JP2023529491A - 多軸差動歪みセンサ - Google Patents

Abstract

可撓性差動歪みセンサ、システム、及び方法は、第１の軸と、第１の軸とは異なる第２の軸とを有する変形可能基板と、第１の感知素子及び第２の感知素子とを含む。第１及び第２の感知素子は、導電性ゲルから構成される。第１の感知素子は、第１の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置される。第２の感知素子は、第１の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置された第１の部分と、第２の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置された第２の部分とを有する。第２の感知素子は、第１の軸に沿った第１の感知素子によって感知された刺激の少なくとも一部を相殺するように構成される。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０２０年６月１２日に出願された米国仮出願番号６３/０３８，５４７に対する優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

歪みセンサは、例えば、歪みセンサが配置された基板を介して、歪みセンサに対する機械的又は他の物理的刺激を測定し、それによって基板上の歪みを測定することができる。伸張、ねじり、屈曲等のような歪みセンサに変換された基板の変形は、歪みセンサの何らかの物理的特性の変化を生じさせ得る。物理的特性の変化は、歪みに変換され、歪みの時間的変化を特定するために利用してもよい。

任意の特定の要素又は行為の議論を容易に特定するために、参照番号における最上位桁は、その要素が最初に導入される図番号を指す。

例示的な実施形態における、可撓性差動歪みセンサのブロック図である。

例示的な実施形態における、可撓性差動歪みセンサのトポロジである。

例示的な実施形態における、可撓性差動歪みセンサの電気的等価回路図である。

例示的な実施形態において、可撓性差動歪みセンサのトポロジを形成し得るプロセスの抽象的表現を示す。 例示的な実施形態において、可撓性差動歪みセンサのトポロジを形成し得るプロセスの抽象的表現を示す。

例示的な実施形態における、可撓性差動歪みセンサのブロック図である。

例示的な実施形態における、３次元可撓性差動歪みセンサのトポロジである。

可撓性歪みセンサは、例えば、２０１８年８月３０日に公開された米国特許出願公開第２０１８／０２４７７２７号（「’７２７出願」）に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。’７２７出願は、例えば、図７～１０、及び段落［００１４］～［００１７］、［００８９］～［０１２０］等において、導電性ゲルのような変形可能な導体を備える歪み感知のための方法、装置、及び例示的な実施形態を開示する。’７２７出願に開示されるように、センサシステムは、寸法を変更すること、例えば、歪みによって、刺激に応答するセンサ素子を含む。’７２７出願に開示された例は、例えば、段落［００１１６］において、可変抵抗グリッドパターン及び／又は非接続又は疎接続可変抵抗ネットワークを含み得る。

本明細書では、センサ素子をパターン状に配置することによって、２つ以上の次元で（例えば、２つの異なる軸に沿って）生じる刺激を測定し、それらを区別するために使用することができる可撓性差動歪みセンサが開示される。本明細書に開示される例は、差動信号処理を利用して、基板の特定の軸に沿った歪みを提供し得る。その結果、かかる可撓性差動歪みセンサは、基板上及び／又は歪みセンサ上の歪みの性質に対して相対的に高められた感度を提供し得る。

図１は、例示的な実施形態における、可撓性差動歪みセンサのブロック図である。可撓性作動歪みセンサ１０２は、変形可能基板１０４上、特に、変形可能基板１０４のＸ軸及びＹ軸に沿った歪みを検出するように構成される。変形可能基板１０４は、その上又は中に、本明細書に開示される導電性ゲルが配置され、通常固定され得る任意の物体であり得る。変形可能基板１０４は、天然及び合成繊維、天然又は合成ゴム、エラストマー等であってもよく、又はそれらを含んでもよい。さらに、様々な代替例では、可撓性差動歪みセンサ１０２は、比較的小さく変形することを意図する基板上に実装されてもよいが、可撓性差動歪みセンサ１０２が基板上の潜在的に望ましくない歪み又は変形の検出を許容してもよい。例えば、基板は、金属、炭素繊維であってもよく、可撓性差動歪みセンサ１０２は、通常、そのような構造上の歪みを識別することに向けられてもよい。しかしながら、様々な例では、可撓性差動歪みセンサ１０２は、変形可能基板１０４を用いて実施され、この場合、変形可能基板１０４を有する可撓性差動歪みセンサ１０２は、かかる比較的変形し難い構造上に配置及び固定され、そのような構造上の歪みを判定してもよい。

説明の目的のために、変形可能基板１０４は、Ｘ軸及びＹ軸の一方又は双方に配置され、Ｘ軸及びＹ軸の一方に沿って直接延びる部品によって検出される歪みを有する二次元物体として有効に提示される。しかしながら、部品は、Ｘ軸及びＹ軸に対して角度をなして配置されてもよく、従来の数学は、Ｘ軸及びＹ軸に対する角度の差を補償するか、又は他の方法で説明するために利用されてもよいことが認識され、理解されるべきである。さらに、歪みは、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸上で変形可能基板１０４に加えられてもよく、可撓性差動歪みセンサ１０２は、そのような歪みに感度を有してもよい。さらに、本明細書に示すように、２次元の例で示される原理が３次元の例に適用され、歪みセンサを変形可能基板１０４のＺ軸に沿って配置し、Ｚ軸上の歪みを直接感知するように構成してもよい。

可撓性差動歪みセンサ１０２は、Ｙ軸、例えば、第１の軸に沿って歪みを感知するように配置された第１の活性部分１０８を有する第１の感知素子１０６を含んでもよい。第１の端子１１０は、第１の感知素子１０６からの電気出力を提供する。第２の感知素子１１２は、第２の活性部分１１４及び相殺部分１１６を有してもよく、第２の端子１１８は、第２の感知素子１１２からの電気出力を提供する。第２の活性部分１１４は、Ｘ軸、例えば、第２の軸に沿った歪みを感知するために、変形可能基板１０４上に配置されてもよく、相殺部分１１６は、第１の感知素子１０６の第１の活性部分１０８によって検出されたＹ軸に沿った歪みを論理的又は数学的に相殺するために、変形可能基板１０４上に配置されてもよい。その結果、第１の感知素子１０６は、Ｙ軸上の歪みに感度を有するが、Ｘ軸上の歪みには殆ど又は全く感度を有さなくてもよい。対照的に、第２の感知素子１１２は、Ｘ軸及びＹ軸の双方に加えられる歪みに感度を有し得る。いくつかの例では、相殺部分１１６を第１の活性部分１０８に物理的に近接して配置することによって、相殺部分１１６は、Ｙ軸に沿って第１の活性部分１０８と同じ又はほぼ同じ歪みを受ける。

様々な例では、第１の感知素子１０６及び第２の感知素子１１２は、それぞれ本明細書に開示されるように、導電性ゲルで形成される。導電性ゲルは、印刷、変形可能基板１０４のフィラメント及び空隙への分散等を含む、任意の適切なプロセスを通して、変形可能基板１０４上又はその内部に配置されてもよい。導電性ゲルは、配線に沿って電流を伝導するように構成された１つ以上の電気配線として実施されてもよい。導電性ゲルの電気的特性は、導電性ゲルが伸張、収縮、又は他の方法で変形するにつれて、例えば、歪みが変形可能基板１０４ひいては導電性ゲルに加えられるにつれて変化してもよい。様々な例では、導電性ゲルの所定の配線のインピーダンス（又は、より狭義の抵抗）は、配線が伸張、収縮、又は他の方法で変形するにつれて増加又は減少してもよい。配線の抵抗におけるそのような変化は、配線の近傍の変形可能基板１０４上に加えられた歪みの量と一致し得る。その結果、第１の活性部分１０８、第２の活性部分１１４、及び相殺部分１１６は、変形可能基板１０４のＸ軸及びＹ軸のそれぞれ一方に沿って延在する電気配線の導電性ゲルの特定の部分であると理解されてもよい。導電性ゲルのインピーダンス及び／又は他の電気特性は、導電性ゲルが変形するにつれて変化し得るが、導電性ゲルは、電子機器に使用される従来の導体より著しく脆くて壊れ易く、著しく弾性であり得る。

第１の端子１１０上のＹ１及び第２の端子１１８上のＸ１の２つの信号は、変形可能基板１０４及び可撓性差動歪みセンサ１０２に共通に付与される歪み場を回復及び／又は表すために、可撓性差動歪みセンサ１０２からの出力ベクトルを形成してもよい。出力ベクトルは、任意の適切な方法で処理し得る。例えば、いくつかの用途では、生信号Ｘ１及びＹ１は、信号処理ユニット１２０によって処理されて、Ｙ軸に加えられた歪みを出力信号Ｙ２として判定及び出力し、Ｘ軸に加えられた歪みを出力信号Ｘ２として判定及び出力してもよい。信号処理ユニット１２０は、端子１１０、１１８におけるインピーダンスを決定するためのオーム計又は他の機器と、インピーダンス又はインピーダンスの変化を可撓性差動歪みセンサ１０２の歪みに変換又は他の方法で関連付け得るプロセッサ又は他の計算電子機器とを含んでもよい。例えば、例示的な実施形態では、信号処理ユニット１２０によって検出されるインピーダンス及び／又は抵抗における０．０３オームの変化は、本明細書で開示されるように、可撓性差動歪みセンサ１０２及びそれによって形成される配線の導電性ゲルの１ミリメートルの歪みと等価である。様々な例では、歪みは、全長の変化であると理解され得るが、当技術分野において公知の歪みについての任意の実行可能なメトリックが追加的又は代替的に利用され得ることが認識及び理解されるべきである。

Ｙ１は、第１の活性部分１０８を有するが、第２の活性部分１１４のように、Ｘ軸に沿って概ね延在する配線を有さないことによって、Ｙ軸の歪みに対して大きな感度を有するので、信号処理ユニット１２０は、第１の活性部分１０８のインピーダンスの変化をＹ軸の歪みに関連付けることによって、Ｙ軸の歪みを計算し、得られた歪みをＹ２として出力してもよい。様々な例では、信号処理ユニット１２０は、歪みの表示を提供するために、信号Ｙ１を出力信号Ｙ２として単に干渉又は通過させてもよく、遠隔処理ユニット、コントローラ、又は他の電子機器は、インピーダンスの変化を可撓性差動歪みセンサ１０２上の歪みに関連付ける演算を実行してもよい。

対照的に、第２の感知素子１１２は、Ｘ軸及びＹ軸の双方の歪みに対して有意な感度を有するので、信号処理ユニット１２０は、Ｘ１からのインピーダンスの変化からＹ１からのインピーダンスの変化を減算することによって、第２の感知素子１１２のＸ軸に沿って加えられる歪みを示す出力信号Ｘ２を生成してもよい。その結果、信号処理ユニット１２０は、Ｙ軸に沿って第１の活性部分１０８及び相殺部分１１６に加えられる歪みを実質的に相殺し、第２の活性部分１１４に沿ったインピーダンスの変化に基づいて、主に又は完全にＸ２を残すインピーダンスに対する差動感度を判定する。本開示の目的のために、第１の活性部分１０８及び相殺部分１１６は、互いに近接して配置され、非常に類似した特性の導電性ゲル配線で形成されてもよいが、導電性ゲルの実際の位置における変動は、第１の活性部分１０８及び相殺部分１１６におけるインピーダンスの変化同士の間のいくらかの誤差をもたらし、Ｘ２におけるＸ軸出力上の歪みの差分計算を通して伝搬し得ることを認識及び理解されたい。しかしながら、出力Ｘ２がＹ軸上の歪みの影響を完全に排除しない場合であっても、そのような小さな誤差は、Ｘ軸上の歪みの有用かつ正確な表現をもたらし得ることが認識及び理解されるべきである。同じ原理がＹ２の出力にも適用される。

上述のように、出力ベクトルの任意の処理は、特定の用途にカスタマイズされ得る方法で実施されてもよい。一般に、感知素子は、部分的及び／又は完全に接続され得るグリッド又はアレイに配置されてもよい。素子は、可撓性差動歪みセンサ１０２によって測定された変形可能基板１０４上の歪み場の表現を提供するために、単独又は他のセンサと組み合わせて、分析され得る値の出力ベクトルを生成してもよい。歪み場の解釈は、用途に基づいてもよく、そのいくつかの例を以下に説明する。

他の実施形態では、可撓性差動歪みセンサ１０２は、他の構成で、異なる数及び／又はタイプの感知素子、活性領域及び／又は相殺領域等を使用して配置されてもよい。例えば、感知素子は、Ｔ字形状、Ｕ字形状、Ｓ字形状、箱形状等に配置されてもよい。異なる素子及び／又は領域は、鋭角及び／又は鈍角のような直角以外に配置されてもよい。感知素子は、任意のパターンに組み込まれてもよく、信号処理は、異なるパターンに適応するように調整されてもよい。いくつかの実施形態では、信号処理は、１つ以上の他の次元及び／又は軸における歪みを相殺しながら、１つの次元における刺激を示す複合信号を抽出し得る。これらの原理は、運動、応力、歪み等のような任意のタイプの刺激に対して、活性及び／又は相殺する任意の数の部分を備える任意の数の素子を有する可撓性差動歪みセンサ１０２に適用してもよい。

図２は、例示的な実施形態における、可撓性差動歪みセンサ１０２のトポロジである。特に、トポロジは、導電性ゲル電気配線２０２を示す。配線２０２は、図１に示された可撓性差動歪みセンサ１０２を製造するために、変形可能基板１０４（図示せず）上に示されるように、概ね位置決めされ得る。配線２０２は、Ｙ軸に沿って概ね延在する配線２０２の部分であると理解され得るＹ軸部分２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄと、Ｘ軸に沿って概ね延在するＸ軸部分２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃとを含む。トポロジは、Ｙ軸部分２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ及びＸ軸部分２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃの相対的な長さを必ずしも表していない。

配線２０２は、第１のノード２０８、第２のノード２１０、及び第３のノード２１２に結合されるか、又は他の方法で形成される。第１のノード２０８及び第２のノード２１０は、一般に、部分２０４ａ、２０６ａ、２０４ｂによって規定されるＹ１信号を記述する。第２のノード２１０及び第３のノード２１２は、一般に、Ｘ１信号を記述し、部分２０４ｂ、２０６ｂ、２０４ｄ、２０６ｃ、及び２０４ｃによって規定される。したがって、実際のトポロジの観点から、信号Ｘ１及びＹ１は、配線２０２のＹ軸部分２０４ｂによって少なくとも部分的に影響を受け、Ｙ軸部分２０４ｂに沿ったインピーダンスが変化すると、Ｘ１及びＹ１の双方に対するインピーダンスの変化をもたらし得ることが認識されるべきである。

図３は、例示的な実施形態における、可撓性差動歪みセンサ１０２の電気的等価概略図である。電気的等価回路図は、第１の活性部分１０８に対応する第１のバリスタ３０２と、第２の活性部分１１４に対応する第２のバリスタ３０４と、キャンセル部分１１６に対応する第３のバリスタ３０６とを含み、これらは全て変形可能基板１０４上に配置される。電気的等価回路図は、信号Ｙ１が生成される第１の論理ノード３０８及び第２の論理ノード３１０と、信号Ｘ１が生成される第３の論理ノード３１２及び第４の論理ノード３１４とをさらに含む。バリスタが本明細書で論じられるが、バリスタは、狭義の抵抗だけではなく、一般に配線２０２の変形によって生成される可変インピーダンスを提供することが認識され、理解されるべきである。

図３の電気的等価回路図は、図２のトポロジの積であることに留意され、強調される。したがって、第１のバリスタ３０２は、Ｙ軸部分２０４ａ、Ｘ軸部分２０６ａ、及びＹ軸部分２０４ｂに沿った配線２０２の変形によって生じる可変インピーダンスを考慮する。Ｘ軸部分２０６ａが非常に短く、例えば、１００マイクロメートル以下である一方で、Ｙ軸部分２０４ａ及びＹ軸部分２０４ｂがそれぞれ長さ数ミリメートル又は数センチメートルである例では、第１のバリスタ３０２は、インピーダンスの変化を表し、関連して、配線２０２のそれらの部分に対応するＹ軸に沿って加えられた歪みを表し得る。同様に、第２のバリスタ３０４は、Ｘ軸部分２０６ｂ及びＸ軸部分２０６ｃに対応し得、一方、第３のバリスタ３０６は、Ｙ軸部分２０４ｂ、Ｙ軸部分２０４ｃ、及びＹ軸部分２０４ｄに対応し得る。さらに、第１の論理ノード３０８は、第１のノード２０８に対応し得、第２の論理ノード３１０及び第３の論理ノード３１２は、第２のノード２１０に対応し得、第４の論理ノード３１４は、第３のノード２１２に対応し得る。

しかしながら、電気的等価回路図の原理は、電気部品の任意の適切な配置によって得ることができ、任意の特定のトポロジにも、任意の特定の電気部品にも縛られないことを認識し、理解されたい。したがって、可撓性差動歪みセンサ１０２の様々な例は、変形可能基板１０４上及び／又は部品自体上の局所的な歪みの関数としてインピーダンスを変化させる代替部品が利用され得る程度に、必ずしも導電性ゲルで実施されるわけではない。同様に、図１に示されるような可撓性差動歪みセンサ１０２は、代替機構が実行可能である限り、可変インピーダンスに関することなく実施されてもよい。しかしながら、導電性ゲルを有する可撓性差動歪みセンサ１０２の実施は、潜在的な代替部品と比較して、他の要因のなかでも、電気的及び機械的な単純性、堅牢性、弾性、及びコストの利点を提供し得る。このような利点は、可撓性差動歪みセンサ１０２の使用においてのみでなく、可撓性差動歪みセンサ１０２の製造プロセスにおいても見られ得る。

図４Ａ及び図４Ｂは、例示的な実施形態において、可撓性差動歪みセンサ１０２の図２のトポロジを形成し得るプロセスの抽象的な表現を示す。図４Ａでは、ノード２０８、２１０、２１２及び第４のノード４０６とともに、Ｙ軸に整列した部分４０２、Ｘ軸に整列した部分４０４を含む導電性ゲルのグリッドが形成される。図４Ｂでは、グリッドの特定の部分４０２、４０４は、破線で表されるように、例えば、導電性ゲル配線２０２の残りの部分から切断されるか、又は他の方法で切断されることによって除去される。残りの部分、すなわち実線は、図２のトポロジに示される配線２０２及びその様々な部分２０４、２０６に対応する。その結果、第４のノード４０６も除去され、動作不能となる。図４Ａのグリッド構造は、例として提供されるが、グリッドは、より多い又はより少ない部分４０２、４０４及びより多い又はより少ないノードを使用して、拡大又は縮小され得ることが認識され、理解されるべきである。

図４Ａにおける初期グリッドの形成は、図２のトポロジを単に直接生成するプロセスよりもある種の利点を有し得る。特に、図４Ａのグリッド構造は、不要な部分を除去することによって、任意の最終的な所望のトポロジに容易に適合され得る初期構成を可能にする。さらに、初期グリッドは、いくつかの頂点が最終的に出力ノード２０８、２１０、２１２、４０６に関連付けられる一方で、他の頂点４０８が最終的に出力ノード２０８、２１０、２１２、４０６に関連付けられない非接続／疎接続グリッドパターンとして実施されてもよい。

図４Ａの初期グリッドは、図２のトポロジを作成し得るプロセスの一部として含まれ、そのようにすることによって、様々な使用事例に対する製造プロセスの適応性において特定の利点を提供し得るが、図２のトポロジは、初期グリッドを利用することなく直接到達し得ることが強調される。そのような場合、導電性ゲルは、導電性配線の任意の部分を必ずしも除去することなく、トポロジにおいて適用され得る。そうすることは、異なる所望のトポロジへの適応性が低いかもしれないが、そのようなプロセスは、また、実行するのが比較的速く、導電性ゲル及び他の部品の無駄がより少なくなり得る。

図５は、例示的な実施形態における、可撓性差動歪みセンサ５０２のブロック図である。可撓性差動歪みセンサ５０２は、可撓性差動歪みセンサ１０２と同じ部品を多く含む。したがって、５０２は、Ｙ軸に沿った歪みを感知するように配置された第１の活性部分１０８を有する第１の感知素子１０６を含んでもよい。第１の端子１１０は、第１の感知素子１０６からの電気出力を提供する。第２の感知素子１１２は、第２の活性部分１１４及び相殺部分１１６を有してもよく、第２の端子１１８は、第２の感知素子１１２からの電気出力を提供する。第２の活性部分１１４は、Ｘ軸に沿った歪みを感知するように変形可能基板１０４上に配置されてもよく、相殺部分１１６は、第１の感知素子１０６の第１の活性部分１０８によって検出されたＹ軸に沿った歪みを論理的又は数学的に相殺するように変形可能基板１０４上に配置されてもよい。その結果、第１の感知素子１０６は、Ｙ軸上の歪みには感度を有するが、Ｘ軸上の歪みには殆ど又は全く感度を有していなくてもよい。対照的に、第２の感知素子１１２は、Ｘ軸及びＹ軸の双方に加えられた歪みに感度を有してもよい。信号処理ユニット１２０は、図示されていないが、そのような部品は、可撓性差動歪みセンサ１０２におけるように、可撓性差動歪みセンサ５０２の一部として含まれてもよいことが認識され、理解されるべきである。

しかしながら、可撓性差動歪みセンサ１０２とは対照的に、可撓性差動歪みセンサ５０２は、一般に、Ｕ字形状を形成する。その結果、第１の活性部分１０８は、相殺部分１１６から離隔される。したがって、可撓性差動歪みセンサ５０２は、Ｘ軸に沿って変形可能基板１０４の幅にわたる差動歪みに対しては可撓性差動歪みセンサ１０２よりも比較的感度が高いが、第１の感知素子１０６に近接する差動歪みに対しては比較的感度が低くてもよい。可撓性差動歪みセンサ１０２と可撓性差動歪みセンサ５０２との間の相対的な差異に関して議論された原理は、様々な代替の可撓性差動歪みセンサのいずれにも適用し得、その結果、様々な構成が所望に応じて実施されてもよいことを認識し、理解されたい。

図６は、例示的な実施形態における、３次元可撓性差動歪みセンサ６０２のトポロジである。３次元可撓性差動歪みセンサ６０２は、全ての３軸Ｘ、Ｙ、及びＺにおいて変形可能基板１０４上及び内部に配置される。したがって、図示の例では、導電性ゲル配線６０４は、上部主面６０６、下部主面６０８、及び上部主面６０６と下部主面６０８との間の変形可能基板１０４を貫通して配置された部分を含む。図示されるように、配線６０４は、頂点６１２にノード６１０をさらに含むが、本明細書に開示されるように、全ての頂点６１２がノード６１０ではなく、むしろ所望によりノード６１０として利用される。

トポロジは、例示の目的で提供され、長さは誇張されてもよく、比例する必要ないことが認識され、理解されるべきである。したがって、例えば、変形可能基板１０４が、例えば、シャツに使用される織物である場合、Ｘ軸及びＹ軸に沿った配線６０４の部分の長さは、数ミリメートル又は数センチメートルであってもよい一方、Ｚ軸に沿った配線６０４の長さは、数ミリメートル、例えば、１００マイクロメートル以下の少数であってもよい。様々な長さの他の例は、３次元可撓性差動歪みセンサ６０２が利用される状況に応じて企図される。

さらに、トポロジは、明確さの目的のために簡略化されたフォーマットで提供されるが、図４Ａ及び４Ｂに関して説明したグリッドパターンに類似する拡張された３次元グリッドパターンは、利用可能な配線６０４及びノード６１０の部分を増加させるために利用され得ることを認識し、理解されたい。図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、拡張されたグリッドパターンは、３次元可撓性差動歪みセンサ６０２の製造プロセスに対して比較的より高い適応性を許容し、及び／又は図６に示される立方体以外の３次元トポロジを許容してもよい。追加の３次元トポロジは、同様に、拡張された３次元グリッドの中間ステップなしにも実施されてもよい。

Ｚ軸に沿って延在する配線６０４の部分は、可撓性差動歪みセンサ１０２に関して提示される用語に基づいて、少なくとも１つの活性部分及び少なくとも１つの相殺部分、例えば、第３の活性部分及び第２の相殺部分を含む第３の感知素子６１４を形成すると理解され得る。３次元可撓性差動歪みセンサ６０２の図示されたトポロジが各軸に沿った配線６０４の複数の部分を含むと仮定すると、活性部分又は相殺部分としての各特定部分の識別は、主観的であり、歪みについて評価される変形可能基板１０４上の位置に依存して、任意の所定時点で変更されてもよい。したがって、信号処理ユニット１２０は、所望に応じて、配線６０４の任意の特定部分を活性部分又は相殺部分として利用してもよい。

２次元可撓性差動歪みセンサ１０２、５０２と同様に、ノード６１０は、信号処理ユニット１２０に結合され、ノード６１０の様々な組にわたるインピーダンスの分散は、一般に変形可能基板１０４及び３次元可撓性差動歪みセンサ６０２上に配置された３次元の歪みを識別するためのベクトルとして利用されてもよい。そのような例では、結果として生じるベクトルは、少なくともＸ１、Ｙ１、及びＺ１を含んでもよく、ベクトルを形成するためにどのノード６１０が利用されるかに基づいて、軸の一部又は全部に沿ったより多くの測定値を含んでもよい。さらに、信号処理ユニット１２０は、配線６０４の平行部分を利用して、平行軸に沿った歪みを相殺してもよい。したがって、Ｙ軸に沿った歪みを相殺するために、信号処理ユニット１２０は、例えば、様々な可能な順列のうち、Ｙ軸部分６１６ｂを含む２つのノード６１０同士の間のインピーダンスから、Ｙ軸部分６１６ａを含む２つのノード６１０同士の間のインピーダンスを減算し、又はＹ軸部分６１６ａを含む２つのノード６１０同士の間のインピーダンスから、Ｙ軸部分６１６ｃを含む２つのノード６１０同士の間のインピーダンスを減算してもよい。

いくつかの実施形態では、可撓性差動歪みセンサ１０２、５０２、６０２は、’７２７出願に開示される変形可能基板及び／又は導体等の感知素子のための１つ以上の変形可能な導体を使用して、可撓性及び／又は伸縮性歪みセンサとして実施してもよい。いくつかの実施形態では、歪みセンサ１０２、５０２、６０２は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる２０２０年２月２７日に公開された米国特許出願公開第２０２０／００６６６２８号公報に記載される材料及び／又は製造技術のいずれかを使用して製作してもよい。

歪みセンサ１０２、５０２、６０２は、本開示の原理に従って、材料の無数の組合せを使用して、多種多様な用途において使用され得る。例えば、可撓性及び／又は伸縮性歪みセンサ１０２、５０２、６０２は、衣料品、靴、帽子、バックパック、又は他のバッグ、工業用織物、室内装飾品、ジオテキスタイル、非織物膜、又は歪み感知が有用であり得る任意の他の製造物品に適用され、及び／又はそれらと一体化されてもよい。

いくつかの例示的な実施形態では、可撓性及び／又は伸縮性層（例えば、様々な熱硬化性フィルム、シート等、及び／又は熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ））で作製された歪みセンサ１０２、５０２、６０２は、シャツ又はベスト等のような衣料品に一体化され、物品を着用する人の呼吸を感知してもよい。センサは、センサ又はゲージの水平（Ｘ軸）部分が胸郭上にあり、着用者が立っている場合、水平線と平行となるように配置されてもよい。センサの垂直（Ｙ軸）部分は、着用者の背骨と位置合わせ、すなわち、着用者が立っている場合、水平線に対して垂直に配置されてもよい。かかる構成では、歪みセンサ１０２、５０２、６０２のＸ軸及びＹ軸部分の双方からの出力は、垂直（Ｙ軸）部分が着用者の背中の曲げに応答し得る場合、様々な状況において、着用者による呼吸に対する応答を提供し得る。

本明細書に開示されるように、本開示の発明の原理のいくつかは、異なる次元における刺激を区別し得る方法で、２つ以上の次元の（例えば、２つの異なる軸に沿った）刺激に感応し得る、歪みセンサ１０２、５０２、６０２に関する。例えば、センサは、２つの感知素子を含んでもよく、その各々は、異なる軸に沿って刺激を感知するように配置された活性部分を有していてもよい。感知素子の一方又は双方は、他方の感知素子の軸に沿った刺激の影響を相殺するように構成され得る相殺部分を有していてもよい。かかる配置は、例えば、測定しようとする方向と異なる方向における刺激の不要なノイズを相殺するために有用であり得る。

このような多軸歪みセンサ１０２、５０２、６０２は、人体のような複雑なシステムにおける入力を区別するために使用することができる。例えば、このような多軸センサシステムは、総運動動作、呼吸、及び筋肉屈曲によって引き起こされる筋肉寸法の変化を区別するために使用することができる。さらに、一例として、歪みセンサ１０２、５０２、６０２システムは、胸郭の拡張に伴って伸張し、胸郭の拡張を使用して呼吸を測定し得る、衣服に取り付けられた感知素子を含むことができる。しかしながら、胴体の曲げ等の他の動きも、センサを伸張させ、呼吸測定における潜在的な不正確さにつながり得る。しかしながら、歪みセンサ１０２、５０２、６０２が、その軸が脊椎に対して垂直に、かつ胸郭の一部の周りに延在するように配置された１つの感知素子と、その軸が脊椎と平行に延在するように配置された第２の感知素子とを含む場合、感知システムは、第２の感知素子の変形を通して胴体の曲げを検出し、第２の感知素子の変形によって生成された情報を使用して、胴体の曲げと呼吸とを区別し得る。歪みセンサ１０２、５０２、６０２によって生成されたデータは、第１のセンサの伸張のどの部分が呼吸に起因しないかを決定することによって、呼吸測定がより正確であることを保証する。

さらなる例として、多軸歪みセンサ１０２、５０２、６０２は、所定の総運動動作における異なる筋肉の動員の間、又は機械システムの異なる方向の動作の間を区別するために使用することができる。本開示に係る歪みセンサ１０２、５０２、６０２の別の例示的な用途は、堤防、レヴィ（ｌｅｖｉｅｓ）、又は他の土工構造物を補強するためのジオテキスタイルにおけるものであり、多軸センサは、正常沈降と、差し迫った崩壊を示し得る異常なスランピング又はシフトとを区別し得る。本開示に係る多軸歪みセンサ１０２、５０２、６０２の他の例示的な用途は、例えば、ヨット、ウィンドサーファー等のための帆、凧、パラシュート等を含む。追加の例は、関節接合部、形状記憶合金アクチュエータ等のような機械のためのカバー／クラッディングが挙げられる。さらに多くの例は、膨張可能なストラット、タイヤ、バルーン、ラフト等のような膨張可能な構造を含む。さらなる例は、感知及び／又は測定に有益であり得る方法で反る、曲がる、又は他の方法で変形し得る、シャーシ、フレーム、ハウジング等のような任意の構造を含む。

本明細書に記載される実施形態及び例示的な実施の詳細は、例示を目的とするものである。図面は、必ずしも縮尺通りに示されていない。本発明の原理は、これらの実施形態又は詳細に限定されない。本特許開示の複数の発明原理は、個々の有用性及び利益を有し得る。しかしながら、参照により組み込まれる部分を含む、本開示に記載される本発明の原理を組み合わせると、個々の部品が新規な方法で相互作用して相乗的な結果を提供することを可能にし得る。

本明細書に記載の物品に含まれる導電性ゲル等のような導電性組成物は、例えば、特に、酸化ガリウムが共晶ガリウム合金中に混合されたときに酸化ガリウムが組成物に付与し得る構造を利用することによって作製可能なペースト状又はゲル状の粘度を有することができる。共晶ガリウム合金に混合されると、酸化ガリウムは、本明細書にさらに記載されるマイクロ構造又はナノ構造を形成することができ、これは、共晶ガリウム合金のバルク材料特性を変化させることができる。

本明細書で使用するとき、用語「共晶」は、一般に、最も低い融点を有する組成物の２つ以上の相の混合物を指し、相は、この温度で溶融溶液から同時に結晶化する。共晶を得るための相の比率は、相図上の共晶点によって同定される。共晶合金の特徴の一つは、シャープな融点である。

導電性組成物は、導電性剪断減粘ゲル組成物として特徴付けることができる。本明細書に記載の導電性組成物は、ビンガムプラスチックの特性を有する組成物として特徴付けることもできる。例えば、導電性組成物は、低応力では剛性であり、高さ及び幅によって特徴付けられる３次元特徴を形成及び維持することができ、高応力では粘性流体として流動するようなビスコプラスチックであり得る。したがって、例えば、導電性組成物は、低せん断下で約１０，０００，０００ｃＰ～約４０，０００，０００ｃＰ、高せん断で約１５０～１８０の範囲の粘度を有することができる。例えば、低剪断の条件下で、組成物は、約１０，０００，０００ｃＰ、約１５，０００，０００ｃＰ、約２０，０００，０００ｃＰ、約２５，０００，０００ｃＰ、約３０，０００，０００ｃＰ、約４５，０００，０００ｃＰ、又は約４０，０００，０００ｃＰの粘度を有する。高剪断の条件下で、組成物は、約１５０ｃＰ、約１５５ｃＰ、約１６０ｃＰ、１６５ｃＰ、約１７０ｃＰ、約１７５ｃＰ、又は約１８０ｃＰの粘度を有する。

本明細書に記載の導電性材料は、約２×１０^５Ｓ／ｍ～約８×１０^５Ｓ／ｍの導電率等のような任意の好適な導電率を有することができる。

本明細書に記載の導電性組成物は、約－２０℃～約１０℃、約－１０℃～約５℃、約－５℃～約５℃又は約－５℃～約０℃の融点等のような任意の適切な融点を有することができる。

導電性組成物は、共晶ガリウム合金と酸化ガリウムとの混合物で構成することができ、共晶ガリウム合金と酸化ガリウムとの混合物は、約６７％～約９０％のような約５９．９％～約９９．９％の共晶ガリウム合金の重量百分率（ｗｔ％）、及び約０．２％～約１％のような約０．１％～約２．０％の酸化ガリウムのｗｔ％を有する。例えば、導電性組成物は、約６０％、約６１％、約６２％、約６３％、約６４％、約６５％、約６６％、約６７％、約６８％、約６９％、約７０％、約７１％、約７２％、約７３％、約７４％、約７５％、約７６％、約７７％、約７８％、約７９％、約８０％、約８１％、約８２％、約８３％、約８４％、約８５％、約８６％、約８７％、約８８％、約８９％、約９０％、約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、約９５％、約９６％、約９７％、約９８％、約９９％、又はそれ以上、例えば、約９９．９％の共晶ガリウム合金、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、約０．８％、約０．９％、約１．０％、約１．１％、約１．２％、約１．３％、約１．４％、約１．５％、約１．６％、約１．７％、約１．８％、約１．９％、及び約２．０％の酸化ガリウムを有することができる。

共晶ガリウム合金は、元素の任意の比率でガリウム－インジウム又はガリウム－インジウム－スズを含むことができる。例えば、共晶ガリウム合金は、ガリウム及びインジウムを含む。導電性組成物は、ガリウム－インジウム合金中のガリウムの任意の適切な重量％を有することができる。この重量％は、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、約５０％、約５１％、約５２％、約５３％、約５４％、約５５％、約５６％、約５７％、約５８％、約５９％、約６０％、約６１％、約６２％、約６３％、約６４％、約６５％、約６６％、約６７％、約６８％、約６９％、約７０％、約７１％、約７２％、約７３％、約７４％、約７５％、約７６％、約７７％、約７８％、約７９％、約８０％、約８１％、約８２％、約８３％、約８４％、約８５％、約８６％、約８７％、約８８％、約８９％、約９０％、約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、又は約９５％のような約４０％～約９５％である。

導電性組成物は、ガリウム－インジウム合金中のインジウムの重量％を有することができる。この重量％は、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１１％、約１２％、約１３％、約１４％、約１５％、約１６％、約１７％、約１８％、約１９％、約２０％、約２１％、約２２％、約２３％、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、約３５％、約３６％、約３７％、約３８％、約３９％、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、約５０％、約５１％、約５２％、約５３％、約５４％、約５５％、約５６％、約５７％、約５８％、約５９％、又は約６０％のような約５％～約６０％である。

共晶ガリウム合金は、ガリウム及びスズを含むことができる。例えば、導電性組成物は、合金中のスズの重量％を有することができる。この重量％は、約０．００１％、約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、約０．８％、約０．９％、約１％、約１．５％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１１％、約１２％、約１３％、約１４％、約１５％、約１６％、約１７％、約１８％、約１９％、約２０％、約２１％、約２２％、約２３％、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、約３５％、約３６％、約３７％、約３８％、約３９％、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、又は約５０％のような約０．００１％～約５０％である。

導電性組成物は、共晶ガリウム合金及び酸化ガリウムとブレンドされた１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロンスケール粒子を含むことができる。粒子は、共晶ガリウム合金又はガリウムで被覆され、酸化ガリウムでカプセル化されるか、又は前の方法で被覆されないで、共晶ガリウム合金中に懸濁させることができる。マイクロ又はサブミクロンスケールの粒子は、ナノメートルからマイクロメートルの範囲の大きさで、ガリウム、ガリウム－インジウム合金、又はガリウム－インジウム－スズ合金中に懸濁させることができる。合金に対する粒子の比は変化し、導電性組成物の流動特性を変化させることができる。マイクロ構造体及びナノ構造は、超音波処理又は他の適切な手段によって導電性組成物内に配合され得る。導電性組成物は、共晶ガリウム合金／酸化ガリウム混合物内にマイクロ構造及びナノ構造のコロイド懸濁液を含むことができる。

導電性組成物は、組成物内に分散された１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロンスケール粒子をさらに含むことができる。これは、共晶ガリウム合金又はガリウムで被覆され、酸化ガリウムでカプセル化されるか、又は前の方法で被覆されていない粒子を、導電性組成物内に、又は特に共晶ガリウム合金流体内に懸濁させることを含む、任意の適切な方法で達成することができる。これらの粒子は、ナノメートルからマイクロメートルのサイズの範囲であり、ガリウム、ガリウム－インジウム合金、又はガリウム－インジウム－スズ合金中に懸濁させられ得る。合金に対する粒子の比は、特に、合金及び導電性組成物のうちの少なくとも１つの流体特性を変化させるために、変化させることができる。さらに、特にその物理的、電気的、又は熱的特性を強化又は修正するために、コロイド懸濁液又は共晶ガリウム合金に任意の補助材料を添加することである。共晶ガリウム合金及び導電性配合物の少なくとも１つ内におけるマイクロ構造及びナノ構造の分布は、粒子を添加することなく、超音波処理又は他の機械的手段を含む任意の好適な方法によって達成することができる。特定の実施形態では、１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロン粒子は、共晶ガリウム合金及び導電性組成物の少なくとも１つと混合される。マイクロ粒子のｗｔ％は、約０．００１％～約４０．０％の間、例えば、約０．００１％、約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、約０．８％、約０．９％、約１％、約１．５％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１１％、約１２％、約１３％、約１４％、約１５％、約１６％、約１７％、約１８％、約１９％、約２０％、約２１％、約２２％、約２３％、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、約３５％、約３６％、約３７％、約３８％、約３９％、又は約４０％である。

１つ以上のミクロン又はサブミクロン粒子は、ソーダガラス、シリカ、ホウケイ酸ガラス、石英、酸化銅、銀被覆銅、非酸化銅、タングステン、過飽和スズ顆粒、ガラス、グラファイト、銀被覆銅球及び銀被覆銅フレークのような銀被覆銅、銅フレーク、若しくは銅球、又はそれらの組み合わせ、又は共晶ガリウム合金及び導電性組成物のうちの少なくとも１つによって濡らすことができる任意の他の材料を含む任意の適切な材料から作製することができる。１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロンスケール粒子は、スフェロイド、ロッド、チューブ、フレーク、プレート、立方体、角柱、ピラミッド、ケージ、及びデンドリマーの形状を含む、任意の適切な形状を有することができる。１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロンスケール粒子は、約０．５ミクロン～約６０ミクロンのサイズ範囲を含む任意の適切なサイズ、約０．５ミクロン、約０．６ミクロン、約０．７ミクロン、約０．８ミクロン、約０．９ミクロン、約１ミクロン、約１．５ミクロン、約２ミクロン、約３ミクロン、約４ミクロン、約５ミクロン、約６ミクロン、約７ミクロン、約８ミクロン、約９ミクロン、約１０ミクロン、約１１ミクロン、約１２ミクロン、約１３ミクロン、約１４ミクロン、約１５ミクロン、約１６ミクロン、約１７ミクロン、約１８ミクロン、約１９ミクロン、約２０ミクロン、約２１ミクロン、約２２ミクロン、約２３ミクロン、約２４ミクロン、約２５ミクロン、約２６ミクロン、約２７ミクロン、約２８ミクロン、約２９ミクロン、約３０ミクロン、約３１ミクロン、約３２ミクロン、約３３ミクロン、約３４ミクロン、約３５ミクロン、約３６ミクロン、約３７ミクロン、約３８ミクロン、約３９ミクロン、約４０ミクロン、約４１ミクロン、約４２ミクロン、約４３ミクロン、約４４ミクロン、約４５ミクロン、約４６ミクロン、約４７ミクロン、約４８ミクロン、約４９ミクロン、約５０ミクロン、約５１ミクロン、約５２ミクロン、約５３ミクロン、約５４ミクロン、約５５ミクロン、約５６ミクロン、約５７ミクロン、約５８ミクロン、約５９ミクロン、又は約６０ミクロンを有することができる。

本明細書に記載の導電性組成物は、共晶ガリウム合金の表面に形成された表面酸化物を、表面酸化物／合金界面の剪断混合によって共晶ガリウム合金のバルクに混合することからなる方法を含む、任意の適切な方法によって作製することができる。かかる組成物の剪断混合は、表面酸化物中に断面微細構造を誘発することにより、伝導性剪断減粘ゲル組成物を形成することができる。微細構造のコロイド懸濁液は、共晶ガリウム合金／酸化ガリウム混合物内に、例えば、酸化ガリウム粒子及び／又はシートとして形成することができる。

表面酸化物は、約５９．９％（重量）～約９９．９％の共晶ガリウム合金と、約０．１％（重量）～約２．０％の酸化ガリウムとの間の比率のような任意の適切な比率で混合することができる。例えば、酸化ガリウムと混合されるガリウム合金の重量百分率は、約６０％、６１％、約６２％、約６３％、約６４％、約６５％、約６６％、約６７％、約６８％、約６９％、約７０％、約７１％、約７２％、約７３％、約７４％、約７５％、約７６％、約７７％、約７８％、約７９％、約８０％、約８１％、約８２％、約８３％、約８４％、約８５％、約８６％、約８７％、約８８％、約８９％、約９０％、約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、約９５％、約９６％、約９７％、約９８％、約９９％、又はそれ以上（例えば、約９９．９％）の共晶ガリウム合金である一方、酸化ガリウムの重量百分率は、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、約０．８％、約０．９％、約１．０％、約１．１％、約１．２％、約１．３％、約１．４％、約１．５％、約１．６％、約１．７％、約１．８％、約１．９％、及び約２．０％の酸化ガリウムである。実施形態では、共晶ガリウム合金は、列挙された元素の任意の比率でガリウム－インジウム又はガリウム－インジウム－スズを含むことができる。例えば、共晶ガリウム合金は、ガリウム及びインジウムを含むことができる。

ガリウム－インジウム合金中のガリウムの重量百分率は、約４０％～約９５％、例えば、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、約５０％、約５１％、約５２％、約５３％、約５４％、約５５％、約５６％、約５７％、約５８％、約５９％、約６０％、約６１％、約６２％、約６３％、約６４％、約６５％、約６６％、約６７％、約６８％、約６９％、約７０％、約７１％、約７２％、約７３％、約７４％、約７５％、約７６％、約７７％、約７８％、約７９％、約８０％、約８１％、約８２％、約８３％、約８４％、約８５％、約８６％、約８７％、約８８％、約８９％、約９０％、約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、又は約９５％であり得る。

代替的に又は追加的に、ガリウム－インジウム合金中のインジウムの重量百分率は、約５％～約６０％、例えば、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１１％、約１２％、約１３％、約１４％、約１５％、約１６％、約１７％、約１８％、約１９％、約２０％、約２１％、約２２％、約２３％、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、約３５％、約３６％、約３７％、約３８％、約３９％、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、約５０％、約５１％、約５２％、約５３％、約５４％、約５５％、約５６％、約５７％、約５８％、約５９％、又は約６０％であり得る。

共晶ガリウム合金は、ガリウム、インジウム及びスズを含むことができる。ガリウム－インジウム－スズ合金中のスズの重量百分率は、約０．００１％～約５０％、例えば、約０．００１％、約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、約０．８％、約０．９％、約１％、約１．５％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１１％、約１２％、約１３％、約１４％、約１５％、約１６％、約１７％、約１８％、約１９％、約２０％、約２１％、約２２％、約２３％、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、約３５％、約３６％、約３７％、約３８％、約３９％、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、又は約５０％であり得る。

ガリウム－インジウム－スズ合金中のガリウムの重量百分率は、約４０％～約９５％、例えば、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、約５０％、約５１％、約５２％、約５３％、約５４％、約５５％、約５６％、約５７％、約５８％、約５９％、約６０％、約６１％、約６２％、約６３％、約６４％、約６５％、約６６％、約６７％、約６８％、約６９％、約７０％、約７１％、約７２％、約７３％、約７４％、約７５％、約７６％、約７７％、約７８％、約７９％、約８０％、約８１％、約８２％、約８３％、約８４％、約８５％、約８６％、約８７％、約８８％、約８９％、約９０％、約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、又は約９５％であり得る。

代替的に又は追加的に、ガリウム－インジウム－スズ合金中のインジウムの重量百分率は、約５％～約６０％、例えば、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１１％、約１２％、約１３％、約１４％、約１５％、約１６％、約１７％、約１８％、約１９％、約２０％、約２１％、約２２％、約２３％、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、約３５％、約３６％、約３７％、約３８％、約３９％、約４０％、約４１％、約４２％、約４３％、約４４％、約４５％、約４６％、約４７％、約４８％、約４９％、約５０％、約５１％、約５２％、約５３％、約５４％、約５５％、約５６％、約５７％、約５８％、約５９％、又は約６０％であり得る。

１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロンスケール粒子は、共晶ガリウム合金及び酸化ガリウムと混合されることができる。例えば、１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロン粒子は、混合物中に混合することができる。組成物中のマイクロ粒子のｗｔ％は、約０．００１％～約４０．０％、例えば、約０．００１％、約０．００５％、約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、約０．８％、約０．９％、約１％、約１．５％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、約１０％、約１１％、約１２％、約１３％、約１４％、約１５％、約１６％、約１ １８％、約１９％、約２０％、約２１％、約２２％、約２３％、約２４％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、約３５％、約３６％、約３７％、約３８％、約３９％、又は約４０％である。実施形態では、粒子は、ソーダガラス、シリカ、ホウケイ酸ガラス、石英、酸化銅、銀被覆銅、非酸化銅、タングステン、過飽和スズ顆粒、ガラス、グラファイト、銀被覆銅球及び銀被覆銅フレークのような銀被覆銅、銅フレーク若しくは銅球、又はそれらの組み合わせ、又はガリウムによって湿潤され得る任意の他の材料であり得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロンスケール粒子は、スフェロイド、ロッド、チューブ、フレーク、プレート、立方体、角柱、ピラミッド、ケージ、及びデンドリマーの形状である。特定の実施形態では、１つ以上のマイクロ粒子又はサブミクロンスケール粒子は、約０．５ミクロン～約６０ミクロンのサイズ範囲、約０．５ミクロン、約０．６ミクロン、約０．７ミクロン、約０．８ミクロン、約０．９ミクロン、約１ミクロン、約１．５ミクロン、約２ミクロン、約３ミクロン、約４ミクロン、約５ミクロン、約６ミクロン、約７ミクロン、約８ミクロン、約９ミクロン、約１０ミクロン、約１１ミクロン、約１２ミクロン、約１３ミクロン、約１４ミクロン、約１５ミクロン、約１６ミクロン、約１７ミクロン、約１８ミクロン、約１９ミクロン、約２０ミクロン、約２１ミクロン、約２２ミクロン、約２３ミクロン、約２４ミクロン、約２５ミクロン、約２６ミクロン、約２７ミクロン、約２８ミクロン、約２９ミクロン、約３０ミクロ、約３１ミクロン、約３２ミクロン、約３３ミクロン、約３４ミクロン、約３５ミクロン、約３６ミクロン、約３７ミクロン、約３８ミクロン、約３９ミクロン、約４０ミクロン、約４１ミクロン、約４２ミクロン、約４３ミクロン、約４４ミクロン、約４５ミクロン、約４６ミクロン、約４７ミクロン、約４８ミクロン、約４９ミクロン、約５０ミクロン、約５１ミクロン、約５２ミクロン、約５３ミクロン、約５４ミクロン、約５５ミクロン、約５６ミクロン、約５７ミクロン、約５８ミクロン、約５９ミクロン、又は約６０ミクロンである。

実施例

実施例１は、第１の軸と、第１の軸とは異なる第２の軸とを有する変形可能基板と、第１の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置された導電性ゲルを備える第１の感知素子と、第１の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置された第１の部分と、第２の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置された第２の部分とを有する導電性ゲルを備える第２の感知素子とを備える可撓性差動歪みセンサであり、第２の感知素子は、第１の軸に沿って第１の感知素子によって感知された刺激の少なくとも一部を相殺するように配置される。

実施例２では、実施例１の主題は、第１及び第２の感知素子の導電性ゲルの電気インピーダンスが、変形可能基板上の歪みの変化に応答して変化し、第１及び第２の感知素子が、少なくとも部分的にインピーダンスの変化に基づいて歪みを感知するように構成されることを含む。

実施例３では、実施例２の主題は、第１の感知素子及び第２の感知素子に動作可能に結合され、第１の感知素子からのインピーダンスの変化から第２の感知素子からのインピーダンスの変化を減算することによって、第１の軸に沿った歪みを判定するように構成される信号処理ユニットを含む。

実施例４では、実施例３の主題は、信号処理ユニットが第１の感知要素からのインピーダンスの変化に基づいて、第２の軸に沿った歪みを判定するようにさらに構成されることを含む。

実施例５では、実施例４の主題は、信号処理ユニットが第１の軸に沿った、且つ第２の軸に沿った、歪みを示すベクトルを出力するようにさらに構成されることを含む。

実施例６では、実施例５の主題は、ベクトルが初期歪みに対する変形可能基板上の歪みの変化率を示すことを含む。

実施例７では、実施例６の主題は、歪みの変化率が変形可能基板の変形の変化率に対応することを含む。

実施例８では、実施例２～７の主題は、第１の軸が第２の軸に直交し、変形可能基板が第１及び第２の軸に直交する第３の軸をさらに有し、少なくとも第３の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置された導電性ゲルを備える第３の感知素子をさらに備えることを含む。

実施例９では、実施例１～８の主題は、第１の感知部分が第１の活性部分を含み、第２の感知部分が第２の活性部分及び相殺部分を含み、第１の活性部分、第２の活性部分、及び相殺部分の各々が、それぞれの第１の活性部分、第２の活性部分、及び相殺部分に加えられた歪みに少なくとも部分的に基づく可変インピーダンスを含むことを含む。

実施例１０では、実施例１～９の主題は、変形可能基板が、構造上の歪みを決定するために、構造に取り付けられるように構成されることを含む。

実施例１１は、第１の軸と、第１の軸とは異なる第２の軸とを有する変形可能基板を得ることと、変形可能基板上に、第１の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するための導電性ゲルを含む第１の感知素子を配置することと、変形可能基板上に、第１の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するための第１の部分と、第２の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するために配置された第２の部分とを備える導電性ゲルを含む第２の感知素子を配置することとを含み、第２の感知素子は、第１の軸に沿って第１の感知素子によって感知された刺激の少なくとも一部を相殺するように配置される可撓性差動歪みセンサの作製方法。

実施例１２では、実施例１１の主題は、第１及び第２の感知素子の導電性ゲルの電気インピーダンスが、変形可能基板上の歪みの変化に応答して変化し、第１及び第２の感知素子が、少なくとも部分的にインピーダンスの変化に基づいて歪みを感知するように構成されることを含む。

実施例１３では、実施例１２の主題は、信号処理ユニットを第１の感知素子及び第２の感知素子に動作可能に結合することをさらに含み、信号処理ユニットは、第１の感知素子からのインピーダンスの変化から第２の感知素子からのインピーダンスの変化を減算することによって、第１の軸に沿った歪みを判定するように構成される。

実施例１４では、実施例１３の主題は、信号処理ユニットが第１の感知素子からのインピーダンスの変化に基づいて、第２の軸に沿った歪みを判定するようにさらに構成されることを含む。

実施例１５では、実施例１４の主題は、信号処理ユニットが第１の軸に沿った及び第２の軸に沿った歪みを示すベクトルを出力するようにさらに構成されることを含む。

実施例１６では、実施例１５の主題は、ベクトルが初期歪みに対する変形可能基板上の歪みの変化率を示すことを含む。

実施例１７では、実施例１６の主題は、歪みの変化率が変形可能基板の変形の変化率に対応することを含む。

実施例１８では、実施例１２～１７の主題は、第１の軸が第２の軸に直交し、変形可能基板が第１及び第２の軸に直交する第３の軸をさらに有し、少なくとも第３の軸に沿って変形可能基板内の歪みを感知するために、導電性ゲルを含む第３の感知素子を変形可能基板上に配置することをさらに含むことを含む。

実施例１９では、実施例１１～１８の主題は、第１の感知部分が第１の活性部分を含み、第２の感知部分が第２の活性部分及び相殺部分を含み、第１の活性部分、第２の活性部分、及び相殺部分の各々が、それぞれの第１の活性部分、第２の活性部分、及び相殺部分に加えられた歪みに少なくとも部分的に基づく可変インピーダンスを含むことを含む。

実施例２０では、実施例１１～１９の主題は、変形可能基板が、構造上の歪みを判定するために構造に取り付けられるように構成されることを含む。

実施例２１は、処理回路によって実行されると、処理回路に実施例１～２０のいずれかの操作を実行させる命令を含む少なくとも１つの機械可読媒体である。

実施例２２は、実施例１～２０のいずれかを実施する手段を含む装置である。

実施例２３は、実施例１～２０のいずれかを実施するシステムである。

実施例２４は、例１～２０のいずれかを使用する方法である。

本明細書のいくつかの部分は、機械メモリ（例えば、コンピュータメモリ）内のビット又はバイナリデジタル信号として記憶されたデータに対する演算のアルゴリズム又は記号表現の観点から提示される。これらのアルゴリズム又は記号表現は、データ処理技術における当業者が、他の当業者に自分の仕事の内容を伝えるために使用する技術の例である。本明細書で使用される「アルゴリズム」とは、所望の結果をもたらす自己矛盾のない操作又は同様の処理のシーケンスである。この文脈では、アルゴリズム及び動作が物理量の物理的操作を含む。必ずしも必要ではないが、典型的には、そのような量は、機械によって記憶、アクセス、転送、結合、比較、又はその他の方法で操作することが可能な電気、磁気、又は光信号の形態をとることができる。主に一般的な使用の理由から、「データ」、「コンテンツ」、「ビット」、「値」、「要素」、「記号」、「文字」、「用語」、「数字」、「数字」等のような用語を使用して、そのような信号を参照することが時に便利である。しかしながら、これらの用語は、単に便利なラベルに過ぎず、適切な物理量と関連付けられるべきである。

特に断らない限り、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」、「提示」、「表示」等のような用語を使用する本明細書の説明は、１つ以上のメモリ（例えば、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、又はそれらの任意の適切な組合せ）、レジスタ、又は情報を受信、保存、送信、又は表示する他の機械部品内の物理的（例えば、電子、磁気、又は光学）量として表されるデータを操作又は変換する機械（例えば、コンピュータ）のアクション又はプロセスを指し得る。さらに、特に断らない限り、用語「ａ」又は「ａｎ」は、本明細書において、特許文献において一般的なように、１つ又は２つ以上の例を含むように使用される。最後に、本明細書で使用される「又は」なる用語は、特に断らない限り、非排他的な「又は」を指す。

Claims (20)

1. 第１の軸と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を有する変形可能基板と、
   前記第１の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置された導電性ゲルを備える第１の感知素子と、
   前記第１の軸に沿った変形可能基板内の歪みを感知するように配置された第１の部分と、前記第２の軸に沿った前記変形可能基板内の歪みを感知するように配置された第２の部分とを有する導電性ゲルを備える第２の感知素子とを備え、
   前記第２の感知素子は、前記第１の軸に沿って前記第１の感知素子によって感知された刺激の少なくとも一部を相殺するように配置される、可撓性差動歪みセンサ。
2. 前記第１及び第２の感知素子の前記導電性ゲルの電気インピーダンスは、前記変形可能基板上の歪みの変化に応答して変化し、前記第１及び第２の感知素子は、少なくとも部分的にインピーダンスの変化に基づいて前記歪みを感知するように構成される、請求項１に記載の可撓性差動歪みセンサ。
3. 前記第１の感知素子及び前記第２の感知素子に動作可能に結合され、前記第１の感知素子からのインピーダンスの変化から前記第２の感知素子からのインピーダンスの変化を減算することによって、前記第１の軸に沿った前記歪みを判定するように構成された信号処理ユニットをさらに備える、請求項２に記載の可撓性差差動歪みセンサ。
4. 前記信号処理ユニットは、前記第１の感知素子からのインピーダンスの変化に基づいて、前記第２の軸に沿った前記歪みを判定するようにさらに構成される、請求項３に記載の可撓性差動歪みセンサ。
5. 前記信号処理ユニットは、前記第１の軸に沿った、且つ前記第２の軸に沿った、前記歪みを示すベクトルを出力するようにさらに構成される、請求項４に記載の可撓性差動歪みセンサ。
6. 前記ベクトルは、初期歪みに対する前記変形可能基板上の歪みの変化率を示す、請求項５に記載の可撓性差動歪みセンサ。
7. 前記歪みの変化率は、前記変形可能基板の変形の変化率に対応する、請求項６に記載の可撓性差動歪みセンサ。
8. 前記第１の軸が前記第２の軸に直交し、前記変形可能基板が前記第１及び前記第２の軸に直交する第３の軸をさらに有し、
   少なくとも前記第３の軸に沿った前記変形可能基板内の歪みを感知するように配置された導電性ゲルを備える第３の感知素子をさらに備える、請求項２に記載の可撓性差動歪みセンサ。
9. 前記第１の感知部分は、第１の活性部分を含み、前記第２の感知部分は、第２の活性部分及び相殺部分を含み、前記第１の活性部分、前記第２の活性部分、及び前記相殺部分の各々は、それぞれの第１の活性部分、前記第２の活性部分、及び前記相殺部分に加えられた歪みに少なくとも部分的に基づく可変インピーダンスを含む、請求項１に記載の可撓性差動歪みセンサ。
10. 前記変形可能基板は、構造上の歪みを決定するために、前記構造に取り付けられるように構成される、請求項１に記載の可撓性差動歪みセンサ。
11. 第１の軸と、前記第１の軸とは異なる第２の軸とを有する変形可能基板を得る工程と、
    前記変形可能基板上に、前記第１の軸に沿った前記変形可能基板内の歪みを感知するための導電性ゲルを含む第１の感知素子を配置する工程と、
    前記変形可能基板上に、前記第１の軸に沿った前記変形可能基板内の歪みを感知するための第１の部分と、前記第２の軸に沿って前記変形可能基板内の歪みを感知するために配置された第２の部分とを備える導電性ゲルを含む第２の感知素子を配置する工程とを含み、
    第２の感知素子は、前記第１の軸に沿って前記第１の感知素子によって感知された前記刺激の少なくとも一部を相殺するように配置される、可撓性差動歪みセンサの作製方法。
12. 前記第１及び第２の感知素子の前記導電性ゲルの電気インピーダンスは、前記変形可能基板上の歪みの変化に応答して変化し、前記第１及び第２の感知素子は、少なくとも部分的にインピーダンスの変化に基づいて前記歪みを感知するように構成される、請求項１１に記載の方法。
13. 信号処理ユニットを前記第１の感知素子及び前記第２の感知素子に動作可能に結合する工程をさらに含み、前記信号処理ユニットは、前記第１の感知素子からのインピーダンスの変化から前記第２の感知素子からのインピーダンスの変化を減算することによって、前記第１の軸に沿った前記歪みを判定するように構成される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記信号処理ユニットは、前記第１の感知素子からのインピーダンスの変化に基づいて、前記第２の軸に沿った前記歪みを判定するようにさらに構成される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記信号処理ユニットは、前記第１の軸に沿った及び前記第２の軸に沿った前記歪みを示すベクトルを出力するようにさらに構成される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ベクトルが、初期歪みに対する前記変形可能な基材上の歪みの変化率を示す、請求項１５に記載の方法。
17. 前記歪みの変化率は、前記変形可能な基材の変形の変化率に対応する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１の軸は、前記第２の軸に直交し、前記変形可能基板は、前記第１及び第２の軸に直交する第３の軸をさらに有し、
    少なくとも前記第３の軸に沿って前記変形可能基板内の歪みを感知するために、導電性ゲルを含む第３の感知素子を前記変形可能基板上に配置することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
19. 前記第１の感知部分は、第１の活性部分を含み、前記第２の活性部分は、第２の活性部分及び相殺部分を含み、前記第１の活性部分、前記第２の活性部分、及び前記相殺部分の各々が、それぞれの前記第１の活性部分、前記第２の活性部分、及び前記相殺部分に加えられた歪みに少なくとも部分的に基づく可変インピーダンスを含む、請求項１１に記載の方法。
20. 前記変形可能基板は、前記構造上の歪みを判定するために、前記構造に取り付けられるように構成される、請求項１１に記載の方法。

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