screen printing can be utilized to pattern carbon nanotubes, silver nanowires, conductive polymers, and/or conductive particle composites as materials for stretchable electrode patterns 204 . .

方法600は、ブロック606に進むことができ、ブロックで、方法600は、封止層206を鋳造して、上部伸縮層102の製造を完了することを含んでもよい。一実施形態では、封止層206は、上部伸縮層102の誘電体層202を鋳造するために使用されるものと同じ又は同様の弾性材料を使用して、伸縮電極パターン204上に鋳造されてもよい。したがって、図2Bに示すように、封止層206は、誘電体層202上に含まれる伸縮電極パターン204上に鋳造されて、上部伸縮層102の製造を完了することができる。 The method 600 may proceed to block 606 , where the method 600 may include casting the sealing layer 206 to complete the fabrication of the upper elastic layer 102 . In one embodiment, encapsulation layer 206 is cast over stretchable electrode pattern 204 using the same or similar elastic material used to cast dielectric layer 202 of upper stretchable layer 102 . good too. Accordingly, as shown in FIG. 2B, the encapsulation layer 206 can be cast over the stretchable electrode pattern 204 included on the dielectric layer 202 to complete the fabrication of the top stretchable layer 102 .

方法600は、ブロック608に進むことができ、ブロックで、方法600は軟質接着シート302を製造することを含んでもよい。一実施形態では、製造システムは、軟質接着シート302を下部可撓層104の下部として製造することによって、センサ基板100の下部可撓層104を製造するように製造プロセスを開始してもよい。軟質接着シート302は、様々な機械的剛性及び化学的安定性を有するように構成された両面アクリルテープシートとして構成されてもよい。 The method 600 can proceed to block 608 , where the method 600 may include manufacturing the flexible adhesive sheet 302 . In one embodiment, the manufacturing system may begin the manufacturing process to manufacture the bottom flexible layer 104 of the sensor substrate 100 by manufacturing the flexible adhesive sheet 302 as the bottom of the bottom flexible layer 104 . The flexible adhesive sheet 302 may be configured as a double-sided acrylic tape sheet configured with varying mechanical stiffness and chemical stability.

方法600は、ブロック610に進んでもよく、ブロックで、方法600は軟質接着シート302上に銅フィルム304を積層することを含んでもよい。一実施形態では、製造システムは、軟質接着シート302の上部に銅フィルム304の薄シートを積層することができる。一実施形態では、銅フィルム304は、フォトリソグラフィを使用してパターン形成することができる。これにより、センサ基板100に関連付けられた回路基板上に直接実装される表面実装抵抗器などの受動電子部品の製造が可能になり得る。この機能により、複合体のシャドウマスクパターン形成などの代替プロセスを使用して、そうしなければ製造することができない複雑な電極設計を設計する能力が可能になる。 The method 600 may proceed to block 610 , where the method 600 may include laminating a copper film 304 onto the flexible adhesive sheet 302 . In one embodiment, the manufacturing system can laminate a thin sheet of copper film 304 on top of the flexible adhesive sheet 302 . In one embodiment, the copper film 304 can be patterned using photolithography. This may allow the fabrication of passive electronic components such as surface mount resistors that are mounted directly on the circuit board associated with sensor substrate 100 . This capability allows the ability to use alternative processes such as composite shadow mask patterning to design complex electrode designs that otherwise cannot be manufactured.

方法600は、ブロック612に進むことができ、ブロックで、方法600は、銅フィルム304の上部に乾燥フィルムフォトレジスト306を積層することを含んでもよい。軟質接着シート302上に銅フィルム304を積層した後、製造システムは、熱ラミネータを利用して、銅フィルム304の上部に乾燥フィルムフォトレジスト306を積層することができる。 The method 600 may proceed to block 612 where the method 600 may include laminating a dry film photoresist 306 on top of the copper film 304 . After laminating the copper film 304 onto the flexible adhesive sheet 302 , the manufacturing system can utilize a thermal laminator to laminate a dry film photoresist 306 on top of the copper film 304 .

方法600は、ブロック614に進むことができ、ブロックで、方法600は、銅フィルム304の不所望部分をエッチングすることを含んでもよい。例示的な一実施形態では、製造システムは、乾燥フィルムフォトレジストパターン308の露光部をマスクとして利用して、軟質接着シート302上に既に積層されている銅フィルム304の銅の不所望部分をエッチングすることができる。したがって、軟質接着シート302は、軟質接着シート302上に乾燥フィルムフォトレジスト306のそれぞれの部分を残してエッチングされた銅310を含むことができる。 The method 600 may proceed to block 614 , where the method 600 may include etching unwanted portions of the copper film 304 . In one exemplary embodiment, the manufacturing system uses the exposed portions of the dry film photoresist pattern 308 as a mask to etch unwanted portions of the copper from the copper film 304 already laminated onto the flexible adhesive sheet 302 . can do. Accordingly, the flexible adhesive sheet 302 may include etched copper 310 leaving portions of the dry film photoresist 306 on the flexible adhesive sheet 302 .

方法600は、ブロック616に進むことができ、方法600は、パターン銅電極がエッチングされた銅310上にとどまることを可能にして、下部可撓層104の製造を完了させることを含んでもよい。一実施形態では、製造システムは、フォトレジストを除去して、パターン銅電極312を残してもよい。パターン銅電極312は、センサ基板100と関連付けられた回路基板に延びるトレースを含んでもよい。したがって、図3Bに示すように、下部可撓層104は、エッチングされた銅310上に含まれるパターン銅電極312を含む軟質接着シート302を有して製造することができる。下部可撓層104は、曲率半径の小さな平滑部分を有する任意の滑らかな幾何学的形状に適合するように構成されてもよく、高レベルの適合性を、好適な銅フィルム厚及び銅パターンのサイズ及び形状によって達成することができる。 The method 600 may proceed to block 616, where the method 600 may include allowing the patterned copper electrodes to remain on the etched copper 310 to complete the fabrication of the lower flexible layer 104. In one embodiment, the manufacturing system may remove the photoresist to leave patterned copper electrode 312 . Patterned copper electrodes 312 may include traces that extend to a circuit board associated with sensor substrate 100 . Thus, as shown in FIG. 3B, the lower flexible layer 104 can be manufactured with a flexible adhesive sheet 302 that includes patterned copper electrodes 312 contained on etched copper 310 . The lower flexible layer 104 may be configured to conform to any smooth geometry having smooth portions with small radii of curvature, providing a high level of conformance with a suitable copper film thickness and copper pattern. It can be achieved by size and shape.

方法600は、ブロック618に進むことができ、ブロックで、方法600は、上部伸縮層102を下部可撓層104に接合して、センサ基板100を形成することを含んでもよい。一実施形態では、センサ基板100の上部伸縮層102の製造(ブロック606)及びセンサ基板100の下部可撓層104の製造(ブロック616)後、製造システムは、上部伸縮層102を下部可撓層104に接着してセンサ基板100を形成するように構成することができる。一実施形態では、弾性材料414の上層は、上部伸縮層102の誘電体層202と下部可撓層104の弾性材料414の層との間の強い接着を可能にし得る接着コーティングを含んでもよい。したがって、上部伸縮層102は、下部可撓層104に接合されて、センサ基板100を形成することができる。 The method 600 may proceed to block 618 where the method 600 may include bonding the upper stretchable layer 102 to the lower flexible layer 104 to form the sensor substrate 100 . In one embodiment, after fabricating the upper elastic layer 102 of the sensor substrate 100 (block 606) and fabricating the lower flexible layer 104 of the sensor substrate 100 (block 616), the manufacturing system removes the upper elastic layer 102 from the lower flexible layer. 104 to form the sensor substrate 100 . In one embodiment, the upper layer of elastic material 414 may include an adhesive coating that may enable strong adhesion between the dielectric layer 202 of the upper elastic layer 102 and the layer of elastic material 414 of the lower flexible layer 104 . Accordingly, the upper stretchable layer 102 can be bonded to the lower flexible layer 104 to form the sensor substrate 100 .

方法600は、ブロック620に進むことができ、ブロックで、方法600はセンサ基板100をロボットデバイスに装着することを含んでもよい。例示的な一実施形態では、センサ製造の完了後、下面が接着性であるセンサ基板100を任意の幾何学的形状上に配置して、任意の幾何学的形状に強固に接着することができる。図5に関して上述したように、いったんセンサの製造が完了すると、下面に接着性を有するセンサ基板100は、ロボットフィンガ/ハンド502などの任意の滑らかな幾何学的形状にセンサ基板100を接着するために使用される。 The method 600 may proceed to block 620, where the method 600 may include mounting the sensor substrate 100 to the robotic device. In an exemplary embodiment, after sensor fabrication is complete, sensor substrate 100 with an adhesive underside can be placed on any geometric shape and firmly adhered to any geometric shape. . As described above with respect to FIG. 5, once sensor fabrication is complete, the sensor substrate 100 with an adhesive underside may be used to adhere the sensor substrate 100 to any smooth geometric shape, such as a robot finger/hand 502. used for

製造システムは、軟質接着シート302をセンサ基板100の基部として利用するため、ロボットフィンガ/ハンド502などの任意の滑らかな幾何学的形状への強固な接着が、ロボットデバイスが物理界と相互作用する際の層間剥離のリスクがほとんどなく達成される。更に、この機能はまた、センサ基板100上のパターン銅電極312、及び基板上に構築された上部弾性層の強固な接着を確実にする。 Because the manufacturing system utilizes the flexible adhesive sheet 302 as the base of the sensor substrate 100, strong adhesion to any smooth geometry, such as the robotic finger/hand 502, allows the robotic device to interact with the physical world. This is achieved with little risk of delamination during the process. Furthermore, this feature also ensures strong adhesion between the patterned copper electrodes 312 on the sensor substrate 100 and the upper elastic layer built on the substrate.

図7は、本開示の例示的な一実施形態による、任意の滑らかな幾何学的形状に適合する軟質センサの製造方法のプロセスフロー図である。図7は、図1~図5の構成要素を参照して説明されるが、図7の方法700は、他のシステム/構成要素と共に使用されてもよいことを理解されたい。方法700は、ブロック702で開始することができ、ブロックで、方法700は、弾性材料で作製された軟質センサの電極セットを含む上部伸縮層102を製造することを含んでもよい。 FIG. 7 is a process flow diagram of a method of manufacturing a soft sensor that conforms to arbitrary smooth geometries, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 7 is described with reference to the components of FIGS. 1-5, it should be understood that the method 700 of FIG. 7 may be used with other systems/components. The method 700 may begin at block 702, where the method 700 may include fabricating the upper stretchable layer 102 including a soft sensor electrode set made of an elastic material.

方法700は、ブロック704に進むことができ、ブロックで、方法700は、フォトリソグラフィを使用してパターン銅フィルムから成る下部可撓層104を製造することを含む。一実施形態では、下部可撓層104は、任意の滑らかな幾何学的形状と適合するように構成される。方法700は、ブロック706に進むことができ、ブロックで、方法700は、上部伸縮層102を下部可撓層104に接合して、センサ基板100を形成することを含む。一実施形態では、センサ基板100は、任意の滑らかな幾何学的形状への強固な接着を可能にする伸縮接着フィルムとして構成される。 The method 700 can proceed to block 704, where the method 700 includes fabricating the lower flexible layer 104 of a patterned copper film using photolithography. In one embodiment, lower flexible layer 104 is configured to conform to any smooth geometry. The method 700 can proceed to block 706 where the method 700 includes bonding the upper stretchable layer 102 to the lower flexible layer 104 to form the sensor substrate 100 . In one embodiment, sensor substrate 100 is configured as a stretchable adhesive film that allows strong adhesion to any smooth geometry.

以下は、本明細書で用いられる選択された用語の定義を含む。定義は、用語の範囲内に含まれかつ実施に使用され得る構成要素の様々な実施例及び/又は形態を含む。実施例は、限定することを意図するものではない。更に、当業者であれば、本明細書で考察される構成要素は、他の構成要素と組み合わされるか、省略されても、若しくは他の構成要素と編成されてもよく、又は異なるアーキテクチャに編成されてもよいことを理解するであろう。 The following includes definitions of selected terms used herein. The definitions include various examples and/or forms of components that may be included within the scope of the term and used in practice. The examples are not meant to be limiting. Further, those skilled in the art will appreciate that the components discussed herein may be combined with other components, omitted or organized with other components, or organized into different architectures. will understand that it may be

本明細書で使用される場合、「プロセッサ」は、信号を処理し、一般的なコンピューティング及び演算機能を行う。プロセッサによって処理された信号は、デジタル信号、データ信号、コンピュータ命令、プロセッサ命令、メッセージ、ビット、ビットストリーム、又は受信、送信、及び/若しくは検出され得る他の手段を含んでもよい。一般に、プロセッサは、複数の単一及びマルチコアのプロセッサ及びコプロセッサ並びに他の複数の単一及びマルチコアのプロセッサ及びコプロセッサアーキテクチャを含む、多種の様々なプロセッサであってもよい。プロセッサは、様々な機能を実行するための様々なモジュールを含んでもよい。 As used herein, a "processor" processes signals and performs general computing and arithmetic functions. Signals processed by a processor may comprise digital signals, data signals, computer instructions, processor instructions, messages, bits, bitstreams, or any other means that may be received, transmitted, and/or detected. In general, the processor may be a wide variety of different processors, including single and multi-core processors and co-processors and other single- and multi-core processor and co-processor architectures. A processor may include various modules to perform various functions.

本明細書で使用される場合、「メモリ」という用語は、揮発性メモリ及び/又は不揮発性メモリを含み得る。不揮発性メモリには、例えば、ROM(read only memory、読取り専用メモリ)、PROM(programmable read only memory、プログラマブル読取り専用メモリ)、EPROM(erasable PROM、消去可能なPROM)、及びEEPROM(electrically erasable PROM、電気的消去可能なPROM)が含まれ得る。揮発性メモリは、例えば、RAM(random access memory、ランダムアクセスメモリ)、同期RAM(synchronous RAM、SRAM)、ダイナミックRAM(dynamic RAM、DRAM)、シンクロナスDRAM(synchronous DRAM、SDRAM)、ダブルデータレートSDRAM(double data rate SDRAM、DDRSDRAM)、及びダイレクトRAMバスRAM(direct RAM bus RAM、DRRAM)を含み得る。メモリは、コンピューティングデバイスのリソースを制御する又は割り振る、オペレーティングシステムを記憶することができる。 As used herein, the term "memory" may include volatile memory and/or non-volatile memory. Non-volatile memory includes, for example, read only memory (ROM), programmable read only memory (PROM), erasable PROM (EPROM), and electrically erasable PROM (EEPROM). electrically erasable PROM). Volatile memory includes, for example, random access memory (RAM), synchronous RAM (SRAM), dynamic RAM (DRAM), synchronous DRAM (SDRAM), double data rate SDRAM. (double data rate SDRAM, DDR SDRAM), and direct RAM bus RAM (DRRAM). The memory can store an operating system that controls or allocates resources of the computing device.

本明細書で使用される場合、「ディスク」又は「ドライブ」という用語は、磁気ディスクドライブ、ソリッドステートディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、Zipドライブ、フラッシュメモリカード、及び/又はメモリスティックであってもよい。更に、ディスクは、CD-ROM(compact disk ROM、コンパクトディスクROM)、CD記録可能ドライブ(CD recordable drive、CD-Rドライブ)、CD書き換え可能ドライブ(CD rewritable drive、CD-RWドライブ)、及び/又はデジタルビデオROMドライブ(digital video ROM、DVD-ROM)であってもよい。ディスクは、コンピューティングデバイスのリソースを制御する又は割り振る、オペレーティングシステムを記憶することができる。 As used herein, the term "disk" or "drive" refers to magnetic disk drives, solid state disk drives, floppy disk drives, tape drives, Zip drives, flash memory cards, and/or memory sticks. may Further, the disc may be a compact disk ROM (CD-ROM), a CD recordable drive (CD-R drive), a CD rewritable drive (CD-RW drive), and/or Or it may be a digital video ROM drive (digital video ROM, DVD-ROM). The disk may store an operating system that controls or allocates resources of the computing device.

本明細書で使用される場合、「バス」とは、コンピュータ内部又はコンピュータ間の他のコンピュータ構成要素に操作可能に接続された、相互接続されたアーキテクチャを指す。バスは、コンピュータ構成要素間でデータを転送することができる。バスは、とりわけ、メモリバス、メモリコントローラ、周辺バス、外部バス、クロスバースイッチ、及び/又はローカルバスであってもよい。 As used herein, a "bus" refers to an interconnected architecture operably connected to other computer components within or between computers. A bus may transfer data between computer components. A bus may be a memory bus, a memory controller, a peripheral bus, an external bus, a crossbar switch, and/or a local bus, among others.

本明細書で考察される態様は、コンピュータ実行可能命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体のコンテキストにおいて、説明及び実施されてもよい。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含む。例えば、フラッシュメモリドライブ、デジタル多用途ディスク(digital versatile disc、DVD)、コンパクトディスク(compact disc、CD)、フロッピーディスク、及びテープカセットである。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、モジュール、又は他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法又は技術で実装される、揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体を含んでもよい。 Aspects discussed herein may be described and implemented in the context of non-transitory computer-readable storage media storing computer-executable instructions. Non-transitory computer-readable storage media includes computer storage media and communication media. For example, flash memory drives, digital versatile discs (DVDs), compact discs (CDs), floppy disks, and tape cassettes. Non-transitory computer-readable storage media may be volatile and non-volatile, removable and removable, implemented in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, modules, or other data. May include impossible media.

図8は、本開示の例示的な実施形態による、滑らかな幾何学的形状を有する相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800の例示的な概観である。図8の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサは、上層802及び下部層804を含み得る。一態様によれば、上層802は、例えば、上記の上部伸縮層102(例えば、カプセル化層206、伸縮性電極パターン204、及び誘電体層202のうちの1つ以上を含む)であり得、下部層804は、上記の下部可撓層104(例えば、弾性材料310の層、パターン化電極312、及び軟質接着シート302のうちの1つ以上を含む)であり得る。図4に見られるように、誘電体層202は、伸縮性電極パターン204とパターン化電極312との間、又は別様で第1の電極と第2の電極との間に位置付けられている。 FIG. 8 is an exemplary overview of a mutual and overlapping capacitance-based sensor 800 with smooth geometry, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of FIG. 8 can include a top layer 802 and a bottom layer 804 . According to one aspect, the top layer 802 can be, for example, the top stretchable layer 102 described above (eg, including one or more of the encapsulation layer 206, the stretchable electrode pattern 204, and the dielectric layer 202), The bottom layer 804 can be the bottom flexible layer 104 described above (eg, including one or more of the layer of elastic material 310, the patterned electrode 312, and the flexible adhesive sheet 302). As seen in FIG. 4, the dielectric layer 202 is positioned between the stretchable electrode pattern 204 and the patterned electrode 312, or alternatively between the first and second electrodes.

上層802は、第1の電極812を含み得る。下部層804は、第2の電極814を含み得る。図8に見られるように、第2の電極814は、第1の電極812の波長方向816に垂直に、かつ第1の電極812の振幅方向(すなわち、線a-a’)に平行に延びる線形状又は矩形形状を有する。上部伸縮層102は、上述の伸縮性電極パターン204であり得、蛇行パターンで配置又は構成され得る第1の電極812を含み得る。別の方法で説明すると、第1の電極812は、正弦波と同様に成形され得る。 Top layer 802 may include first electrode 812 . Bottom layer 804 may include a second electrode 814 . As seen in FIG. 8, the second electrodes 814 extend perpendicular to the wavelength direction 816 of the first electrodes 812 and parallel to the amplitude direction (ie, line aa') of the first electrodes 812. It has a linear or rectangular shape. The upper stretchable layer 102 can be the stretchable electrode pattern 204 described above and can include first electrodes 812 that can be arranged or configured in a serpentine pattern. Stated another way, the first electrode 812 can be shaped like a sine wave.

このようにして、第1の電極812は、電極切り替えを必要とせずに、近接感知及び圧力感知の両方を可能にするアーキテクチャを有する一方で、両方の水平軸に沿った近接の場所を提供することができる。これは、例えば、両方の材料の利点を活用する軟質伸縮性電極と銅フィルム電極との組み合わせを使用して達成され得る。適合性及び柔軟性は、映画の小道具用のフェイスマスクの製造に通常使用されるエラストマ(例えば、Ecoflex 00-30)製の誘電体層202と、高伸縮性の炭素複合体製の上部電極とによって実現することができる。下部層は、読み出しハードウェアとの堅牢な相互接続のための銅フィルム電極を含み得る。 In this way, the first electrode 812 has an architecture that allows for both proximity sensing and pressure sensing without the need for electrode switching, while providing proximity location along both horizontal axes. be able to. This can be achieved, for example, using a combination of soft stretchable electrodes and copper film electrodes that take advantage of the advantages of both materials. The conformability and flexibility are due to the dielectric layer 202 being made of an elastomer (eg Ecoflex 00-30) commonly used in the production of face masks for movie props, and the top electrode being made of a highly stretchable carbon composite. It can be realized by The bottom layer may contain copper film electrodes for robust interconnection with readout hardware.

この形状は、いずれかの感知モードの感度に対する特定用途要件に応じて更に最適化することが可能であり、これは他の形状が企図されることを意味する。例えば、上部電極の輪郭818の長さを最大化する電極設計と、上部電極と下部電極との間のオーバーラップ領域とを考慮することができる。別の例として、オーバーラップ領域及び露出領域の両方を有する電極設計を利用することができる。 This shape can be further optimized according to specific application requirements for sensitivity of either sensing mode, which means that other shapes are contemplated. For example, an electrode design that maximizes the length of the top electrode contour 818 and the overlap area between the top and bottom electrodes can be considered. As another example, an electrode design with both overlapping and exposed areas can be utilized.

第1の電極812は、第1の電極812の第1の部分822が第2の電極814と重なるように配置され得る。第1の電極812は、第1の電極812の第1の部分822が輪郭を含み得るように配置され得る。第1の電極812は、第2の電極814の第1の部分832が、第1の電極812によって覆われていない露出領域を含むように配置され得る。第2の電極814の第2の部分834は、第1の電極812によって覆われた被覆領域を含み得、第2の電極814の第1の部分832は、第1の電極812によって覆われていない露出領域を含み得る。 First electrode 812 may be positioned such that first portion 822 of first electrode 812 overlaps second electrode 814 . First electrode 812 may be arranged such that first portion 822 of first electrode 812 may include a contour. First electrode 812 may be positioned such that first portion 832 of second electrode 814 includes exposed areas not covered by first electrode 812 . A second portion 834 of the second electrode 814 may include a covered area covered by the first electrode 812 , and the first portion 832 of the second electrode 814 is covered by the first electrode 812 . may include non-exposed areas.

第2の電極814の第1の部分832は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第1のタキセルと関連付けられ得、第2の電極814の第2の部分834は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第2のタキセルと関連付けられ得る。 A first portion 832 of the second electrode 814 may be associated with a first taxel of a mutual and overlapping capacitance-based sensor, and a second portion 834 of the second electrode 814 may be associated with a mutual and overlapping capacitance-based sensor. It may be associated with a second taxel of capacitance-based sensors.

以下に詳細に説明するプロセッサは、第1の範囲内、第2の範囲内、又は第1の範囲と第2の範囲との間にある第1のタキセルからの静電容量読み取り値、及び第2のタキセルからの読み取り値に基づいて、感知モードを決定することができる。第1のタキセルは、第2のタキセルの近傍にあり得る。感知モードは、相互静電容量モード又はオーバーラップ静電容量モードであり得る。 A processor, described in detail below, reads a capacitance reading from a first taxel that is within a first range, within a second range, or between the first range and a second range; Based on readings from two taxels, the sensing mode can be determined. A first taxel can be in proximity to a second taxel. The sensing mode can be mutual capacitance mode or overlap capacitance mode.

センサは、1)近接感知のための相互静電容量、及び2)圧力感知のためのオーバーラップ静電容量である、静電容量感知技術の組み合わせを利用することができる。センサは、露出電極領域及び重なり合う電極領域の両方を有する新規の電極アーキテクチャを使用することができ、それによって、図9に示されるように、相互及びオーバーラップ静電容量モードの両方が同時に可能になる。 The sensor may utilize a combination of capacitive sensing techniques: 1) mutual capacitance for proximity sensing and 2) overlap capacitance for pressure sensing. The sensor can use a novel electrode architecture with both exposed and overlapping electrode areas, thereby allowing both mutual and overlapping capacitive modes simultaneously, as shown in FIG. Become.

図9は、本開示の例示的な実施形態による、滑らかな幾何学的形状を有する相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの断面図である。図9は、下部電極が露出している限り、電極が同一平面状(例えば、線a-a’に沿って)にない場合であっても、相互静電容量が変化することを示す。1)相互静電容量については、励起電極と感知電極との間の電場結合のほとんどが縁部において発生するため、一態様によれば、上部電極812の縁部輪郭818の長さを最大化することができ、2)オーバーラップ静電容量については、オーバーラップ領域822を最大化することができる、という2つのモード間でバランスをとるために、上部電極(例えば、第1の電極812)に対して蛇行パターンを実施することができる。 FIG. 9 is a cross-sectional view of a mutual and overlapping capacitance-based sensor with smooth geometry, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; FIG. 9 shows that as long as the bottom electrode is exposed, the mutual capacitance changes even if the electrodes are not coplanar (eg, along line aa'). 1) For mutual capacitance, according to one aspect, the length of the edge profile 818 of the top electrode 812 is maximized, since most of the electric field coupling between the excitation and sensing electrodes occurs at the edges. and 2) for overlap capacitance, the overlap area 822 can be maximized. A serpentine pattern can be implemented for the .

本明細書に記載されるセンサ又は静電容量センサは、1)電極の切り替えを必要とせずに近接と圧力の両方の感知を許容する一方で、両方の水平軸に沿った近接の場所を提供する上部電極アーキテクチャ、及び2)両方の材料の利点を活用する軟質伸縮性電極と銅フィルム電極との組み合わせである、2つの明確な利点を有する。適合性及び柔軟性は、映画の小道具用のフェイスマスクの製造に通常使用されるエラストマ製の誘電体層(例えば、202)と、高伸縮性の炭素複合体製の上部電極とによって実現される。下部層は、読み出しハードウェアとの堅牢な相互接続のための銅フィルム電極を含み得る。製造プロセスは、従来の方法を組み合わせ、用途に応じた曲面及びスケールで作業することを簡単にする。 The sensors or capacitive sensors described herein: 1) allow both proximity and pressure sensing without requiring electrode switching, while providing proximity location along both horizontal axes; and 2) the combination of a soft stretchable electrode and a copper film electrode that exploits the advantages of both materials. Conformance and flexibility are provided by an elastomeric dielectric layer (e.g., 202) commonly used in the production of face masks for movie props and a top electrode made of a highly stretchable carbon composite. . The bottom layer may contain copper film electrodes for robust interconnection with readout hardware. The manufacturing process combines traditional methods and makes it easy to work with curves and scales depending on the application.

図9に見られるように、第2の電極814の第2の部分834は、第1の電極812によって覆われた被覆領域834を含み得、第2の電極814の第1の部分832は、第1の電極812によって覆われていない露出領域832を含み得る。このようにして、相互静電容量及びオーバーラップ静電容量の読み取り値は、同じ相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサによって提供され得る。第1の電極812及び第2の電極814は、垂直方向に積み重ねられるが、被覆領域834及び露出領域832のために、ヒトの指912がセンサ800に近づくと、910で示される非共平面電極間に相互静電容量が依然として存在する。 As seen in FIG. 9, a second portion 834 of the second electrode 814 can include a covered area 834 covered by the first electrode 812, and the first portion 832 of the second electrode 814 can include: It may include exposed areas 832 that are not covered by first electrode 812 . In this way, mutual and overlap capacitance readings can be provided by the same mutual and overlap capacitance based sensor. First electrode 812 and second electrode 814 are vertically stacked, but due to covered area 834 and exposed area 832 , non-coplanar electrodes, indicated at 910 , when human finger 912 approaches sensor 800 . Mutual capacitance still exists between them.

指912が第1の電極812と接触し、下向きの力を印加すると、第1の電極812と第2の電極814との間のオーバーラップ静電容量が増加し得、それによって関連するセンサタキセルにおいて読み取り値が創出される。 When finger 912 contacts first electrode 812 and applies a downward force, the overlap capacitance between first electrode 812 and second electrode 814 may increase, thereby increasing A reading is created.

一態様によれば、図8のセンサ800は、軟質の伸縮性材料で作製され得、したがって、ロボットリンクの滑らかな湾曲面に適合可能である。センサ800はまた、製造プロセスがスケーラブルな方法を採用しているため、指先から胴体まで異なるサイズで製造することができる。このセンサの二重の相互及びオーバーラップ静電容量検出能力に基づいて、愛情のこもった物理的相互作用においてよく見られる優しい接触ジェスチャを認識することが可能にあり得る。更に、センサから取得された2D静電容量データの時空間情報は、深層ニューラルネットワークアーキテクチャを使用して適用され得る。 According to one aspect, the sensor 800 of FIG. 8 can be made of a soft, stretchable material, and thus can conform to the smoothly curved surfaces of robotic links. The sensor 800 can also be manufactured in different sizes from the fingertip to the torso due to the scalable method of manufacturing process. Based on this sensor's dual mutual and overlapping capacitive sensing capabilities, it may be possible to recognize gentle touch gestures that are common in affectionate physical interactions. Additionally, the spatio-temporal information of the 2D capacitive data obtained from the sensors can be applied using deep neural network architecture.

このセンサ800の寄与は、2倍であり得る。最初に、マルチモーダル静電容量ベースのセンサアーキテクチャは、近接及びほぼゼロの力接触、並びに大きな力を検出し得る。マルチモーダル感知は、2つの重なり合う電極間の距離(例えば、第2の電極814の第2の部分834と第1の電極812との間の距離)に依存するオーバーラップ静電容量に基づく圧力感知、及びタッチスクリーンデバイスに使用され得る相互静電容量(投影型静電容量としても知られている)に基づく近接感知である、通常は別々に使用される2つの感知モダリティを組み合わせることによって達成され得る。別の言い方をすれば、このセンサは、1)近接感知のための相互静電容量、及び2)圧力感知のためのオーバーラップ静電容量である、静電容量感知技術の組み合わせを使用する。 The contribution of this sensor 800 can be doubled. First, the multimodal capacitance-based sensor architecture can detect proximity and near-zero force contacts as well as large forces. Multimodal sensing is pressure sensing based on overlapping capacitance, which depends on the distance between two overlapping electrodes (e.g., the distance between the second portion 834 of the second electrode 814 and the first electrode 812). , and proximity sensing based on mutual capacitance (also known as projected capacitance) that can be used in touchscreen devices. obtain. Stated another way, this sensor uses a combination of capacitive sensing techniques: 1) mutual capacitance for proximity sensing and 2) overlap capacitance for pressure sensing.

相互静電容量は、2つの電極(例えば、励起及び感知)の間の静電容量であり、タッチスクリーンに使用され得る。典型的には、電極は同じ平面上に置くことができ、結果として、結合電場は励起電極から面外に突き出て、感知電極に戻る。ヒトの指がセンサに近づくにつれて、電場は指と結合し、容量性電極の間の結合Csは減少する。静電容量の減少の大きさは、指がセンサ表面に近づくにつれて大きくなる。相互静電容量センサが機能するために、励起電極及び感知電極の両方が露光されて、電場が外向きに突出し、指と結合することを可能にする。 Mutual capacitance is the capacitance between two electrodes (eg, excitation and sensing) and can be used in touch screens. Typically, the electrodes can be placed in the same plane so that the coupling electric field projects out-of-plane from the excitation electrode and back to the sensing electrode. As a human finger approaches the sensor, the electric field couples with the finger and the coupling Cs between the capacitive electrodes decreases. The magnitude of the capacitance decrease increases as the finger approaches the sensor surface. For a mutual-capacitance sensor to work, both the excitation and sensing electrodes are exposed to allow the electric field to project outward and couple with the finger.

オーバーラップ静電容量とは、重なり合う2つの電極間の距離に反比例する容量C=eA/dのことで、ここで、eは誘電率、Aはオーバーラップ面積、dは電極間距離である。通常の力を印加すると、dの減少により、静電容量Cの増加が生じる。 Overlap capacitance is the capacitance C s =eA/d that is inversely proportional to the distance between two overlapping electrodes, where e is the dielectric constant, A is the overlap area, and d is the distance between the electrodes. . When a normal force is applied, a decrease in d results in an increase in capacitance Cs .

相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800は、図8及び図9に示されるように露出電極領域及び重なり合う電極領域の両方を有する新規の電極アーキテクチャを利用してもよく、したがって、相互及びオーバーラップ容量感知モードの両方が同時に発生することを可能にする。図9は、下部電極が露出している限り、電極812、814が同一平面上にない場合であっても、相互静電容量が変化することを示している。上部電極の蛇行パターンの選択により、1)相互静電容量については、励起電極と感知電極との間の電場結合のほとんどが縁部において発生するため、上部電極の縁部輪郭818の長さを最大化することができ、2)オーバーラップ静電容量については、オーバーラップ領域822を最大化することができる、という2つのモード間でバランスをとることができる。しかしながら、この形状は、いずれかの感知モードの感度に対する特定用途要件に従って更に最適化され得る。 Mutual and overlapping capacitance-based sensor 800 may utilize a novel electrode architecture having both exposed and overlapping electrode areas as shown in FIGS. Allowing both wrap capacitive sensing modes to occur simultaneously. FIG. 9 shows that the mutual capacitance changes even if the electrodes 812, 814 are not coplanar as long as the bottom electrode is exposed. The choice of the serpentine pattern of the top electrode results in: 1) For mutual capacitance, most of the electric field coupling between the excitation and sensing electrodes occurs at the edges, so that the length of the edge profile 818 of the top electrode is 2) for overlap capacitance, the overlap area 822 can be maximized. However, this shape can be further optimized according to specific application requirements for sensitivity of either sensing mode.

図10は、本開示の例示的な実施形態による、滑らかな幾何学的形状を有する例示的な相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの図である。ロボットと人体との間の近接、ほぼゼロの力(NZF)接触、及び圧力を測定し得る物理的人間-ロボット相互作用(pHRI)用途の静電容量ベースのセンサアレイアーキテクチャは、例えば、アレイアーキテクチャに従って図8のセンサを複製することによって提供され得る。 FIG. 10 is a diagram of an exemplary mutual and overlapping capacitance-based sensor with smooth geometry, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; Capacitance-based sensor array architectures for physical human-robot interaction (pHRI) applications that can measure proximity, near-zero force (NZF) contact, and pressure between a robot and a human body are, for example, array architectures can be provided by duplicating the sensor of FIG.

一態様によれば、下部層は剛性ロボット本体部分に取り付けることができるため、適合性は必要だが伸縮性は必要ないことを利用し、上部電極に炭素複合材を使用する一方で、下部電極に薄い銅膜を使用することができる。更に、銅電極は、銅が励起端子よりも信号品質にとってより重要であり得るため、読み出し回路のセンス端子に接続され得る。センサは、伸縮性炭素複合体で作製された上部電極のための圧着コネクタを利用することができる。 According to one aspect, the lower layer can be attached to a rigid robot body portion, so that conformability but not stretchability is taken advantage of, using a carbon composite for the upper electrode, while the lower electrode A thin copper film can be used. Additionally, the copper electrode may be connected to the sense terminal of the readout circuit, as copper may be more critical to signal quality than the excitation terminal. The sensor can utilize a crimp connector for the top electrode made of stretchable carbon composite.

一態様によれば、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800は、誘電体層202によって分離された、互いに垂直に延びるストリップ形状の電極814の上層及び下部層を含み得る。一対の上部電極及び下部電極の各交差は、静電容量測定を提供し得、「タキセル」として考慮又はグループ化され得る。1つの実装形態は、20cm×15cmの領域にわたって160個のタキセルを有することができるが、製造プロセスは、スケーラブルであり得、したがって、小さい(例えば、指先)及び大きな(例えば、四肢及び胴体)領域の両方に設置するのに好適であり得る。相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800は、センサを伸縮可能及び適合可能にするために、上部電極に伸縮性炭素複合体、及び誘電体層にエラストマを使用することができ、一方で読み出しハードウェアへの堅牢な相互接続のために下部電極に銅の薄膜を使用し、したがってより良好な信号完全性を使用することができる。 According to one aspect, the mutual and overlapping capacitance-based sensor 800 can include upper and lower layers of vertically extending strip-shaped electrodes 814 separated by a dielectric layer 202 . Each intersection of a pair of upper and lower electrodes may provide a capacitance measurement and may be considered or grouped as a "taxel." One implementation can have 160 taxels over an area of 20 cm x 15 cm, but the manufacturing process can be scalable, so small (e.g. fingertips) and large (e.g. limbs and torso) areas may be suitable for installation in both Mutual and overlapping capacitance-based sensors 800 can use stretchable carbon composites for the top electrode and elastomers for the dielectric layer to make the sensor stretchable and conformable, while the readout A thin copper film can be used for the bottom electrode for robust interconnection to the hardware and thus better signal integrity.

相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの製造は、I)銅フィルム電極のパターン化、II)軟性上部電極及び誘電体の製造、及びIII)上部及び下部セグメントの接着を含み得る。このプロセスは、高度にスケーラブルであり得る。また、(本体全体用の)大面積センサは、大きな基板上に積層され得る乾式フィルムフォトレジストを利用することによって、(指先用の)小面積センサと同様に容易に製造され得る。 Fabrication of mutual and overlapping capacitance-based sensors can include I) patterning of copper film electrodes, II) fabrication of flexible top electrode and dielectric, and III) bonding of top and bottom segments. This process can be highly scalable. Also, a large area sensor (for the entire body) can be manufactured as easily as a small area sensor (for the fingertip) by utilizing dry film photoresist that can be laminated onto a large substrate.

ステップIにおいて、一態様によれば、厚さ100μmの銅フィルムは、厚さ170μmの伸縮性接着シート3M-9495LE上に積層され得る。次いで、ラミネータ(例えば、Akiles Pro-Lam)を使用して、10mm/秒の速度設定において110℃の温度で乾式フィルムフォトレジストを熱積層することができる。次いで、UVランプ(365nm)を使用して、フォトレジストを、60秒間シャドウマスクを通して露光することができる。次いで、露光されたフォトレジストを、1%(wt/wt)NaHCO3の現像液溶液を使用して現像することができる。露光されると、塩化第二鉄溶液(例えば、MG Chemicals)を使用して、銅フィルムをエッチングすることができる。最後に、1%(wt/wt)のNaOH溶液を使用して、フォトレジストをストリッピングすることができる。銅電極は、後で読み出しシステムに直接はんだ付けすることができる拡張部品を有する。 In step I, according to one aspect, a 100 μm thick copper film can be laminated onto a 170 μm thick elastic adhesive sheet 3M-9495LE. A laminator (eg, Akiles Pro-Lam) can then be used to heat laminate the dry film photoresist at a temperature of 110° C. at a speed setting of 10 mm/sec. A UV lamp (365 nm) can then be used to expose the photoresist through a shadow mask for 60 seconds. The exposed photoresist can then be developed using a developer solution of 1% (wt/wt) NaHCO3. Once exposed, a ferric chloride solution (eg, MG Chemicals) can be used to etch the copper film. Finally, a 1% (wt/wt) NaOH solution can be used to strip the photoresist. The copper electrodes have extensions that can later be soldered directly to the readout system.

ステップIIは、逆角錐パターンを有する型内で軟質エラストマ(例えば、Ecoflex 00-30)を使用して、誘電体層を成形することを含み得る。角錐は、1.5mm×1.5mmの正方形の基部、1.5mmの高さ、及び10度の抜き勾配を有し得る。角錐のピッチは、縁部から縁部まで1mmであってもよい。この誘電アーキテクチャは、固体誘電体とは対照的に、通常の力に対するより高い感度を提供し、特定用途弾性率を得るために更に調整され得る。EcoflexのパートA及びパートBは、等量で混合し、金型に注ぐことができる。次いで、全ての空気が除去され得るまで、未硬化エラストマを真空チャンバ内で脱気することができる。次いで、エラストマを60℃で20分間硬化させることができる。エラストマを室温で4時間硬化させることも可能であり得る。硬化されると、伸縮性炭素複合体は、シャドウマスクを使用して誘電体の表面の上でパターン化されて、上部電極を形成し得る。シャドウマスクは、レーザカッタ(例えば、Dremel LC40)を使用して切り取ることができる。炭素複合体は、100mgのカーボンナノ繊維(例えば、Sigma-Aldrich 719781)、300mgのカーボンブラック(例えば、Alfa Aesar-H30253)、並びに2gmのEcoflex 00-30パートA及び2gmのパートBを混合することによって形成することができる。Thinky社製の遊星型遠心分離機(例えば、ARE 310)を使用して、2000rpmで5分間、複合体を混合することができる。その後、炭素複合体パターンを60℃で20分間硬化させることができる。電極トレースの端子は、標準的な圧着コネクタを使用して包んで、銅の電極トレースと同様に読み出し回路にはんだ付けすることができる。最後に、同じエラストマのカプセル化層を、露出した炭素複合電極の上に形成することができる。 Step II may involve molding the dielectric layer using a soft elastomer (eg, Ecoflex 00-30) in a mold having an inverted pyramid pattern. The pyramid may have a square base of 1.5 mm by 1.5 mm, a height of 1.5 mm, and a draft angle of 10 degrees. The pitch of the pyramids may be 1 mm from edge to edge. This dielectric architecture, in contrast to solid dielectrics, provides greater sensitivity to normal forces and can be further tuned for specific application elastic moduli. Ecoflex Part A and Part B can be mixed in equal amounts and poured into a mold. The uncured elastomer can then be degassed in a vacuum chamber until all air can be removed. The elastomer can then be cured at 60°C for 20 minutes. It may be possible to cure the elastomer at room temperature for 4 hours. Once cured, the stretchable carbon composite can be patterned over the surface of the dielectric using a shadow mask to form the top electrode. The shadow mask can be cut using a laser cutter (eg Dremel LC40). The carbon composite is a mixture of 100 mg carbon nanofibers (e.g. Sigma-Aldrich 719781), 300 mg carbon black (e.g. Alfa Aesar-H30253), and 2 gm Ecoflex 00-30 Part A and 2 gm Part B. can be formed by The complex can be mixed using a Thinky planetary centrifuge (eg, ARE 310) at 2000 rpm for 5 minutes. The carbon composite pattern can then be cured at 60° C. for 20 minutes. The terminals of the electrode traces can be wrapped using standard crimp connectors and soldered to the readout circuitry in the same manner as the copper electrode traces. Finally, an encapsulating layer of the same elastomer can be formed over the exposed carbon composite electrode.

ステップIIIは、銅フィルム電極上に未硬化Ecoflex 00-30混合物の薄層を適用し、上部セグメントをその上に置くことを含み得る。次いで、このアセンブリを60℃で20分間硬化させて、上部セグメントと底部セグメントとの間の強い接着を確保することができる。センサが構築され得る接着基板3M-9495LEは、図10に示されるように、滑らかな湾曲面に付着する。 Step III may involve applying a thin layer of uncured Ecoflex 00-30 mixture onto the copper film electrode and placing the top segment thereon. The assembly can then be cured at 60° C. for 20 minutes to ensure strong adhesion between the top and bottom segments. The adhesive substrate 3M-9495LE on which the sensor can be constructed adheres to a smooth curved surface as shown in FIG.

このセンサアーキテクチャの1つの問題は、図11に示されるように、近接圧力と小さい圧力との間の不明確さであり得る。人間の指がセンサに近いか、又はほとんど接触しない場合(例えば、NZF接触)、相互静電容量は、ベースライン値と比較して減少する。指の圧力が増加するにつれて、オーバーラップ静電容量の増加により、測定された静電容量が増加し、最終的にベースラインを超える。したがって、測定された静電容量がベースラインを下回ると、単一のタキセルの静電容量値のみを使用して、近接圧力及び小さな圧力を区別することが困難になり得る。しかしながら、この不明確さは、近接効果によって刺激される近傍にあるタキセルからの情報を使用して解決することができる。 One problem with this sensor architecture can be the ambiguity between close pressure and small pressure, as shown in FIG. When a human finger is near or barely touching the sensor (eg, NZF contact), the mutual capacitance decreases compared to the baseline value. As finger pressure increases, the measured capacitance increases and eventually exceeds the baseline due to the increase in overlap capacitance. Therefore, when the measured capacitance falls below the baseline, it can be difficult to distinguish between close and small pressures using only a single taxel capacitance value. However, this ambiguity can be resolved using information from nearby taxels stimulated by the proximity effect.

これに関して、近接、NZF接触、及び大きな圧力を伴う接触ジェスチャの認識は、図12のシステム1200を使用して、ベースライン(例えば、相互作用無し)に加えて、非接触ジェスチャ(例えば、ホバー及びエアストローク)、NZF(例えば、軽いタッチ、くすぐり)、及び圧力ベース(例えば、ハードストローク及びマッサージ)ジェスチャを含むクラスジェスチャ認識問題において、センサからの時系列静電容量データに、3D畳み込みニューラルネットワーク(3D Convolutional Neural Network、3DCNN)及び畳み込みロングショートタームメモリ(Convolutional Long-Short Term Memory、ConvLSTM)などの、深層ニューラルネットワーク(deep neural network、DNN)アーキテクチャを適用することによって実現することができる。2つのモデル間の1つの実験によれば、3DCNNは、トレーニングデータセットとは別に得られた試験データセットを有するConvLSTMよりも高い精度を示した。 In this regard, the recognition of contact gestures with proximity, NZF touch, and large pressure can be recognized using the system 1200 of FIG. In class gesture recognition problems, including air strokes), NZF (e.g. light touch, tickling), and pressure-based (e.g. hard strokes and massage) gestures, time-series capacitive data from sensors are fed with 3D convolutional neural networks ( It can be realized by applying deep neural network (DNN) architectures such as 3D Convolutional Neural Network (3DCNN) and Convolutional Long-Short Term Memory (ConvLSTM). One experiment between the two models showed that 3DCNN showed higher accuracy than ConvLSTM with the test dataset obtained separately from the training dataset.

図11は、本開示の例示的な実施形態による、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサに関連付けられた動作図である。上述のように、タキセルの静電容量がベースラインを下回る場合、近接と軽いタッチとの間に不明確さが存在し得る。この場合も、この不明確さは、全ての近傍にあるタキセルからの時間依存2D静電容量データにパターン認識技術を適用することによって解決することができる。 FIG. 11 is an operational diagram associated with mutual and overlapping capacitance-based sensors, according to an exemplary embodiment of the present disclosure; As noted above, there may be ambiguity between proximity and light touch when the taxel capacitance is below the baseline. Again, this ambiguity can be resolved by applying pattern recognition techniques to the time-dependent 2D capacitance data from all nearby taxels.

例えば、3×3のタキセル格子の真ん中のタキセルに指が接近して小さい圧力と中間圧力を印加した場合の、3×3タキセルのアレイの応答を参照する。接近する間、中間タキセルの静電容量は減少し、一方、近傍にあるタキセルは、距離がより大きいために、より小さな減少を経験する。指が中間タキセルに触れると、近傍にあるタキセルは依然として減少した静電容量を示し続ける。指が小さい圧力を印加したときのこの時点から、誘電体の厚みが減少し、近傍にあるタキセルの静電容量が更に減少するため、中間タキセルの静電容量が増加し始める。これは、中間タキセルの静電容量がベースライン値に戻る点まで継続する。したがって、近傍にあるタキセルから情報を使用して、図12のシステムは、同一のセンサアレイで近接と小さい圧力とを区別することができる。このようにして、図12のプロセッサ及びモード決定器は、ユーザからの異なるタイプのタッチ又はジェスチャを区別することができる。空間時間データを使用して同様の認識問題に使用された2つのDNNアーキテクチャは、ConvLSTM及び3DCNNを含み得る。しかしながら、隠れマルコフモデル(Hidden-Markov Model、HMM)などの古典的なものを含む他のモデルを利用することもできる。 See, for example, the response of an array of 3x3 taxels when a finger approaches the middle taxel of a 3x3 taxel grid and applies small and medium pressures. During proximity, the capacitance of the intermediate taxel decreases, while the taxel in the vicinity experiences a smaller decrease due to the greater distance. When a finger touches an intermediate taxel, neighboring taxels still continue to exhibit reduced capacitance. From this point, when the finger applies a small pressure, the capacitance of the intermediate taxel begins to increase as the thickness of the dielectric decreases further reducing the capacitance of neighboring taxels. This continues until the point where the intermediate taxel capacitance returns to baseline values. Thus, using information from taxels in the vicinity, the system of FIG. 12 can distinguish between proximity and small pressures with the same sensor array. In this manner, the processor and mode determiner of FIG. 12 can distinguish between different types of touches or gestures from the user. Two DNN architectures that have been used for similar recognition problems using spatiotemporal data can include ConvLSTM and 3DCNN. However, other models, including classical ones such as the Hidden-Markov Model (HMM), can also be used.

図12は、本開示の例示的な実施形態による、相互及びオーバーラップ静電容量ベースの感知のための例示的なシステム1200の構成要素図である。相互及びオーバーラップ静電容量ベースの感知のためのシステム1200は、図8の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800を含み得、これは、第1の電極812、第2の電極814、及び誘電体層202を含み得る。第1の電極812は、蛇行パターンで構成された、又は正弦波として成形された伸縮性電極パターン204であり得る。相互及びオーバーラップ静電容量ベースの感知のためのシステム1200は、プロセッサ1220、メモリ1222、及びモード決定器1230を含み得る。 FIG. 12 is a component diagram of an exemplary system 1200 for mutual and overlapping capacitance-based sensing, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. A system 1200 for mutual and overlapping capacitance-based sensing may include the mutual and overlapping capacitance-based sensor 800 of FIG. and dielectric layer 202 . The first electrode 812 can be the stretchable electrode pattern 204 configured in a serpentine pattern or shaped as a sinusoidal wave. System 1200 for mutual and overlapping capacitance-based sensing may include processor 1220 , memory 1222 , and mode determiner 1230 .

モード決定器1230は、プロセッサ1220及びメモリ1222を介して実装され得、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの感知モードを決定することができる。モード決定器1230は、例えば、相互静電容量モード又はオーバーラップ静電容量モードであるように感知モードを決定することができる。一態様によれば、モード決定器1230は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800の第1のタキセルからの静電容量読み取り値、及び/又は相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800の第2のタキセルからの静電容量読み取り値に基づいて、感知モードを決定し得る。 A mode determiner 1230 can be implemented via the processor 1220 and memory 1222 to determine the sensing mode of mutual and overlapping capacitance-based sensors. Mode determiner 1230 can determine the sensing mode to be mutual capacitance mode or overlap capacitance mode, for example. According to one aspect, the mode determiner 1230 determines the capacitance reading from the first taxel of the mutual and overlap capacitance based sensor 800 and/or the mutual and overlap capacitance based sensor 800 The sensing mode can be determined based on the capacitance reading from the second taxel of .

第1のタキセルからの静電容量読み取り値が第1の範囲内にあるとき、モード決定器1230は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800の動作モードをオーバーラップ静電容量モードに設定することができる。第1のタキセルからの静電容量読み取り値が第2の範囲内にあるとき、モード決定器1230は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ800の動作モードを相互静電容量モードに設定することができる。第1のタキセルからの静電容量読み取り値が第1の範囲と第2の範囲との間にあるとき、モード決定器1230は、動作モードを設定する前に、第2の近傍にあるタキセルからの静電容量読み取り値を考察することができる。 When the capacitance reading from the first taxel is within the first range, mode determiner 1230 sets the mode of operation of mutual and overlap capacitance-based sensor 800 to overlap capacitance mode. can do. When the capacitance reading from the first taxel is within the second range, mode determiner 1230 sets the mode of operation of mutual and overlap capacitance-based sensor 800 to mutual capacitance mode. be able to. When the capacitance reading from the first taxel is between the first range and the second range, mode determiner 1230 determines the capacitance reading from the second nearby taxel before setting the operating mode. can be considered.

具体的には、指の接近中に、第1のタキセルの静電容量が減少し、一方で、近傍にあるタキセルは第1のタキセルよりも減少が小さく、したがって、モード決定器1230は、第1の範囲と第2の範囲との間にある第1のタキセルからの静電容量の読み取り値に基づき、かつその後の読み取り値間で第1のタキセルよりも減少が小さい近傍にあるタキセルに基づいて、動作モードを相互静電容量モードとして設定することができる。 Specifically, during finger proximity, the capacitance of the first taxel decreases, while the nearby taxel decreases less than the first taxel, so the mode determiner 1230 Based on capacitance readings from a first taxel that are between one range and a second range, and based on nearby taxels that decrease less than the first taxel between subsequent readings. , the operating mode can be set as mutual capacitance mode.

更に、指が小さい圧力(例えば、NZF)を印加すると、第1のタキセルの静電容量は増加し、一方で、近隣のタキセルは減少となり、したがって、モード決定器1230は、第1の範囲と第2の範囲との間にある第1のタキセルからの静電容量の読み取り値に基づいて、かつ近隣のタキセルからの読み取り値が減少している一方で、増加している第1のタキセルからの読み取り値に基づいて、動作モードをオーバーラップ静電容量モードとするように設定することができる。 Furthermore, when the finger applies a small pressure (e.g., NZF), the capacitance of the first taxel increases while neighboring taxels decrease, thus mode determiner 1230 determines the first range and based on capacitance readings from a first taxel that are between the second range and from a first taxel that is increasing while readings from neighboring taxels are decreasing , the operating mode can be set to overlap capacitance mode.

一態様によれば、16×10=160個のタキセルにおける静電容量測定値は、115200のボーレートを有するシリアルポートを通して8Hzの速度で記録され得るが、任意の数の総タキセル及び異なるリフレッシュレートが実装され得る。各タキセルにおけるベースライン静電容量の大きさは、シーケンスの開始時に記録され、その後の測定値から差し引かれて、効果的に読み取り値を「ゼロにする」ことができる。 According to one aspect, capacitance measurements at 16×10=160 taxels can be recorded at a rate of 8 Hz through a serial port with a baud rate of 115200, but any number of total taxels and different refresh rates can be can be implemented. The baseline capacitance magnitude at each taxel can be recorded at the beginning of the sequence and subtracted from subsequent measurements, effectively "zeroing" the reading.

ジェスチャを数秒の間隔を空けて30~40回繰り返しつつ、単一のシーケンスを連続的に記録することで、各ジェスチャのトレーニングシーケンスを得ることができる。全160個のタキセルからのデータは、くすぐりのジェスチャのトレーニングシーケンス中に記録することができる。試験データセットは、別の日に同じ人が少ない繰り返しでジェスチャを行い、同様の手順で別々に取得することも可能である。 A training sequence for each gesture can be obtained by continuously recording a single sequence, repeating the gesture 30-40 times with an interval of several seconds. Data from all 160 taxels can be recorded during the tickling gesture training sequence. The test data sets can also be obtained separately by the same person performing the gesture with fewer repetitions on different days and using similar procedures.

訓練データセットを生成するために、各シーケンスは、まず、ジェスチャが実行され得るアクティブセクションと、相互作用がない可能性があるベースラインセクションに分割することができる。ノイズレベルを考慮すると、少なくとも1つのタキセルのベースライン値との差が閾値以上であり得る場合、フレームはアクティブとしてマークされ得る。トレーニングデータセットは、相互作用を早期に検出するために、先行するベースラインセクションからパディングの追加pのフレームを有する幅wのスライドウィンドウを使用して、アクティブセクションをスキャンすることによって生成することができる。w-pよりも短いアクティブセクションは、廃棄され得る。 To generate the training data set, each sequence can first be split into active sections, where gestures can be performed, and baseline sections, where there can be no interactions. Given the noise level, a frame may be marked as active if the difference from the baseline value of at least one taxel can be greater than or equal to the threshold. The training data set can be generated by scanning the active section using a sliding window of width w with additional p frames of padding from the preceding baseline section for early detection of interactions. can. Active sections shorter than wp may be discarded.

2つのDNNアーキテクチャ、3DCNN及びConvLSTMを試験したが、他のアーキテクチャを実装することができる。これらのモデルは、センサが取得する触覚データと同様のRGBDデータの時空間情報のモデリングに使用されているため、選択された。トレーニングの停止条件は、ai+1<aI+0.1であってもよく、aI(%)はi番目のエポック後のトレーニング精度であってもよい。 Two DNN architectures have been tested, 3DCNN and ConvLSTM, but other architectures can be implemented. These models were chosen because they have been used to model spatio-temporal information in RGBD data similar to sensor-acquired haptic data. The training stop condition may be ai+1<aI+0.1, and aI(%) may be the training accuracy after the i-th epoch.

3D CNN
カーネルサイズ3×3×3の2層の3D CNNの後に、整流線形ユニット(rectified linear unit、ReLU)活性化関数を持つ4つの完全接続緻密層が続き、その出力がソフトマックス関数を経て、ベースライン(相互作用無し)の場合に加えて、6つのジェスチャを認識することが可能である。3DのCNN層は、完全に接続することができ、各層は、サイズ16×10×wのテンソルで30セットのCNN演算を実行し、サイズ16×10×w×30の出力テンソルをもたらす。緻密層のサイズは、過剰適合を防止しつつ、高精度を実現するように決定され得る。
3D CNN
A two-layer 3D CNN with a kernel size of 3 × 3 × 3 is followed by four fully connected dense layers with rectified linear unit (ReLU) activation functions, whose outputs undergo a softmax function to obtain the base In addition to the line (no interaction) case, it is possible to recognize 6 gestures. The 3D CNN layers can be fully connected, each layer performing 30 sets of CNN operations on a tensor of size 16×10×w, resulting in an output tensor of size 16×10×w×30. The dense layer size can be determined to achieve high accuracy while preventing overfitting.

時系列データを伴う予測問題の一般的な選択は、ロングショートタームメモリ(Long-Short Term Memory、LSTM)などのリカレントニューラルネットワーク(recurrent neural network、RNN)である。LSTMユニットは、時刻tの計測値Xt、及び前のユニットの出力ht-1を入力とし、出力htを計算することができる。減少する勾配の問題を回避し、長期的な依存関係を保持するために、LSTMは、状態メモリを用いて、ユニットの重要度を設定するゲートの集合を使用する。 A common choice for forecasting problems involving time series data is a recurrent neural network (RNN) such as Long-Short Term Memory (LSTM). The LSTM unit can take as input the measured value Xt at time t and the output ht−1 of the previous unit and compute the output ht. To avoid the problem of diminishing gradients and preserve long-term dependencies, LSTMs use a set of gates that set unit importance using state memory.

ConvLSTM
センサは、ジェスチャ認識のためのDNNアーキテクチャの一部として、ConvLSTMと呼ばれるLSTMの変形を使用することができる。ConvLSTMでは、入力-状態遷移及び状態-状態遷移の両方を、2D畳み込み演算によって置き換えることができる。アーキテクチャの残りは、標準LSTMの「ピープホール接続」の変形をベースにしてもよい。空間的及び時間的情報は、それぞれ2D畳み込み及びLSTMアーキテクチャによって保持され得る。
ConvLSTM
The sensor can use a variant of LSTM called ConvLSTM as part of the DNN architecture for gesture recognition. In ConvLSTM, both input-state transitions and state-state transitions can be replaced by 2D convolution operations. The rest of the architecture may be based on a "peephole connection" variant of the standard LSTM. Spatial and temporal information can be preserved by 2D convolution and LSTM architectures, respectively.

一態様によれば、各フレームは30セットの2D畳み込み演算を経て、LSTMユニットに供給される。したがって、LSTMユニットの入力及び出力は、16×10×30のサイズを有する。センサは、LSTMの2つの層、続いて3D CNNモデルと同じサイズ及び活性化機能の完全接続緻密層を使用することができる。しかしながら、この場合、2Dアレイが空間関係及び時間関係の両方を保持することが期待され得るため、3DCNNの場合と同様に、3Dアレイとは対照的に、最後のLSTMユニットの出力のみを緻密層ネットワークに供給することができる。結果として、ConvLSTMは、緻密ネットワークで学習するために必要なパラメータが非常に少なくなる。 According to one aspect, each frame undergoes 30 sets of 2D convolution operations before being fed to the LSTM unit. Therefore, the input and output of the LSTM unit have a size of 16x10x30. The sensor can use two layers of LSTM followed by a fully connected dense layer of the same size and activation function as the 3D CNN model. However, in this case, the 2D array can be expected to preserve both spatial and temporal relationships, so, as in the 3DCNN, only the output of the last LSTM unit is included in the dense layer, as opposed to the 3D array. network can be supplied. As a result, ConvLSTM requires very few parameters to train on dense networks.

図13は、本開示の例示的な実施形態による、相互及びオーバーラップ静電容量ベースの感知のための例示的な方法1300のフロー図である。一態様によれば、相互及びオーバーラップ静電容量ベースの感知のための方法1300は、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第1のタキセルからの静電容量読み取り値を受信すること1302と、静電容量読み取り値が第1の範囲1304a内、第2の範囲1304b内、又は第1の範囲と第2の範囲との間1304cにあるかどうかを決定することと、第1の範囲内にある静電容量読み取り値に基づいて、動作モードを相互静電容量モードに設定すること1306と、第2の範囲内にある静電容量読み取り値に基づいて、動作モードをオーバーラップ静電容量モードに設定すること1308と、静電容量読み取り値が第1の範囲と第2の範囲との間にある場合に、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第2の近傍にあるタキセルからの静電容量読み取り値を受信すること1310と、第2の近傍にあるタキセルからの静電容量読み取り値が、その後の読み取り値間で第1のタキセルからの静電容量読み取り値未満に低下しているかどうかを決定すること1312と、第1の範囲と第2の範囲との間にある第1のタキセルからの静電容量読み取り値、及びその後の読み取り値間で低下している第2の近傍にあるタキセルからの静電容量読み取り値に基づいて、動作モードを相互静電容量モードに設定すること1314と、第1の範囲と第2の範囲との間にあり、第2の近傍にあるタキセルからの静電容量読み取り値がその後の読み取り値の間に減少している一方で上昇している第1のタキセルの静電容量読み取り値に基づいて、動作モードをオーバーラップ静電容量モードに設定すること1316と、を含み得る。 FIG. 13 is a flow diagram of an exemplary method 1300 for mutual and overlapping capacitance-based sensing, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. According to one aspect, a method 1300 for mutual and overlap capacitance-based sensing includes receiving 1302 a capacitance reading from a first taxel of a mutual and overlap capacitance-based sensor. and determining whether the capacitance reading is within the first range 1304a, within the second range 1304b, or between the first range and the second range 1304c; setting 1306 the operating mode to mutual capacitance mode based on the capacitance readings within the second range and setting the operating mode to overlap capacitance based on the capacitance readings within the second range. setting 1308 to capacitive mode and taxel in a second vicinity of mutual and overlapping capacitive-based sensors when the capacitive reading is between the first range and the second range; receiving 1310 a capacitance reading from a second nearby taxel, and the capacitance reading from a second nearby taxel falling below the capacitance reading from the first taxel between subsequent readings. and determining 1312 whether the capacitance reading from the first taxel is between the first range and the second range, and the second setting 1314 the mode of operation to mutual capacitance mode based on capacitance readings from taxels in the vicinity of and between the first range and the second range and in the second vicinity of based on the capacitance reading of the first taxel rising while the capacitance reading from the taxel at the first taxel decreases during subsequent readings, the mode of operation is changed to overlap capacitance setting 1316 to mode.

更に別の態様は、本明細書に提示される技術の一態様を実施するように構成されたプロセッサ実行可能命令を含む、コンピュータ可読媒体を含む。これらの方法で考案されたコンピュータ可読媒体又はコンピュータ可読デバイスの態様が図14に示されており、実装形態1400は、例えば、CD-R、DVD-R、フラッシュドライブ、ハードディスクドライブのプラッタなどのコンピュータ可読媒体1408を含み、その上にコンピュータ可読データ1406が符号化されている。次に、1406に示されるような複数の0及び1を含むバイナリデータなどのこの符号化されたコンピュータ可読データ1406は、本明細書に記載の原理のうちの1つ以上に従って動作するように構成されている、一セットのプロセッサ実行可能コンピュータ命令1404を含む。この実装形態1400では、プロセッサ実行可能コンピュータ命令1404は、図13の方法1300などの方法1402を実行するように構成され得る。別の態様では、プロセッサ実行可能コンピュータ命令1404は、図12のシステム1200などのシステムを実装するように構成され得る。本明細書に提示される技術に従って動作するように構成されている、多くのそのようなコンピュータ可読媒体は、当業者によって考案され得る。 Yet another aspect includes a computer-readable medium containing processor-executable instructions configured to implement an aspect of the technology presented herein. Aspects of a computer-readable medium or computer-readable device devised in these ways are shown in FIG. It includes a readable medium 1408 having computer readable data 1406 encoded thereon. This encoded computer readable data 1406, such as binary data containing multiple 0's and 1's as shown at 1406, is then configured to operate according to one or more of the principles described herein. It includes a set of processor-executable computer instructions 1404 as described. In this implementation 1400, processor-executable computer instructions 1404 may be configured to perform method 1402, such as method 1300 in FIG. In another aspect, processor-executable computer instructions 1404 may be configured to implement a system such as system 1200 in FIG. Many such computer-readable media configured to operate in accordance with the techniques presented herein can be devised by those skilled in the art.

本出願で使用するとき、「構成要素」、「モジュール」、「システム」、「インターフェース」などという用語は、一般に、コンピュータ関連のエンティティ、ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせ、ソフトウェアのいずれか、又は実行中のソフトウェアを指すことを意図している。例えば、構成要素は、それだけには限定されないが、プロセッサ上で実行されるプロセス、処理ユニット、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、プログラム、又はコンピュータとすることができる。例示として、コントローラ上で実行されているアプリケーション及びコントローラの両方が、構成要素であってもよい。プロセス又は実行スレッド及び構成要素内に存在する1つ以上の構成要素は、1つのコンピュータ上に局在化されてもよく、又は2つ以上のコンピュータ間に分散されてもよい。 As used in this application, the terms "component," "module," "system," "interface," and the like generally refer to any computer-related entity, hardware, a combination of hardware and software, software, or intended to refer to running software. For example, a component can be, but is not limited to, a process, processing unit, object, executable file, thread of execution, program, or computer executing on a processor. By way of illustration, both the application running on the controller and the controller may be components. One or more components residing within a process or thread of execution and components may be localized on one computer or distributed between two or more computers.

更に、特許請求される主題は、開示された主題を実施するためにコンピュータを制御するためのソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はそれらの任意の組み合わせを生成するための、標準プログラミング又はエンジニアリング技術を使用する方法、装置又は製品として実装される。本明細書で使用するとき、「製品」という用語は、任意のコンピュータ可読デバイス、キャリア、又は媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含することを意図する。当然ながら、特許請求される主題の範囲又は趣旨から逸脱することなく、この構成に対する多くの修正がなされてもよい。 Moreover, the claimed subject matter uses standard programming or engineering techniques to generate software, firmware, hardware, or any combination thereof to control a computer to implement the disclosed subject matter. implemented as a method, apparatus, or article of manufacture. The term "article of manufacture" as used herein is intended to encompass a computer program accessible from any computer-readable device, carrier, or media. Of course, many modifications to this configuration may be made without departing from the scope or spirit of the claimed subject matter.

図15及び以下の考察は、本明細書に記載される提供のうちの1つ以上の態様を実施するための好適なコンピューティング環境の説明を提供する。図15の動作環境は、好適な動作環境の単なる一実施例であり、動作環境の使用又は機能の範囲に関していかなる制限を示唆することを意図するものではない。例示的なコンピューティングデバイスとしては、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルド又はラップトップデバイス、例えば、携帯電話、携帯情報端末(Personal Digital Assistant、PDA)、メディアプレーヤなどのモバイルデバイス、マルチプロセッサシステム、家電製品、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記のシステム又はデバイスのいずれかを含む分散コンピューティング環境などを含むが、これらに限定されない。 FIG. 15 and the discussion below provide a description of a suitable computing environment for implementing one or more aspects of the offerings described herein. The operating environment of Figure 15 is only one example of a suitable operating environment and is not intended to suggest any limitation as to the scope of use or functionality of the operating environment. Exemplary computing devices include personal computers, server computers, handheld or laptop devices, mobile devices such as cell phones, personal digital assistants (PDAs), media players, multiprocessor systems, consumer electronics. , minicomputers, mainframe computers, distributed computing environments including any of the above systems or devices, and the like.

一般に、態様は、1つ以上のコンピューティングデバイスによって実行される「コンピュータ可読命令」の一般的な文脈で説明される。コンピュータ可読命令は、以下で考察されるように、コンピュータ可読媒体を介して分散されてもよい。コンピュータ可読命令は、1つ以上のタスクを実行する、又は1つ以上の抽象データタイプを実装する、機能、オブジェクト、アプリケーションプログラミングインターフェース(Application Programming Interface、API)、データ構造などのプログラムモジュールとして実装されてもよい。典型的には、コンピュータ可読命令の機能性は、様々な環境において所望に応じて組み合わされるか、又は分散される。 Generally, aspects are described in the general context of "computer-readable instructions" being executed by one or more computing devices. Computer readable instructions may also be distributed over computer readable media, as discussed below. Computer-readable instructions are implemented as program modules, such as functions, objects, Application Programming Interfaces (APIs), data structures, etc., that perform one or more tasks or implement one or more abstract data types. may Typically the functionality of the computer readable instructions is combined or distributed as desired in various environments.

図15は、本明細書で提供される一態様を実装するように構成されている、コンピューティングデバイス1512を含むシステム1500を示す。一構成において、コンピューティングデバイス1512は、少なくとも1つの処理ユニット1516及びメモリ1518を含む。コンピューティングデバイスの正確な構成及びタイプに応じて、メモリ1518は、RAMなどの揮発性、ROM、フラッシュメモリなどの不揮発性、又はこれら2つの組み合わせとすることができる。この構成は、破線1514によって図15に示されている。 FIG. 15 illustrates a system 1500 including a computing device 1512 configured to implement one aspect provided herein. In one configuration, computing device 1512 includes at least one processing unit 1516 and memory 1518 . Depending on the exact configuration and type of computing device, memory 1518 may be volatile such as RAM, non-volatile such as ROM, flash memory, or a combination of the two. This configuration is indicated in FIG. 15 by dashed line 1514 .

他の態様では、コンピューティングデバイス1512は、追加の特徴又は機能性を含む。例えば、コンピューティングデバイス1512は、磁気記憶装置、光学記憶装置などを含むがこれらに限定されない、取り外し可能な記憶装置又は取り外し不可能な記憶装置などの追加の記憶装置を含むことができる。このような追加の記憶装置は、記憶装置1520で図15に示される。一態様では、本明細書で提供される一態様を実施するためのコンピュータ可読命令は、記憶装置1520内にある。記憶装置1520は、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラムなどを実装するための他のコンピュータ可読命令を記憶してもよい。コンピュータ可読命令は、例えば、処理ユニット1516による実行のために、メモリ1518にロードされてもよい。 In other aspects, computing device 1512 includes additional features or functionality. For example, computing device 1512 may include additional storage such as removable or non-removable storage including, but not limited to, magnetic storage, optical storage, and the like. Such additional storage is indicated in FIG. 15 by storage 1520 . In one aspect, computer readable instructions for implementing an aspect provided herein reside in storage device 1520 . Storage device 1520 may store other computer-readable instructions for implementing an operating system, application programs, and the like. Computer readable instructions, for example, may be loaded into memory 1518 for execution by processing unit 1516 .

本明細書で使用するとき、「コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータ記憶媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令又は他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法又は技術で実装される、揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体を含んでもよい。メモリ1518及び記憶装置1520は、コンピュータ記憶媒体の例である。コンピュータ記憶媒体としては、RAM、ROM、EEPROM、フラッシュメモリ若しくは他のメモリ技術、CD-ROM、デジタル多用途ディスク(DVD)若しくは他の光学記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶デバイス、又は所望の情報を記憶するために使用され得、かつコンピューティングデバイス1512によってアクセスされ得る任意の他の媒体を含むが、これらに限定されない。任意のこのようなコンピュータ記憶媒体は、コンピューティングデバイス1512の一部である。 As used herein, the term "computer-readable medium" includes computer storage media. Computer storage media may include volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions or other data. Memory 1518 and storage 1520 are examples of computer storage media. Computer storage media may include RAM, ROM, EEPROM, flash memory or other memory technology, CD-ROM, Digital Versatile Disk (DVD) or other optical storage devices, magnetic cassettes, magnetic tapes, magnetic disk storage devices or others. or any other medium that can be used to store desired information and that can be accessed by computing device 1512 . Any such computer storage media may be part of computing device 1512 .

「コンピュータ可読媒体」という用語は、通信媒体を含む。通信媒体は、典型的には、搬送波又は他のトランスポート機構などの「変調データ信号」内のコンピュータ可読命令又は他のデータを具現化し、任意の情報配信媒体を含む。「変調データ信号」という用語は、信号内の情報を符号化するような様式で設定又は変更されたその特性のうちの1つ以上を有する信号を含む。 The term "computer-readable media" includes communication media. Communication media typically embodies computer readable instructions or other data in a "modulated data signal" such as carrier wave or other transport mechanism and includes any information delivery media. The term "modulated data signal" includes a signal that has one or more of its characteristics set or changed in such a manner as to encode information in the signal.

コンピューティングデバイス1512は、キーボード、マウス、ペン、音声入力デバイス、タッチ入力デバイス、赤外線カメラ、ビデオ入力デバイス、又は任意の他の入力デバイスなどの入力デバイス1524を含む。1つ以上のディスプレイ、スピーカ、プリンタ、又は任意の他の出力デバイスなどの出力デバイス1522は、コンピューティングデバイス1512と共に含まれてもよい。入力デバイス1524及び出力デバイス1522は、有線接続、無線接続、又はこれらの任意の組み合わせを介して、コンピューティングデバイス1512に接続されてもよい。一態様では、別のコンピューティングデバイスからの入力デバイス又は出力デバイスは、コンピューティングデバイス1512のための入力デバイス1524又は出力デバイス1522として使用されてもよい。コンピューティングデバイス1512は、例えば、ネットワーク1528を通すなどして、1つ以上の他のデバイス1530との通信を容易にするために、通信接続1526を含んでもよい。 Computing device 1512 includes input devices 1524 such as a keyboard, mouse, pen, voice input device, touch input device, infrared camera, video input device, or any other input device. Output devices 1522 such as one or more displays, speakers, printers, or any other output device may also be included with computing device 1512 . Input devices 1524 and output devices 1522 may be connected to computing device 1512 via wired connections, wireless connections, or any combination thereof. In one aspect, input or output devices from another computing device may be used as input device 1524 or output device 1522 for computing device 1512 . Computing device 1512 may contain communication connection(s) 1526 to facilitate communication with one or more other devices 1530 , eg, through network 1528 .

本主題は、構造的特徴又は方法論的行為に特有の言語で記載されているが、添付の特許請求の範囲の主題は、必ずしも上記の特定の特徴又は行為に限定されないことを理解されたい。むしろ、上述の特定の特徴及び行為は、例示的な態様として開示される。 Although the present subject matter has been described in language specific to structural features or methodological acts, it is to be understood that the subject matter of the appended claims is not necessarily limited to the specific features or acts described above. Rather, the specific features and acts described above are disclosed as exemplary aspects.

様々な態様の操作が本明細書に提供される。操作の1つ以上又は全てが記載される順序は、これらの操作が必ずしも順序に依存することを意味するものとして解釈されるべきではない。この説明に基づいて、代替の順序が理解されるであろう。更に、全ての操作は、本明細書で提供される各態様において必ずしも存在しなくてもよい。 Various aspects of operations are provided herein. The order in which one or more or all of the operations are described should not be construed to imply that these operations are necessarily order dependent. Alternate orders will be understood based on this description. Moreover, not all manipulations are necessarily present in each aspect provided herein.

本出願で使用するとき、「又は」は、排他的な「又は」ではなく包括的な「又は」を意味することを意図する。更に、包括的な「又は」は、それらの任意の組み合わせ(例えば、A、B、又はこれらの任意の組み合わせ)を含んでもよい。加えて、本出願で使用される「a」及び「an」は、特に指定されない限り、又は文脈から単数形を対象とすることが明らかでない限り、一般に「1つ以上」を意味すると解釈される。加えて、A及びB及び/又は同様のもののうちの少なくとも1つは、一般に、A若しくはB、又はA及びBの両方を意味する。更に、「含む(include)」、「有する(having)」、「有する(has)」、「有する(with)」、又はその変形が、詳細な説明又は特許請求の範囲のいずれかにおいて使用される限りにおいて、そのような用語は、「備える(comprising)」という用語と同様の様式において包括的であることが意図される。 As used in this application, "or" is intended to mean an inclusive "or" rather than an exclusive "or." Further, the inclusive "or" may include any combination thereof (eg, A, B, or any combination thereof). In addition, as used in this application, "a" and "an" are generally taken to mean "one or more" unless otherwise specified or the context makes clear that they are directed to the singular. . Additionally, at least one of A and B and/or the like generally means A or B or both A and B. Furthermore, the words "include," "having," "has," "with," or variations thereof may be used in either the detailed description or the claims. To the extent such terms are intended to be inclusive in a manner similar to the term "comprising."

更に、特に明記しない限り、「第1の」、「第2の」などは、時間的態様、空間的態様、順序付けなどを暗示することを意図するものではない。むしろ、そのような用語は、特徴、要素、項目などのための識別子、名前などとして単に使用されている。例えば、第1のチャネル及び第2のチャネルは、一般に、チャネルA及びチャネルB、又は2つの異なる若しくは2つの同一のチャネル、若しくは同じチャネルに対応する。更に、「備える(comprising)」、「備える(comprise)」、「含む(including)」、「含む(include)」などは、一般に、限定するものではないが、備える、又は含むことを意味する。 Further, unless otherwise specified, "first," "second," etc. are not intended to imply temporal aspects, spatial aspects, ordering, or the like. Rather, such terms are simply used as identifiers, names, etc. for features, elements, items, and the like. For example, a first channel and a second channel generally correspond to channel A and channel B, or two different or two identical channels, or the same channel. Further, the terms "comprising," "comprise," "including," "include," etc. generally mean, but are not limited to, comprising or including.

上述の説明から、本開示の様々な例示的な実施形態がハードウェアで実装され得ることが明らかであるべきである。更に、様々な例示的な実施形態は、本明細書で詳細に説明される操作を行うために少なくとも1つのプロセッサによって読み取り及び実行され得る、揮発性又は不揮発性メモリなどの非一時的機械可読記憶媒体上に記憶された命令として実施されてもよい。機械可読記憶媒体は、パーソナルコンピュータ又はラップトップコンピュータ、サーバ、又は他のコンピューティングデバイスなどの機械によって読み取り可能な形態で情報を記憶するための任意のメカニズムを含んでもよい。したがって、非一時的機械可読記憶媒体は、一時信号を除外するが、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、及び同様の記憶媒体を含むがこれらに限定されない揮発性及び不揮発性メモリの両方を含んでもよい。 From the above description, it should be clear that various exemplary embodiments of the present disclosure can be implemented in hardware. Moreover, various exemplary embodiments employ non-transitory machine-readable storage, such as volatile or non-volatile memory, that can be read and executed by at least one processor to perform the operations detailed herein. It may also be embodied as instructions stored on a medium. A machine-readable storage medium may include any mechanism for storing information in a form readable by a machine, such as a personal or laptop computer, server, or other computing device. Non-transitory machine-readable storage media therefore excludes temporary signals, but includes read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic disk storage media, optical storage media, flash memory devices, and similar storage media. It may include both volatile and non-volatile memory, including but not limited to.

本明細書の任意のブロック図は、本開示の原理を具現化する例示的な回路の概念図を表すことを当業者は理解すべきである。同様に、任意のフローチャート、フロー図、状態遷移図、擬似コードなどは、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かにかかわらず、機械可読媒体に実質的に表され、コンピュータ又はプロセッサによって実行され得る様々なプロセスを表すことが理解されるであろう。 It should be appreciated by those skilled in the art that any block diagrams herein represent conceptual views of illustrative circuitry embodying the principles of the disclosure. Similarly, any flowcharts, flow diagrams, state transition diagrams, pseudo-code, etc., may be substantially represented in a machine-readable medium, whether or not such computer or processor is explicitly indicated; or represent various processes that may be executed by a processor.

上記に開示された及び他の特徴並びに機能又はこれらの代替物若しくは変形の様々な実施が、望ましくは多くの他の異なるシステム又はアプリケーションに組み合わされ得ることが理解されるであろう。また、当業者であれば、現在予測されていない、又は予期されていない様々な代替例、修正例、変形例、又は改良例を連続的に行うことができ、これらも添付の特許請求の範囲によって包含されることが意図される。
It will be appreciated that the various implementations of the above-disclosed and other features and functions, or alternatives or variations thereof, can be desirably combined into many other different systems or applications. Also, various presently unanticipated or unanticipated alternatives, modifications, variations, or improvements can continuously be made by those skilled in the art, which are also within the scope of the appended claims. is intended to be encompassed by

Claims (20)

相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサであって、
蛇行パターンで構成された第1の電極を含む上部伸縮層と、
第2の電極を含む下部層と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置付けられた誘電体層と、を備える、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。
A mutual and overlapping capacitance-based sensor, comprising:
an upper stretchable layer including a first electrode configured in a serpentine pattern;
a lower layer comprising a second electrode;
and a dielectric layer positioned between the first electrode and the second electrode.
前記第2の電極が、前記第1の電極の波長方向に垂直に、かつ前記第1の電極の振幅方向に平行に延びる線形状を有する、請求項1に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 2. The mutual and overlapping capacitance of claim 1, wherein the second electrode has a linear shape extending perpendicular to the wavelength direction of the first electrode and parallel to the amplitude direction of the first electrode. base sensor. 前記第1の電極は、前記第1の電極の第1の部分が前記第2の電極と重なり、前記第1の電極の前記第1の部分が輪郭を含むように配置されている、請求項1に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 3. The first electrode is arranged such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and the first portion of the first electrode includes a contour. Mutual and overlapping capacitance based sensors according to claim 1. 前記第1の電極は、前記第1の電極の第1の部分が前記第2の電極と重なり、前記第2の電極の一部分が、前記第1の電極によって覆われていない露出領域を含むように配置されている、請求項1に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 The first electrode is configured such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and a portion of the second electrode includes an exposed area not covered by the first electrode. 2. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of claim 1, wherein the sensor is arranged in a . 前記第1の電極の前記第1の部分が、輪郭を含み、前記第2の電極の一部分が、前記第1の電極によって覆われていない露出領域を含む、請求項1に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 2. The inter-and-over of claim 1, wherein said first portion of said first electrode comprises a contour and a portion of said second electrode comprises an exposed area not covered by said first electrode. Lap capacitance based sensor. 前記第2の電極の第1の部分が、前記第1の電極によって覆われていない露出領域を含み、前記第2の電極の第2の部分が、前記第1の電極によって覆われた被覆領域を含む、請求項1に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 A first portion of the second electrode includes an exposed area not covered by the first electrode and a second portion of the second electrode is a covered area covered by the first electrode. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of claim 1, comprising: 前記第2の電極の前記第1の部分が、前記相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第1のタキセルと関連付けられ、前記第2の電極の前記第2の部分が、前記相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第2のタキセルと関連付けられている、請求項6に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 wherein the first portion of the second electrode is associated with a first taxel of the mutual and overlapping capacitance-based sensor, and the second portion of the second electrode is associated with the mutual and overlapping capacitance-based sensor; 7. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of claim 6, associated with a second taxel of the wrap capacitance-based sensor. プロセッサが、第1の範囲内、第2の範囲内、又は前記第1の範囲と前記第2の範囲との間にある前記第1のタキセルからの静電容量読み取り値、及び前記第2のタキセルからの読み取りに基づいて、感知モードを決定する、請求項7に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 a processor reading capacitance readings from the first taxel within a first range, within a second range, or between the first range and the second range; 8. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of claim 7, wherein the sensing mode is determined based on readings from Taxel. 前記第1のタキセルが、前記第2のタキセルの近傍にある、請求項7に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 8. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of claim 7, wherein the first taxel is in proximity to the second taxel. 前記感知モードが、相互静電容量モード又はオーバーラップ静電容量モードである、請求項8に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 9. The mutual and overlap capacitance based sensor of claim 8, wherein the sensing mode is mutual capacitance mode or overlap capacitance mode. 相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサであって、
蛇行パターンで構成された第1の電極を含む上部伸縮層と、
第2の電極を含む下部層と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置付けられた誘電体層と、を備え、
前記第2の電極が、前記第1の電極の波長方向に垂直に、かつ前記第1の電極の振幅方向に平行に延びる線形状を有する、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。
A mutual and overlapping capacitance-based sensor, comprising:
an upper stretchable layer including a first electrode configured in a serpentine pattern;
a lower layer comprising a second electrode;
a dielectric layer positioned between the first electrode and the second electrode;
A mutual and overlapping capacitance-based sensor, wherein the second electrode has a linear shape extending perpendicular to the wavelength direction of the first electrode and parallel to the amplitude direction of the first electrode.
前記第1の電極は、前記第1の電極の第1の部分が前記第2の電極と重なり、前記第1の電極の前記第1の部分が輪郭を含むように配置されている、請求項11に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 3. The first electrode is arranged such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and the first portion of the first electrode includes a contour. Mutual and overlapping capacitance based sensors according to claim 11. 前記第1の電極は、前記第1の電極の第1の部分が前記第2の電極と重なり、前記第2の電極の一部分が、前記第1の電極によって覆われていない露出領域を含むように配置されている、請求項11に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 The first electrode is configured such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and a portion of the second electrode includes an exposed area not covered by the first electrode. 12. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of claim 11, wherein the sensor is arranged in a . 前記第1の電極の前記第1の部分が、輪郭を含み、前記第2の電極の一部分が、前記第1の電極によって覆われていない露出領域を含む、請求項11に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 12. The inter-and-over of claim 11, wherein said first portion of said first electrode comprises a contour and a portion of said second electrode comprises an exposed area not covered by said first electrode. Lap capacitance based sensor. 前記第2の電極の第1の部分が、前記第1の電極によって覆われていない露出領域を含み、前記第2の電極の第2の部分が、前記第1の電極によって覆われた被覆領域を含む、請求項11に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 A first portion of the second electrode includes an exposed area not covered by the first electrode and a second portion of the second electrode is a covered area covered by the first electrode. 12. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of claim 11, comprising: 前記第2の電極の前記第1の部分が、前記相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第1のタキセルと関連付けられ、前記第2の電極の前記第2の部分が、前記相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第2のタキセルと関連付けられている、請求項15に記載の相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサ。 wherein the first portion of the second electrode is associated with a first taxel of the mutual and overlapping capacitance-based sensor, and the second portion of the second electrode is associated with the mutual and overlapping capacitance-based sensor; 16. The mutual and overlapping capacitance-based sensor of claim 15, associated with a second taxel of the wrap capacitance-based sensor. 相互及びオーバーラップ静電容量感知のためのシステムであって、
相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサであって、
蛇行パターンで構成された第1の電極を含む上部伸縮層、
第2の電極を含む下部層、及び
前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置付けられた誘電体層を備える、相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサと、
第1の範囲内、第2の範囲内、又は前記第1の範囲と前記第2の範囲との間にある前記相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第1のタキセルからの静電容量読み取り値、及び前記第1のタキセルの近傍にある前記相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの第2のタキセルからの読み取り値に基づいて、前記相互及びオーバーラップ静電容量ベースのセンサの感知モードを決定するプロセッサと、を備える、相互及びオーバーラップ静電容量感知のためのシステム。
A system for mutual and overlapping capacitive sensing, comprising:
A mutual and overlapping capacitance-based sensor, comprising:
an upper stretchable layer including a first electrode configured in a serpentine pattern;
a mutual and overlapping capacitance based sensor comprising a lower layer comprising a second electrode and a dielectric layer positioned between said first electrode and said second electrode;
A capacitance from a first taxel of said mutual and overlapping capacitance-based sensor within a first range, within a second range, or between said first range and said second range Sensing the mutual and overlapping capacitance-based sensors based on readings and readings from a second taxel of the mutual and overlapping capacitance-based sensors in the vicinity of the first taxel. A system for mutual and overlapping capacitive sensing, comprising: a processor that determines modes.
前記第2の電極が、前記第1の電極の波長方向に垂直に、かつ前記第1の電極の振幅方向に平行に延びる線形状を有する、請求項17に記載の相互及びオーバーラップ静電容量感知のためのシステム。 18. The mutual and overlapping capacitance of claim 17, wherein the second electrode has a linear shape extending perpendicular to the wavelength direction of the first electrode and parallel to the amplitude direction of the first electrode. A system for sensing. 前記第1の電極は、前記第1の電極の第1の部分が前記第2の電極と重なり、前記第1の電極の前記第1の部分が輪郭を含むように配置されている、請求項17に記載の相互及びオーバーラップ静電容量感知のためのシステム。 3. The first electrode is arranged such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and the first portion of the first electrode includes a contour. 18. A system for mutual and overlapping capacitive sensing according to claim 17. 前記第1の電極は、前記第1の電極の第1の部分が前記第2の電極と重なり、前記第2の電極の一部分が、前記第1の電極によって覆われていない露出領域を含むように配置されている、請求項17に記載の相互及びオーバーラップ静電容量感知のためのシステム。
The first electrode is configured such that a first portion of the first electrode overlaps the second electrode and a portion of the second electrode includes an exposed area not covered by the first electrode. 18. The system for mutual and overlapping capacitive sensing according to claim 17, wherein the system is arranged in a .
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