JP7403853B2 - 可動アイテムおよびそれのユーザにより着用されるウェアラブルアイテム、ならびに可動アイテムの動作を監視または制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

可動アイテムおよびそれのユーザにより着用されるウェアラブルアイテム、ならびに可動アイテムの動作を監視または制御するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

本発明は、可動アイテムおよびそれのユーザにより着用されるウェアラブルアイテム、ならびに可動アイテム(特に推進アイテム(これは、歩行補助具、車椅子および車両(例えば、自転車、自動車(例えば、高性能自動車(例えばF1またはレーシングカー))、バイク(例えば、高性能バイク(例えば、レーシングバイク))、列車または航空機(例えば、旅客機または戦闘機)を包含する)))の動作を監視または制御するためのシステムおよび方法に関する。
推進アイテムの機能およびそのユーザに関連するパラメータの測定は現在行われており、そして性能を評価するためにアドホックな方法で利用されている。
本発明者は、回路およびコンポーネント(機能エレメントを含む)の統合は繊維複合構造体の構造レイアップで行われ得ると認識して、可動アイテム(特に推進アイテム)およびそれのコンポーネント、ならびに可動アイテムの動作を監視または制御するためのシステムおよび方法を考案した。
(可動アイテム)
1つの局面では、本発明は、可動アイテムの動作を監視または制御するためのシステムまたは方法を提供し、このシステムまたは方法は、可動アイテムと、当該可動アイテムから情報を受信し、受信した情報を処理し、当該可動アイテムの動作に関連する情報を提供する処理ユニットとを含む。
1つの実施形態では、可動アイテムは推進アイテムであり、必要に応じて、推進アイテムは、(i)車両(必要に応じて、車両は自転車、自動車、バイク、列車、航空機または車椅子である)、または(ii)歩行補助具(必要に応じて、歩行フレーム)である。
1つの実施形態では、推進アイテムは、(i)ユーザによって推進される自走アイテムであるか、または(ii)原動機(必要に応じて電気モータまたは燃焼エンジン)によって推進される。
1つの実施形態では、可動アイテムは、情報を無線で送信および/または受信するためのコミュニケータをさらに含む。
1つの実施形態では、可動アイテムは、パラメータを感知するための少なくとも1つのセンサ(必要に応じて、複数のパラメータを感知するための複数のセンサ)を組み込む本体を含み、必要に応じて、本体は回路を組み込み、必要に応じて、本体は電源を組み込んでいる。
1つの実施形態では、本体は、少なくとも1つのセンサを組み込んだ繊維複合構造体を含み、必要に応じて、繊維複合構造体は、回路および/または電源を組み込んでいる。
1つの実施形態では、本体は以下を含む:
(i)可動アイテムに加えられた圧力(必要に応じて下向きの垂直圧力)を測定するための少なくとも1つの圧力計(必要に応じてひずみゲージ);
(ii)可動アイテムの横方向の動きを測定するための少なくとも1つのモーションセンサ(必要に応じて、ひずみゲージ)(必要に応じて複数のモーションセンサ);
(iii)可動アイテムの加速度を測定するための少なくとも1つの加速度センサ(必要に応じて、加速度計);
(iv)可動アイテムの振動を測定するための少なくとも1つの振動センサ(必要に応じて、加速度計)(必要に応じて、複数の振動センサ);
(v)気温を測定するための少なくとも1つの温度センサ(必要に応じて、熱電対);
(vi)湿度を測定するための少なくとも1つの湿度センサ(必要に応じて、圧電センサ);
(vii)可動アイテムの偏揺れを測定するための少なくとも1つの偏揺れセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(viii)可動アイテムのピッチを測定するための少なくとも1つのピッチセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(ix)可動アイテムのロールを測定するための少なくとも1つのロールセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(x)風速を測定するための少なくとも1つの風センサ(必要に応じて、風速計)(必要に応じて、複数の風速(必要に応じて、向かい風および横風のもの)を測定するための複数の風センサ);および/または
(xi)可動アイテムを識別するため少なくとも1つのIDセンサ(必要に応じて、RFID)。
1つの実施形態では、処理ユニットによって提供される情報は、少なくとも1つの制御入力(必要に応じて、複数の制御入力)を含み、可動アイテム(必要に応じて、可動アイテムの本体)は、複数の構成を有しかつ少なくとも1つの制御入力に応答して構成可能である少なくとも1つの適応エレメントを含む。
1つの実施形態では、可動アイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された材料特性を有するように構成可能な構造適応材料で形成され、必要に応じて、構造適応材料の材料特性は電気信号によって規定され、必要に応じて、構造適応材料は、少なくとも1つの制御入力に対応する規定された剛性、弾力性、および/または衝撃吸収を示すように構成可能である。
1つの実施形態では、可動アイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された構造構成を有するように構成可能である少なくとも1つの再構成可能な構造エレメントを含み、必要に応じて、構造構成は電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、可動アイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、可動アイテムの運動に対する規定された抵抗を提供するように構成可能である運動抵抗部材、必要に応じて地面と接触可能な地面接触部材、必要に応じてブレーキ付き車輪配置、を含み、必要に応じて、運動抵抗部材の構成は、電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、可動アイテムは、ユーザが座るシートまたはユーザが可動アイテムを把持する少なくとも1つのグリップ部材を含み、そしてシートまたは少なくとも1つのグリップ部材は、少なくとも1つのパラメータを感知するための少なくとも1つのセンサ(必要に応じて、複数のパラメータを感知するための複数のセンサ)を含む。
1つの実施形態では、シートまたは少なくとも1つのグリップ部材は、以下を含む:
(i)シートまたは少なくとも1つのグリップ部材に適用されるユーザの体重を測定するための重量センサ(必要に応じて、力感知抵抗器);および/または
(ii)シートまたは少なくとも1つのグリップ部材上のユーザの位置を感知するための少なくとも1つの位置センサ(必要に応じてポテンショメータまたはリニアエンコーダ)(必要に応じて、複数の位置センサ)(必要に応じて、シートまたは少なくとも1つのグリップ部材上のユーザの水平位置を測定するための第1の位置センサ(必要に応じて、ポテンショメータ)およびシートまたは少なくとも1つのグリップ部材上のユーザの横方向または中心位置を測定するための第2の位置センサ(必要に応じて、リニアエンコーダ))。
1つの実施形態では、システムまたは方法は、性能に関する情報をユーザに提示する少なくとも1つの情報ユニットをさらに含み、必要に応じて、少なくとも1つの情報ユニットは、
(i)ユーザに情報を提示するための視覚ディスプレイ;
(ii)ユーザに情報を提示するための可聴ソース;および/または
(iii)ユーザに情報(必要に応じて、ユーザに視覚情報と聴覚情報の一方または両方)を提示するための眼鏡を含む。
1つの実施形態では、システムまたは方法は、ユーザにより着用され、かつユーザの少なくとも1つのパラメータを感知するための少なくとも1つのセンサ(必要に応じてユーザの複数のパラメータを感知するための複数のセンサ)を含むウェアラブルアイテムをさらに含む。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムは、必要に応じて可動アイテムのコミュニケータを介して、無線で情報を送信および/または受信するためのコミュニケータをさらに含む。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムは、以下を含む:
(i)衣類(必要に応じて、ベスト、Tシャツ、ズボン、下着または靴下);および/または
(ii)時計または宝飾品(必要に応じて、ブレスレット)。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムは、以下を含む:
(i)ユーザの体温を測定するための少なくとも1つの温度センサ(必要に応じて、熱電対);
(ii)ユーザの心拍数を測定するための少なくとも1つの心拍数センサ(必要に応じて、赤外線センサ);
(iii)ユーザの発汗を測定するための少なくとも1つの発汗検出器(必要に応じて、圧電センサ);
(iv)ユーザの動き(必要に応じて、ユーザの横方向の動き)を測定するための少なくとも1つのモーションセンサ(必要に応じて、ひずみゲージ)(必要に応じて、複数のモーションセンサ);
(v)ユーザの加速度を測定するための少なくとも1つの加速度センサ(必要に応じて、加速度計);
(vi)ユーザの偏揺れを測定するための少なくとも1つの偏揺れセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(vii)ユーザのピッチを測定するための少なくとも1つのピッチセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(viii)ユーザのロールを測定するための少なくとも1つのロールセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);および/または
(ix)ユーザを識別するための少なくとも1つのIDセンサ(必要に応じて、RFID)。
1つの実施形態では、処理ユニットによって提供される情報は、少なくとも1つの制御入力(必要に応じて、複数の制御入力)を含み、ウェアラブルアイテムは、複数の構成を有しかつ少なくとも1つの制御入力に応答して構成可能である少なくとも1つの適応エレメントを含む。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された材料特性を有するように構成可能な構造適応材料で形成され、必要に応じて、構造適応材料の材料特性は電気信号によって規定され、必要に応じて、構造適応材料は、少なくとも1つの制御入力に対応する規定された剛性および/または弾力性を示すように構成可能である。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された構成を有するように構成可能である少なくとも1つの再構成可能なエレメント(必要に応じて、アクチュエータ)を含み、必要に応じて、構成は電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、処理ユニットは、以下のように構成される:
(i)可動アイテムの性能を制御または改善するように、ウェアラブルアイテムの少なくとも1つの適応エレメントを自動的に調整すること;または
(ii)可動アイテムの性能を制御または改善するように、少なくとも1つのタスク(必要に応じて、複数のタスク)を実行するようにユーザに促すこと。必要に応じて、少なくとも1つのタスクは、以下を含む:
(a)ウェアラブルアイテムの少なくとも1つの適応エレメントの調整;
(b)可動アイテムに対するユーザの位置の調整;
(c)可動アイテムに関連するユーザの体重の再配分;および/または
(d)可動アイテムを動かす際にユーザが可動アイテムに加える力の調整;および/または
(e)ユーザの食物摂取量および/またはユーザの液体摂取量の一方または両方の調整。
1つの実施形態では、処理ユニットは、必要に応じてインターネットまたは移動通信プロトコルによって、可動アイテムに無線接続されている処理センターであり、必要に応じて、(i)処理ユニットは、可動アイテムから離れた固定位置に配置されているか、または(ii)処理ユニットは、携帯電話に実装されている。
(ウェアラブルアイテム)
1つの局面では、本発明は、可動アイテムの動作を監視または制御するためのシステムまたは方法を提供し、このシステムまたは方法は、可動アイテムを使用するときにユーザにより着用されるウェアラブルアイテムと、当該可動アイテムから情報を受信し、受信した情報を処理し、当該可動アイテムの動作に関連する情報を提供する処理ユニットとを含む。
1つの実施形態では、可動アイテムは推進アイテムであり、必要に応じて、推進アイテムは、(i)車両(必要に応じて、車両は自転車、自動車、バイク、列車、航空機または車椅子である)、または(ii)歩行補助具(必要に応じて、歩行フレーム)である。
1つの実施形態では、推進アイテムは、(i)ユーザによって推進される自走アイテムであるか、または(ii)原動機(必要に応じて電気モータまたは燃焼エンジン)によって推進される。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムは、情報を無線で送信および/または受信するためのコミュニケータをさらに含む。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムは以下を含む:
(i)衣類(必要に応じて、ベスト、Tシャツ、ズボン、下着または靴下);および/または
(ii)時計または宝飾品(必要に応じて、ブレスレット)。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムは、パラメータを感知するための少なくとも1つのセンサ(必要に応じて、複数のパラメータを感知するための複数のセンサ)を組み込んでおり、必要に応じて、ウェアラブルアイテムは回路を組み込んでおり、必要に応じて、ウェアラブルアイテムは電源を組み込んでいる。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムは、以下を含む:
(i)ユーザの体温を測定するための少なくとも1つの温度センサ(必要に応じて、熱電対);
(ii)ユーザの心拍数を測定するための少なくとも1つの心拍数センサ(必要に応じて、赤外線センサ);
(iii)ユーザの発汗を測定するための少なくとも1つの発汗検出器(必要に応じて、圧電センサ);
(iv)ユーザの動き(必要に応じて、ユーザの横方向の動き)を測定するための少なくとも1つのモーションセンサ(必要に応じて、ひずみゲージ)(必要に応じて、複数のモーションセンサ);
(v)ユーザの加速度を測定するための少なくとも1つの加速度センサ(必要に応じて、加速度計);
(vi)ユーザの偏揺れを測定するための少なくとも1つの偏揺れセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(vii)ユーザのピッチを測定するための少なくとも1つのピッチセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(viii)ユーザのロールを測定するための少なくとも1つのロールセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);および/または
(ix)ユーザを識別するための少なくとも1つのIDセンサ(必要に応じて、RFID)。
1つの実施形態では、処理ユニットによって提供される情報は、少なくとも1つの制御入力(必要に応じて、複数の制御入力)を含み、ウェアラブルアイテムは、複数の構成を有しかつ少なくとも1つの制御入力に応答して構成可能である少なくとも1つの適応エレメントを含む。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された材料特性を有するように構成可能な構造適応材料で形成され、必要に応じて、構造適応材料の材料特性は電気信号によって規定され、必要に応じて、構造適応材料は、少なくとも1つの制御入力に対応する規定された剛性および/または弾力性を示すように構成可能である。
1つの実施形態では、ウェアラブルアイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された構成を有するように構成可能である少なくとも1つの再構成可能なエレメント(必要に応じて、アクチュエータ)を含み、必要に応じて、構成は電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、処理ユニットによって提供される情報は、少なくとも1つの制御入力(必要に応じて、複数の制御入力)を含み、可動アイテムは、複数の構成を有しかつ少なくとも1つの制御入力に応答して構成可能である少なくとも1つの適応エレメントを含む。
1つの実施形態では、可動アイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された材料特性を有するように構成可能な構造適応材料で形成され、必要に応じて、構造適応材料の材料特性は電気信号によって規定され、必要に応じて、構造適応材料は、少なくとも1つの制御入力に対応する規定された剛性、弾力性、および/または衝撃吸収を示すように構成可能である。
1つの実施形態では、可動アイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された構造構成を有するように構成可能である少なくとも1つの再構成可能な構造エレメントを含み、必要に応じて、構造構成は電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、可動アイテムの少なくとも1つの適応エレメントは、可動アイテムの運動に対する規定された抵抗を提供するように構成可能である運動抵抗部材、必要に応じて地面と接触可能な地面接触部材、必要に応じてブレーキ付き車輪配置、を含み、必要に応じて、運動抵抗部材の構成は、電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、システムまたは方法は、性能に関する情報をユーザに提示する少なくとも1つの情報ユニットをさらに含み、必要に応じて、少なくとも1つの情報ユニットは、
(i)ユーザに情報を提示するための視覚的ディスプレイ;
(ii)ユーザに情報を提示するための可聴ソース;および/または
(iii)ユーザに情報(必要に応じて、ユーザに視覚情報と聴覚情報の一方または両方)を提示するための眼鏡を含む。
1つの実施形態では、処理ユニットは、以下のように構成される:
(i)可動アイテムの性能を制御または改善するように、ウェアラブルアイテムおよび可動アイテムの一方または両方の少なくとも1つの適応エレメントを自動的に調整すること;または
(ii)可動アイテムの性能を制御または改善するように、少なくとも1つのタスク(必要に応じて、複数のタスク)を実行するようにユーザに促すこと。必要に応じて、少なくとも1つのタスクは、以下を含む:
(a)ウェアラブルアイテムおよび可動アイテムの一方または両方の少なくとも1つの適応エレメントの調整;
(b)可動アイテムに対するユーザの位置の調整;
(c)可動アイテムに関連するユーザの体重の再配分;および/または
(d)可動アイテムを移動する際にユーザが可動アイテムに加える力の調整;および/または
(e)ユーザの食物摂取量および/またはユーザの液体摂取量の一方または両方の調整。
1つの実施形態では、処理ユニットは、必要に応じてインターネットまたは移動通信プロトコルによって、ウェアラブルアイテムに無線接続されている処理センターであり、必要に応じて、(i)処理ユニットは、ウェアラブルアイテムから離れた固定位置に配置されているか、または(ii)処理ユニットは、携帯電話に実装されている。
(グラフェンセンサ)
1つの局面では、本発明は、パラメータを感知するための少なくとも1つのセンサを組み込んだ繊維複合構造体を含む本体を含むアイテムを提供し、繊維複合構造体は、グラフェン含有樹脂を含浸させたパターン化されたシートからそれぞれが形成される複数の構造層または積層体から形成される。
1つの実施形態では、繊維複合構造体は、複数のセンサを組み込んでいる。
1つの実施形態では、繊維複合構造体は、複数の構成を有しかつ少なくとも1つの制御入力に応答して構成可能である少なくとも1つの適応エレメントを組み込んでいる。
1つの実施形態では、繊維複合構造体は、複数の適応エレメントを組み込んでいる。
1つの実施形態では、少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された材料特性を有するように構成可能な構造適応材料で形成され、必要に応じて、構造適応材料の材料特性は、電気信号によって規定され、必要に応じて、構造適応材料は、少なくとも1つの制御入力に対応する規定された剛性、弾力性、および/または衝撃吸収を示すように構成可能である。
1つの実施形態では、少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された構造構成を有するように構成可能である少なくとも1つの再構成可能な構造エレメントを含み、必要に応じて、構造構成は電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、少なくとも1つの適応エレメントは、アイテムの運動に対する規定された抵抗を提供するように構成可能である運動抵抗部材、必要に応じて地面と接触可能な地面接触部材、必要に応じてブレーキ付き車輪配置、を含み、必要に応じて、運動抵抗部材の構成は、電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、繊維複合構造体はさらに回路を組み込んでいる。
1つの実施形態では、繊維複合構造体は、繊維複合構造体において少なくとも1つの誘電体層によって離間された導電層を含む、無線通信用の少なくとも1つのアンテナをさらに組み込んでいる。
1つの実施形態では、繊維複合構造体はさらに電源を組み込んでおり、必要に応じて、電源は、電荷を蓄積しかつ繊維複合構造体において少なくとも1つの誘電体層によって離間された導電層を含む容量バッテリ源である。
1つの実施形態では、シートは、炭素繊維シートであり、必要に応じて、織り込みマットの形態である。
1つの実施形態では、少なくとも1つのセンサ、ならびに必要に応じて、少なくとも1つの適応エレメント、回路、少なくとも1つのアンテナ、および/または電源は、非導電性グラフェン樹脂を有する非導電性領域によって分離されている積層体において導電性グラフェン樹脂を有するパターン化された導電性領域によって提供される。
1つの実施形態では、導電性領域は、約5重量%を上回るグラフェンを含む樹脂を含む。
1つの実施形態では、非導電性領域は、約2重量%を下回るグラフェンを含む樹脂を含む。
1つの実施形態では、積層体のものは、導電性領域の形状を規定するようにパターン化されている。
1つの実施形態では、積層体のものは、導電性領域の形状を規定するように、導電性および非導電性グラフェン樹脂で選択的に含浸される。
1つの実施形態では、積層体は、液体印刷または蒸着によって選択的に含浸されている。
1つの実施形態では、グラフェン樹脂はエポキシ樹脂である。
1つの実施形態では、本体は以下を含む:
(i)アイテムに加えられた圧力(必要に応じて下向きの垂直圧力)を測定するための少なくとも1つの圧力計(必要に応じてひずみゲージ);
(ii)アイテムの動き(必要に応じて、アイテムの横方向の動き)を測定するための少なくとも1つのモーションセンサ(必要に応じて、ひずみゲージ)(必要に応じて複数のモーションセンサ);
(iii)アイテムの加速度を測定するための少なくとも1つの加速度センサ(必要に応じて、加速度計);
(iv)アイテムの振動を測定するための少なくとも1つの振動センサ(必要に応じて、加速度計)(必要に応じて、複数の振動センサ);
(v)気温を測定するための少なくとも1つの温度センサ(必要に応じて、熱電対);
(vi)湿度を測定するための少なくとも1つの湿度センサ(必要に応じて、圧電センサ);
(vii)アイテムの偏揺れを測定するための少なくとも1つの偏揺れセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(viii)アイテムのピッチを測定するための少なくとも1つのピッチセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(ix)アイテムのロールを測定するための少なくとも1つのロールセンサ(必要に応じて、ジャイロスコープ);
(x)風速を測定するための少なくとも1つの風センサ(必要に応じて、風速計)(必要に応じて、複数の風速(必要に応じて、向かい風および横風のもの)を測定するための複数の風センサ);および/または
(xi)アイテムを識別するための少なくとも1つのIDセンサ(必要に応じて、RFID)。
1つの実施形態では、アイテムは可動アイテムであり、必要に応じて、可動アイテムは推進アイテムであり、必要に応じて、推進アイテムは、(i)車両(必要に応じて、車両は自転車、自動車、バイク、列車、航空機または車椅子である)、または(ii)歩行補助具(必要に応じて、歩行フレーム)である。
1つの実施形態では、推進アイテムは、(i)ユーザによって推進される自走アイテムであるか、または(ii)原動機(必要に応じて電気モータまたは燃焼エンジン)によって推進される。
(グラフェンアンテナ)
1つの局面では、本発明は、無線通信用の少なくとも1つのアンテナを組み込んだ繊維複合構造体を含む本体を含むアイテムを提供し、繊維複合構造体は、グラフェン含有樹脂を含浸させたパターン化されたシートからそれぞれが形成される複数の構造層または積層体から形成される。
1つの実施形態では、繊維複合構造体は、繊維複合構造体において少なくとも1つの誘電体層によって離間された導電層を含む。
1つの実施形態では、繊維複合構造体は、複数のアンテナを組み込んでいる。
1つの実施形態では、繊維複合構造体はさらに回路を組み込んでいる。
1つの実施形態では、シートは、炭素繊維シートであり、必要に応じて、織り込みマットの形態である。
1つの実施形態では、少なくとも1つのアンテナは、非導電性グラフェン樹脂を有する非導電性領域によって分離されている積層体において導電性グラフェン樹脂を有するパターン化された導電性領域によって提供される。
1つの実施形態では、導電性領域は、約5重量%を上回るグラフェンを含む樹脂を含む。
1つの実施形態では、非導電性領域は、約2重量%を下回るグラフェンを含む樹脂を含む。
1つの実施形態では、積層体のものは、導電性領域の形状を規定するようにパターン化されている。
1つの実施形態では、積層体のものは、導電性領域の形状を規定するように、導電性および非導電性グラフェン樹脂で選択的に含浸されている。
1つの実施形態では、積層体は、液体印刷または蒸着によって選択的に含浸されている。
1つの実施形態では、グラフェン樹脂はエポキシ樹脂である。
1つの実施形態では、アイテムは可動アイテムであり、必要に応じて、可動アイテムは推進アイテムであり、必要に応じて、推進アイテムは、(i)車両(必要に応じて、車両は自転車、自動車、バイク、列車、航空機または車椅子である)、または(ii)歩行補助具(必要に応じて、歩行フレーム)である。
1つの実施形態では、推進アイテムは、(i)ユーザによって推進される自走アイテムであるか、または(ii)原動機(必要に応じて電気モータまたは燃焼エンジン)によって推進される。
(グラフェン適応エレメント)
1つの局面では、本発明は、複数の構成を有しかつ少なくとも1つの制御入力に応答して構成可能である少なくとも1つの適応エレメントを組み込んだ繊維複合構造体を含む本体を含むアイテムを提供し、繊維複合構造体は、グラフェン含有樹脂を含浸させたパターン化されたシートからそれぞれが形成される複数の構造層または積層体から形成される。
1つの実施形態では、繊維複合構造体は、繊維複合構造体において少なくとも1つの誘電体層によって離間された導電層を含む。
1つの実施形態では、繊維複合構造体は、複数の適応エレメントを組み込んでいる。
1つの実施形態では、少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された材料特性を有するように構成可能な構造適応材料で形成され、必要に応じて、構造適応材料の材料特性は、電気信号によって規定され、必要に応じて、構造適応材料は、少なくとも1つの制御入力に対応する規定された剛性、弾力性、および/または衝撃吸収を示すように構成可能である。
1つの実施形態では、少なくとも1つの適応エレメントは、少なくとも1つの制御入力に応答して規定された構造構成を有するように構成可能である少なくとも1つの再構成可能な構造エレメントを含み、必要に応じて、構造構成は電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、少なくとも1つの適応エレメントは、アイテムの運動に対する規定された抵抗を提供するように構成可能である運動抵抗部材、必要に応じて地面と接触可能な地面接触部材、必要に応じてブレーキ付き車輪配置、を含み、必要に応じて、運動抵抗部材の構成は、電気信号によって規定される。
1つの実施形態では、繊維複合構造体はさらに回路を組み込んでいる。
1つの実施形態では、シートは、炭素繊維シートであり、必要に応じて、織り込みマットの形態である。
1つの実施形態では、少なくとも1つの適応エレメントは、非導電性グラフェン樹脂を有する非導電性領域によって分離されている積層体において導電性グラフェン樹脂を有するパターン化された導電性領域によって提供される。
1つの実施形態では、導電性領域は、約5重量%を上回るグラフェンを含む樹脂を含む。
1つの実施形態では、非導電性領域は、約2重量%を下回るグラフェンを含む樹脂を含む。
1つの実施形態では、積層体のものは、導電性領域の形状を規定するようにパターン化されている。
1つの実施形態では、積層体のものは、導電性領域の形状を規定するように、導電性および非導電性グラフェン樹脂で選択的に含浸されている。
1つの実施形態では、積層体は、液体印刷または蒸着(必要に応じて、3D印刷)によって選択的に含浸されている。
1つの実施形態では、グラフェン樹脂はエポキシ樹脂である。
1つの実施形態では、アイテムは可動アイテムであり、必要に応じて、可動アイテムは推進アイテムであり、必要に応じて、推進アイテムは、(i)車両(必要に応じて、車両は自転車、自動車、バイク、列車、航空機または車椅子である)、または(ii)歩行補助具(必要に応じて、歩行フレーム)である。
1つの実施形態では、推進アイテムは、(i)ユーザによって推進される自走アイテムであるか、または(ii)原動機(必要に応じて電気モータまたは燃焼エンジン)によって推進される。
次に、本発明の好ましい実施形態を例示のためにのみ添付の図面を参照して以下に説明する。
図1は、本発明の1つの実施形態によるシステムを示す。 図2は、図1の自転車システムの自転車のフレーム本体を示す。 図3は、図2の自転車のフレーム本体の第1の断面図(図2の断面I~Iに沿った)を示す。 図4は、図2の自転車のフレーム本体の第2の断面図(図2の断面II~IIに沿った)を示す。 図5は、図2の自転車のフレーム本体の第3の断面図(図2の断面III~IIIに沿った)を示す。 図6は、図2の自転車のフレーム本体の第4の断面図(図2の断面IV~IVに沿った)を示す。 図7は、図1の自転車システムのウェアラブルアイテムを示す。 図8は、本発明の別の実施形態によるシステムを示す。
図1~7は、本発明の1つの実施形態によるシステムを示す。
このシステムは、ユーザによって動かされる可動アイテム1(この実施形態では、ユーザによって推進される推進アイテム)、ユーザによって着用されるウェアラブルアイテム2、および推進アイテム1およびウェアラブルアイテム2から情報を受け、受領した情報を処理し、そして推進アイテム1およびウェアラブルアイテム2の1つまたは両方に制御情報を送信する処理ユニット3とを備える。
この実施形態では、推進アイテム1は車両、ここでは自転車である。
別の実施形態では、車両は、自動車(特にF1またはレーシングカーなどの高性能自動車)、バイク(特にレーシングバイクなどの高性能バイク)、列車、または航空機(例えば、旅客機または戦闘機)である。
この実施形態では、車両は、フレーム3(本体5と前輪支持体7とを有する)と、前輪9および後輪11(フレーム3によって支持されている)と、ペダルアセンブリ15(使用時にユーザによって駆動される)と、ギアチェーンアセンブリ17(ペダルアセンブリ15および後輪11を接続する)と、シート19(ユーザが使用時に座る)と、ハンドルバー21(前輪支持体7に接続されかつユーザが前輪9を操舵する)とを備える。
本体5は、複数のパラメータを感知するための複数のセンサ33a~n(この実施形態では、変換器である)と、センサ33a~nから受信した情報を処理するためのプロセッサ35と、センサ33a~nから受信した情報を送信するか、または処理ユニット3からの制御情報を受信するためのコミュニケータ37と、センサ33a~n、プロセッサ35およびトランスミッタ37に電力を供給する電源39と、およびセンサ33a~n、プロセッサ35、トランスミッタ37、および電源39を相互接続する回路41とを備える。
図3から図6に示されるように、繊維複合構造体は、複数の構造層または積層体43a~eから形成され、これらはそれぞれ、グラフェン含有樹脂を含浸させたパターン化されたシートから形成される。
この実施形態では、シートは、ここでは織り込みマットの形態を有する炭素繊維シートである。
本発明者は、積層体43a~eの樹脂組成を変更することにより、積層体43a~eが必要な構造的支持を提供するが、さらに導電性にすることができることを決定した。このようにして、積層体43a~eまたは少なくともその領域は、非導電性領域によって分離されている導電性領域を提供するようにパターン化され得、それにより回路41ならびにセンサ33a~nおよび電源39のもののような他の機能エレメントも提供する。
図3から6は、本体5の代表的な横断面を示しており、積層体43a~e内の導電性領域によって提供される回路41、センサ33a~n、コミュニケータ37、および電源39を示す。
この構成では、構造的支持を与えるために必要なものを超える重要な追加材料を含める必要はない。従来のシステムでは、金属で形成された追加の回路は、埋め込まれた配線と個別のセンサコンポーネントによって提供され、これらすべてが大幅な追加の重量をもたらす。
この実施形態では、導電性領域の樹脂は、約5重量%を上回るグラフェンを含む。
この実施形態では、非導電性領域の樹脂は、約2重量%を下回るグラフェンを含む。
1つの実施形態では、積層体43a~eのものは、導電性領域の形状を規定するようにパターン化されている。
別の実施形態では、積層体43a~eのものは、導電性領域の形状を規定するように、導電性および非導電性グラフェン樹脂を選択的に含浸させることができる。
1つの実施形態では、積層体43a~eは、液体印刷または蒸着によって選択的に含浸されている。
この実施形態では、樹脂はエポキシ樹脂である。
この実施形態では、本体5は、垂直圧力を測定するための、ひずみゲージのような少なくとも1つの圧力ゲージ33aを備える。
この実施形態では、本体5は、側方移動を測定するための、ひずみゲージのような複数の、ここでは第1および第2のモーションセンサ33b、cを備える。
この実施形態では、本体5は、加速度を測定するための、加速度計のような少なくとも1つの加速度センサ33dを備える。
この実施形態では、本体5は、振動を測定するための、加速度計のような複数の、ここでは第1および第2の振動センサ33e、fを備える。
この実施形態では、本体5は、気温を測定するための、熱電対のような少なくとも1つの温度センサ33gを備える。
この実施形態では、本体5は、湿度を測定するための、圧電センサのような少なくとも1つの湿度センサ33hを備える。
この実施形態では、本体5は、偏揺れを測定するための、ジャイロスコープのような少なくとも1つの偏揺れセンサ33iを備える。
この実施形態では、本体5は、ピッチを測定するための、ジャイロスコープのような少なくとも1つのピッチセンサ33jを備える。
この実施形態では、本体5は、ロールを測定するための、ジャイロスコープのような少なくとも1つのロールセンサ33kを備える。
この実施形態では、本体5は、向かい風および横風を測定するための、風速計のような複数の、ここでは第1および第2の風センサ33l、mを備える。
この実施形態では、本体5は、車両を識別するための、RFIDのような少なくとも1つのIDセンサ33nを備える。
この実施形態では、図4に示されるように、センサ33a~nは、積層体43a~eのパターン化された導電性領域および積層体43a~e上に蒸着または(例えば3D印刷によって)印刷される特徴部44によって部分的に形成される。
この実施形態では、コミュニケータ37は、Bluetooth(RTM)プロトコルを介して通信するが、代替の無線プロトコルによって通信することができる。
1つの実施形態では、図5に示されるように、コミュニケータ37は、少なくとも1つの誘電体層47によって離間された導電層46a、bを含むアンテナ45を備える。
この構成では、導電性グラフェンエレメントを使用する結果として、アンテナ45は、構造体5の一部として、および構造体5内に実装することができる。これは、従来の炭素繊維体を使用すると、炭素が通信信号を減衰させるため不可能であり、通信モジュールは本体5の外部にある必要があり、重量が大幅に増加する可能性がある。さらに、この構成は、本体5の表面上に延在し、複数の表面層を可能にする際に、大きな表面積を有することができる複雑なアンテナ構造を可能にする。
1つの実施形態では、図6に示されるように、電源39は、電荷を蓄積しかつ少なくとも1つの誘電体層49によって離間された導電層48a、bを備える容量バッテリ源である。
1つの実施形態では、電源39は、外部電源から充電可能である。
別の実施形態では、ペダルアセンブリ15は、自転車の使用中に電源39を充電するマイクロジェネレータ50を備える。
1つの実施形態では、電源39は、ギアアセンブリ17(ここでギアアセンブリ17が電動デバイスである)のような自転車の他のコンポーネントに電力を供給することができる。
1つの実施形態では、回路41は、単層または多層ナノチューブであり得るグラフェンナノチューブによって提供される。
この実施形態では、本体5は、規定された材料特性を有するように制御入力に応答して構成可能な適応材料から形成される複数の適応エレメント51a、bを備える。
この実施形態では、適応エレメント51a、bは、電気入力に応答して構成可能である。
1つの実施形態では、適応エレメント51a、bは、感知された動きまたは振動のような制御入力に対応する規定された剛性または衝撃吸収性を示すように構成可能である。
この実施形態では、サドル19は、複数のパラメータを感知するための複数のセンサ53a~cを備える。
この実施形態では、サドル19は、ユーザの体重を測定するための、力感知抵抗器のような重量センサ53aを備える。
この実施形態では、サドル19は、サドル19上のユーザの水平位置を測定するための、ポテンショメータのような第1の位置センサ53bと、サドル19上のユーザの横方向または中心位置を測定するための、リニアエンコーダのような第2の位置センサ53cとを備える。
この実施形態では、ペダルアセンブリ15(ここではペダルアセンブリ15のボトムブラケット)は、少なくとも1つのパラメータを感知するための少なくとも1つのセンサ55aを備える。
この実施形態では、センサ55aは、ユーザによってクランクに加えられた圧力を測定するための、力感知抵抗器のようなクランク圧力センサである。
このシステムは、コミュニケータ37と(この実施形態では無線で)通信しかつ性能に関する情報をユーザに提示する、少なくとも1つの情報ユニット61a、bをさらに備える。
この実施形態では、少なくとも1つの情報ユニット61aは、ユーザに情報を提示するための視覚ディスプレイを備える。
1つの実施形態では、少なくとも1つの情報ユニット61aは、ユーザに情報を提示するための可聴ソースを追加的または代替的に含むことができる。
この実施形態では、少なくとも1つの情報ユニット61bは、情報(ここでは視覚情報または聴覚情報の少なくとも1つ)をユーザに提示するためのGoogle(RTM)グラスなどの眼鏡を備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、衣類(ここではベストまたはTシャツ)であるが、ズボン、下着または靴下、あるいは時計またはブレスレットのような別のウェアラブル品であってもよい。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザのパラメータを感知するための複数のセンサ67a~j、車両のコミュニケータ37と通信するためのコミュニケータ71、ならびにセンサ67a~jおよびコミュニケータ71に電力を供給するためのバッテリ73を備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザの体温を測定するための、熱電対のような温度センサ67aを備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザの心拍数を測定するための、赤外線センサのような心拍数センサ67bを備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザの発汗を測定するための、圧電センサのような発汗検出器67cを備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザの横方向の動きを測定するための、ひずみゲージのような複数の、ここでは第1および第2のモーションセンサ67d、eを備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザの加速度を測定するための、加速度計のような少なくとも1つの加速度センサ67fを備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザの偏揺れを測定するための、ジャイロスコープのような少なくとも1つの偏揺れセンサ67gを備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザのピッチを測定するための、ジャイロスコープのような少なくとも1つのピッチセンサ67hを備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザのロールを測定するための、ジャイロスコープのような少なくとも1つのロールセンサ67iを備える。
この実施形態では、ウェアラブルアイテム2は、ユーザを識別するための、RFIDのような少なくとも1つのIDセンサ67jを備える。
1つの実施形態では、プロセッサ35は、自転車の性能を制御または向上させるように、少なくとも1つの適応エレメント51a、bを自動的に調整するように構成されている。
1つの実施形態では、プロセッサ35は、自転車の性能をより短期間およびより長期間の両方で制御または向上させるように、少なくとも1つの適応エレメント51a、bの調整;自転車上のユーザの位置;自転車上のユーザの重量分布;ペダルアセンブリ17を介したユーザによって加えられる力;ユーザの食物摂取;および/またはユーザの液体摂取;のような1つまたは複数のタスクを実行するようにユーザに促すまたは推奨するように構成されている。
この実施形態では、プロセッサ35は、自転車のコンポーネントを制御するか、またはユーザにプロンプトを提供するために、センサ33a~n、53a~c、55a、67a~jからの可変出力データ(これには、本体5のロール、偏揺れ、ピッチおよび応力;車輪7、9のタイヤ圧;ペダルセット15に加えられた圧力;シート19に加えられた重量;車両の抗力、速度と位置;ユーザの発汗、心拍数、温度、ケイデンスおよびパワー;気温、相対湿度および風速が挙げられる);ならびに静的データ(例えばユーザの身長、体重、内側の脚の長さおよび胴体の長さ、トップチューブの長さおよびステムの長さを含む本体5のサイズ、ペダルセット15のクランクアームの長さおよびサドル19の高さ)を利用するアルゴリズムを含む。
この実施形態では、処理ユニット3は、例えばインターネットまたは移動通信プロトコル(例えばGSM(RTM))によって、可動アイテム1に無線接続されている遠隔処理センターである。
別の実施形態では、処理ユニット3は、ユーザによって携帯され得る携帯電話に実装され得る。
この実施形態では、処理ユニット3は、1つまたはより多くの人工知能(AI)アルゴリズムを使用して、受信した情報を処理しかつ制御情報を提供する。
1つの実施形態では、AIアルゴリズムは、機械学習を利用し、例えば、デシジョンツリーラーニング、帰納論理プログラミング、クラスタリングおよび強化学習のうちの1つまたはより多くを利用する。
1つの実施形態では、AIアルゴリズムは、ニューラルネットワークを利用する深層機械学習を利用する。
機械学習を採用することにより、これが、例えば自転車などの規定されたルートのギア選択における可動アイテム1のパラメータであるか、またはタイミング、食事、衣服などの最適なトレーニング体制を特定する際のユーザに関連するかにかかわらず、単一のユーザまたはユーザのグループからの分類に基づいて性能を向上させることができる。
最後に、本発明をその好ましい実施形態で説明したが、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、多くの異なる方法で変更できると理解される。
本発明を車両としての自転車に関して例示してきたが、本発明は、F1またはレーシングカーのような高性能自動車、レーシングバイクのような高性能バイク、列車、および航空機(例えば旅客機または戦闘機)を包含する他の車両に及ぶ。
本発明はまた、車椅子のような他の種類の車両にも拡張することができる。
1つの実施形態では、推進アイテム1は、ユーザによって推進される必要はないが、例えば車椅子の場合は別の人によって、またはエンジンのような原動機によって推進されてもよい。
さらに、本発明は、推進アイテム1がスライドされるトラックまたはスキッドを有するアイテム(例えば、そり)のような、車輪を付ける必要のない任意の推進アイテム1に拡張することができる。
さらに、推進アイテム1は、図8に示されるように、歩行補助具または歩行フレームのような任意の移動補助具であり得る。
このアプリケーションでは、推進アイテム1とウェアラブルアイテム2との一方または両方から受信した情報は、自動的に使用して、例えば本体5の動きまたは再構成に対して多少の抵抗を提供するため、例えばユーザの改善された姿勢を提供するために、移動補助具の特性を制御することができる。
さらに、このアプリケーションでは、推進アイテム1およびウェアラブルアイテム2の一方または両方から受信した情報は、ユーザの技術(したがって移動性)を向上させるためにその受信した情報を使用し得る実施者に提供され得る。

Claims (20)

  1. パラメータを感知するための少なくとも1つのセンサおよび回路を組み込む繊維複合構造体を含む本体を備えるアイテムであって、該繊維複合構造体が、グラフェン含有樹脂を含浸させている繊維シートから形成されている複数の構造層または積層体から形成され、そして該少なくとも1つのセンサおよび該回路が、非導電性グラフェン樹脂を有する非導電性領域によって分離されている積層体において導電性グラフェン樹脂を有するパターン化された導電性領域によって提供されている、アイテム。
  2. 前記繊維複合構造体が複数のセンサを組み込んでいる、請求項1に記載のアイテム。
  3. 請求項1または2に記載のアイテムであって、
    前記繊維複合構造体が、複数の構成を有しかつ少なくとも1つの制御入力に応答して構成可能である、少なくとも1つの適応エレメントを組み込んでいる、アイテム。
  4. 前記繊維複合構造体がさらに電源を組み込んでいる、請求項1から3のいずれかに記載のアイテム。
  5. 前記繊維複合構造体が、該繊維複合構造体において少なくとも1つの誘電体層によって離間された導電層を含む少なくとも1つの無線送信用アンテナをさらに組み込んでいる、請求項1から4のいずれかに記載のアイテム。
  6. 前記繊維複合構造体が、複数のアンテナを組み込んでいる、請求項5に記載のアイテム。
  7. 請求項から6のいずれかに記載のアイテムであって、前記少なくとも1つの適応エレメント、前記少なくとも1つのアンテナ、および/または前記電源が、非導電性グラフェン樹脂を有する非導電性領域によって分離されている前記積層体において導電性グラフェン樹脂を有するパターン化された導電性領域によって提供されている、アイテム。
  8. 前記導電性領域が、5重量%を上回るグラフェンを含有する樹脂を含み、そして前記非導電性領域が、2重量%を下回るグラフェンを含有する樹脂を含む、請求項1から7のいずれかに記載のアイテム。
  9. 請求項1から8のいずれかに記載のアイテムであって、前記少なくとも1つのセンサが:
    (i)該アイテムに加えられた圧力を測定するための少なくとも1つの圧力計;
    (ii)該アイテムの横方向の動きを測定するための少なくとも1つのモーションセンサ;
    (iii)該アイテムの加速度を測定するための少なくとも1つの加速度センサ;
    (iv)該アイテムの振動を測定するための少なくとも1つの振動センサ;
    (v)気温を測定するための少なくとも1つの温度センサ;
    (vi)湿度を測定するための少なくとも1つの湿度センサ;
    (vii)該アイテムの偏揺れを測定するための少なくとも1つの偏揺れセンサ;
    (viii)該アイテムのピッチを測定するための少なくとも1つのピッチセンサ;
    (ix)該アイテムのロールを測定するための少なくとも1つのロールセンサ;
    (x)風速を測定するための少なくとも1つの風センサ;および/または
    (xi)該アイテムを識別するための少なくとも1つのIDセンサ;
    を含む、アイテム。
  10. 前記シートが炭素繊維シートである、請求項1から9のいずれかに記載のアイテム。
  11. 前記炭素繊維シートが織り込みマットの形態である、請求項10に記載のアイテム。
  12. 前記グラフェン樹脂がエポキシ樹脂である、請求項1から11のいずれかに記載のアイテム。
  13. 請求項1から12のいずれかに記載のアイテムであって、該アイテムが(i)車両または(ii)歩行補助具であり、該車両が自転車、自動車、バイク、列車、航空機、または車椅子から選択される、アイテム。
  14. 可動アイテムの操作を監視または制御するための方法であって、該方法が、請求項13に記載の可動アイテムと、該可動アイテムからの情報を受信し、該受信した情報を処理し、そして該可動アイテムの操作に関連する情報を提供する処理ユニットとを含む、方法。
  15. 請求項14に記載の方法であって、前記処理ユニットによって提供される前記情報が、少なくとも1つの制御入力を含み、該制御入力が、該少なくとも1つの制御入力に応答して構成可能である複数の構成を有する前記可動アイテムの少なくとも1つの適応エレメントを構成するために利用される、方法。
  16. 請求項14または15に記載の方法であって、前記可動アイテムが、ユーザが座るシートまたはユーザが該可動アイテムを把持する少なくとも1つのグリップ部材を含み、そして該シートまたは少なくとも1つのグリップ部材が、少なくとも1つのパラメータを感知するための少なくとも1つのセンサを含む、方法。
  17. 請求項14または16に記載の方法であって、性能に関してユーザに情報を提示する少なくとも1つの情報ユニットをさらに含み、該少なくとも1つの情報ユニットが、以下:
    (i)該ユーザに情報を提示するための視覚ディスプレイ;
    (ii)該ユーザに情報を提示するための可聴ソース;および/または
    (iii)該ユーザに情報を提示するための眼鏡;
    の少なくとも1つを含む、方法。
  18. 請求項14から16のいずれかに記載の方法であって、ユーザにより着用され、該ユーザの少なくとも1つのパラメータを感知するための少なくとも1つのセンサを含む、方法。
  19. 請求項14から18のいずれかに記載の方法であって、前記処理ユニットが:
    (i)前記可動アイテムの性能を制御または向上させるように、少なくとも1つの適応エレメントを自動的に調整する、または
    (ii)該可動アイテムの性能を制御または向上させるように、少なくとも1つのタスクを実行するようにユーザに促す
    ように構成されており、
    該少なくとも1つのタスクが:
    (a)少なくとも1つの該適応エレメントの調整;
    (b)該可動アイテムに関連するユーザの位置の調整;
    (c)該可動アイテムに関連するユーザの体重の再配分;および/または
    (d)該可動アイテムを移動する際にユーザにより可動アイテムに加えられる力の調整;および/または
    (e)ユーザの食物摂取量および/またはユーザの液体摂取量の一方または両方の調整;
    を含む、方法。
  20. 請求項14から19のいずれかに記載の方法であって、前記処理ユニットが、前記可動アイテムに無線接続されている処理センターである、方法。
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