KR20170129109A

KR20170129109A - 스트레치 센서를 갖는 웨어러블 장치

Info

Publication number: KR20170129109A
Application number: KR1020177022786A
Authority: KR
Inventors: 아미트 에스. 박시; 빈센트 에스. 마게쉬쿠마르
Original assignee: 인텔 코포레이션
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-11-24
Also published as: WO2016153621A1; EP3270771A1; TWI635848B; JP2018511354A; US10022073B2; CN107278137A; US20160270700A1; TW201701823A; KR102519363B1; EP3270771A4; JP6779889B2; CN107278137B

Abstract

본 개시의 실시예들은 웨어러블 센서 장치에 대한 기법들 및 구성들을 제공한다. 일 예에서, 이 장치는 가요성 기판 및 제1 길이를 포함하는 그리고 상기 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되는 도전성 패브릭 컴포넌트를 포함할 수 있다. 상기 도전성 패브릭 컴포넌트는 상기 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 상기 제1 길이와 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장하고, 상기 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 파라미터를 생성할 수 있다. 다른 실시예들이 설명 및/또는 청구될 수도 있다.

Description

스트레치 센서를 갖는 웨어러블 장치

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 2015년 3월 20일자로 출원된, 발명의 명칭이 "스트레치 센서를 갖는 웨어러블 장치(WEARABLE APPARATUS WITH A STRETCH SENSOR)"인 미국 특허 출원 제14/664,095호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 사실상 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.

분야

본 개시의 실시예들은 일반적으로 센서 디바이스의 분야에 관한 것으로, 더 상세하게는 인체와 컨포멀일 수 있는 스트레치 센서를 갖는 웨어러블 감지 시스템에 관한 것이다.

다양한 기술의 진보와 함께, 웨어러블 감지 디바이스 또는 시스템이 점점 더 대중화되고 있다. 웨어러블 감지 시스템은 인체에 편안하게 부착될 필요가 있을 수 있으며, 인체 및/또는 관절, 손목, 손가락, 발목, 무릎, 및 기타 등등과 같은 신체의 다른 부분들의 신장(stretch), 변형(strain) 또는 구부림(bending)을 측정하고 정량화할 수 있다. 그러나, 신장, 변형, 구부림, 및 기타 등등을 모니터링하기 위한 기존 센서들은 인체의 움직일 수 있는 지점들 주위를 효과적으로 감지하는 능력이 제한적일 수 있다. 또한, 기존의 센서는 비싸거나, 웨어러블 디바이스들에 통합할 수 있는 능력이 제한적이거나, 부서지기 쉽거나 파손되기 쉽거나, 제한된 정확도를 제공할 수 있다.

실시예들은 첨부 도면들과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다. 이러한 설명을 용이하게 하기 위해서, 유사한 참조 번호들은 유사한 구조적 요소들을 지시한다. 실시예들은 첨부 도면들의 도들에서 제한으로서가 아니라 예로서 도시된다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 본 개시의 교시 내용이 통합된 예시적인 웨어러블 센서 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 웨어러블 센서 장치에 사용될 수 있는 예시적인 스트레치 센서를 도시하는 개략도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 웨어러블 센서 장치의 스트레치 센서에 의해 제공된 판독치들을 처리하도록 구성된 회로의 예시적인 구현의 개략도이다.
도 4는 실시예들에 따른, 인가된 외력의 함수로서 스트레치 센서 출력을 도시하는 그래프이다.
도 5 내지 도 8은 일부 실시예들에 따른, 컨포멀 운동 감지 시스템을 포함하는 웨어러블 센서 장치(100)의 상이한 도들을 도시한다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 컨포멀(예를 들어, 웨어러블) 운동 감지 시스템과 같은 웨어러블 센서 장치를 조립하기 위한 프로세스 흐름도이다.
도 10은 다양한 실시예들에 따른, 컨포멀 운동 감지 시스템을 포함하는 웨어러블 센서 장치와 같은, 도 1 및/또는 도 5 내지 도 8의 다양한 컴포넌트들과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 컴퓨팅 디바이스(1000)를 도시한다.

본 개시의 실시예들은 웨어러블 센서 장치에 대한 기법들 및 구성들을 포함한다. 실시예에 따르면, 이 장치는 가요성 기판 및 제1 길이를 포함하는 그리고 상기 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착될 수 있는 도전성 패브릭 컴포넌트를 포함할 수 있다. 상기 도전성 패브릭 컴포넌트는, 상기 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 상기 제1 길이와 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장하고, 상기 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 파라미터를 생성할 수 있다.

다음의 상세한 설명에서는, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들을 참조하며, 도면들에서 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 부분들을 지시하고, 도면들에는 본 개시의 내용이 실시될 수 있는 실시예들이 예시로서 도시되어 있다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 본 개시의 범위 내에서 구조적 또는 논리적 변경들이 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야한다. 그러므로, 다음의 상세한 설명은 제한적인 의미로 간주되어서는 안 되며, 실시예들의 범위는 첨부된 청구항들 및 그것의 등가물들에 의해 규정된다.

본 개시의 목적을 위해, "A 및/또는 B"라는 문구는 (A), (B), (A) 또는 (B), 또는 (A 및 B)를 의미한다. 본 개시의 목적을 위해, 문구 "A, B, 및/또는 C"는 (A), (B), (C), (A 및 B), (A 및 C), (B 및 C), 또는 (A, B 및 C)를 의미한다.

본 설명은 상단/하단(top/bottom), 내/외(in/out), 위/아래(over/under), 및 기타 등등과 같은 관점 기반의 설명들을 사용할 수 있다. 이러한 설명들은, 단지 논의를 용이하게 하는 데 사용되며, 본 명세서에 설명되는 실시예들의 인가를 임의의 특정 배향으로 제한하고자 의도되는 것은 아니다.

본 설명은 "실시예에서" 또는 "실시예들에서"라는 문구들을 이용할 수 있고, 이들 각각은 동일한 또는 상이한 실시예들 중 하나 이상을 언급할 수 있다. 더욱이, 본 개시의 실시예들과 관련하여 사용되는 바와 같은 "구비하는", "포함하는", "갖는", 및 그와 유사한 용어들은 동의어들이다.

"결합된"이라는 용어는, 그 파생어들과 함께, 본 명세서에서 사용될 수 있다. "결합된"은 다음 중 하나 이상을 의미할 수 있다. "결합된"은 둘 이상의 요소가 직접 물리적, 전기적 또는 광학적으로 접촉하고 있음을 의미할 수 있다. 그러나, "결합된"은 또한 둘 이상의 요소가 서로 간접적으로 접촉하면서도 여전히 서로 협력하거나 상호 작용한다는 것을 의미할 수 있으며, 서로 결합된 것으로 언급되는 요소들 사이에 하나 이상의 다른 요소가 결합 또는 연결됨을 의미할 수 있다. "직접 결합된"이라는 용어는 둘 이상의 요소가 직접 접촉하고 있음을 의미할 수 있다.

도 1은 일부 실시예들에 따른, 본 개시의 교시 내용이 통합된 예시적인 웨어러블 센서 장치(100)를 도시하는 블록도이다. 장치(100)는 사용자의 신체(112)의 기능 및 사용자의 활동과 관련된 측정들을 수행하기 위해 사용자의 신체(112)에 부착 가능하도록 구성된 컨포멀 바디(conformal body)(102)(예를 들어 파선에 의해 표시된 가요성 기판을 포함함)를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 컨포멀 바디(102)는 사용자의 신체(112)의 상이한 부분들에 부합하기 위해, 스트랩, 밴드, 또는 기타 등등과 같은 상이한 형상들 및/또는 크기들을 취할 수 있다. 컨포멀 바디(102)는 탄성 패브릭, 엘라스토머, 폴리머, 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다.

장치(100)는 컨포멀 바디(102)상에 배치되고 외력에 의해 야기될 수 있는 신장에 응답하여 스트레치 센서(160)에 의해 생성된 전기 파라미터의 측정치들을 제공하도록 구성된 스트레치 센서(160)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스트레치 센서(160)는 예를 들어 무릎 또는 팔의 구부림과 같은 외력의 인가에 응답하여 센서(160)가 생성할 수 있는 저항 파라미터의 판독치들을 제공하도록 구성된 도전성 패브릭 기반 센서를 포함할 수 있다. 스트레치 센서(160)의 실시예들은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명될 것이다.

장치(100)는 사용자의 신체(112)와 접촉하도록 컨포멀 바디(102) 주위에 배치될 수 있는 복수의 센서(104, 106)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서들(104, 106)은 사용자의 신체(112)와 관련된 측정들을 가능하게 하기 위해, 컨포멀 바디(102)를 포함하는 가요성 기판의 내측면 또는 외측면 주위에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(104, 106)은 컨포멀 바디(102)의 가요성 기판에 내장될 수 있다(예를 들어, 임베드(embed)되고, 접착되고, 기타 등등). 센서들(104, 106)은 다양한 사용자 신체 기능들에 관련된 판독치들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 센서들(104, 106)은 근전도 검사(electromyography, EMG) 센서, 온도 센서, 땀 화학 센서, 운동 센서, 광학 포토다이오드, 심전도(electrocardiogram, ECG) 전극, 갈바닉 피부 반응(galvanic skin response, GSR) 센서, 압전 결정, 압력 센서, 또는 기타 등등을 포함할 수 있다.

센서들(104, 106, 160)은 도 1에 단지 예시를 위해 도시되어 있고 장치(100)의 구현을 제한하는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다. 임의의 수 또는 유형의 센서들이 장치(100)에 사용될 수 있음을 알 것이다.

장치(100)는 컨포멀 바디(102) 주위에 배치되고 사용자의 신체(112)와 관련된 운동 관련 측정치들을 제공하도록 구성된 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU)(108 및 110)을 추가로 포함할 수 있다. 컨포멀 바디(102) 주위의 IMU(108 및 110)의 배치는 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세히 논의될 것이다.

장치(100)는 센서들(104, 106, 및 160)과 전기적으로 연결 가능할 수 있는 센서 프런트 엔드 모듈(142)을 추가로 포함할 수 있다. 센서 프런트 엔드 모듈(142)은 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있으며 컨포멀 바디(102)를 포함하는 가요성 기판상에 배치될 수 있다. 실시예들에서, 센서 프런트 엔드 모듈(142)은 컨포멀 바디(102)를 포함하는 가요성 기판의 외측면상에 배치될 수 있다.

센서 프런트 엔드 모듈(142)은 센서들(104, 106, 및 160)에 의해 제공된 판독치들을 수신하고 처리하도록 구성된 전자 회로(144)를 포함할 수 있다. 회로(144)는 (필요하다면) 센서들(104, 106)에 전력 및 여기(excitation)를 제공하고, 센서 신호들을 전압으로 변환하고, 센서 신호들을 증폭하고 컨디셔닝하도록 추가로 구성될 수 있다. 스트레치 센서(160)로부터의 신호들을 판독하고 처리하기 위한 전자 회로(144)의 예시적인 응용은 도 3을 참조하여 기술될 것이다.

프런트 엔드 모듈(142)(예를 들어, 회로(144))은 배선(114)을 통해 센서들(104, 106, 및 160)과 전기적으로 결합될 수 있다. 배선(114)은 각각의 센서를 센서 프런트 엔드 모듈(142)과 전기적으로 연결하는 와이어들을 포함할 수 있다.

장치(100)의 IMU 중 일부(예를 들어, IMU(108))는 센서 프런트 엔드 모듈(142) 또는 디지털 노드(192)(아래 설명됨)를 제공하는 PCB에 통합될 수 있다. IMU 중 일부(예를 들어, IMU(110))는 컨포멀 바디(102)의 다른 부분들에, 예를 들어, 센서 프런트 엔드 모듈(142)로부터 거리를 두고 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, IMU(110)는 IMU 배선(116)을 통해 센서 프런트 엔드 모듈(142)과 전기적으로 결합될 수 있다. IMU 배선(116)은 IMU(110)에 의해 제공된 전력 신호, 접지, 및 데이터 신호들을 운반하는 다중 와이어 버스를 포함하는 다수의 배선 연결로 구성될 수 있다. 배선(114) 및 IMU 배선(116)은 컨포멀 바디(102)의 가요성 기판에 내장될 수 있다(예를 들어, 임베드되고, 임브로이더(embroider)되고, 직조되고, 임프린트(imprint)되고, 기타 등등).

장치(100)는 센서 프런트 엔드 모듈(142)에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합될 수 있는 디지털 노드(192)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 프런트 엔드 모듈(142)은 디지털 노드(192)와의 기계적 및 전기적 결합을 제공하는 인터페이스(150)(예를 들어, 다중 핀 콘택과 같은 전기 커넥터)를 포함할 수 있다. 디지털 노드(192)는 센서들(104, 106, 160) 및 IMU(108 및 110)에 의해 제공된 판독치들을 추가로 처리하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 디지털 노드(192)는 센서들(104, 106, 160)에 의해 제공된 판독치들(신호들)을 처리하도록 구성된 프로세서(132)를 갖는 처리 유닛(140)을 포함할 수 있다. 처리 유닛(140)은, 프로세서(132)상에서 실행될 때, 프로세서(132)로 하여금 신호 처리를 수행하게 할 수 있는 명령어들을 갖는 메모리(134)를 포함할 수 있다. 디지털 노드(192)는 디지털 노드(192)에, 더 일반적으로는, 장치(100)의 컴포넌트들에 전력 공급을 제공하도록 구성된 배터리(154)를 포함할 수 있다. 디지털 노드(192)는 센서 판독치들을 처리한 결과로 생긴 처리된 데이터를 추가 처리를 위해, 예를 들어, 외부 디바이스(184)(예를 들어, 이동식 또는 거치식 컴퓨팅 디바이스)에 송신하는 라디오(156)를 포함할 수 있다. 디지털 노드(192)는 센서 프런트 엔드 모듈(142)의 인터페이스(150)와 정합하는 정합 커넥터(mating connector)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

디지털 노드(192)는 장치(100)의 기능에 필요한 다른 컴포넌트들(158)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 컴포넌트들(158)은 장치(100)가 하나 이상의 유선 또는 무선 네트워크(들)를 통해 외부 디바이스(184)와 같은 임의의 다른 적합한 장치와 통신할 수 있게 하는 통신 인터페이스(들)를 포함할 수 있다.

요약하면, 디지털 노드(192)는 센서 프런트 엔드 모듈(142), 센서들(104, 106, 160), 및 IMU(108, 110)에 전력을 공급하고, 데이터 획득, 처리, 및 송신을 수행하도록 구성될 수 있다. 디지털 노드(192)는 네트워크(예를 들어, 로컬 무선 네트워크, 도시되지 않음)를 통해 감지된 신호들에 대한 신호 잡음 제거, 특징 추출, 분류, 데이터 압축 및 무선 송신을 수행하도록 추가로 구성될 수 있다.

도 2는 일부 실시예들에 따른, 웨어러블 센서 장치에 사용될 수 있는 예시적인 스트레치 센서를 도시하는 개략도이다. 더 구체적으로는, 도 2는 도 1을 참조하여 설명된 센서(160)와 같은 스트레치 센서의 상면도(200), 측면도(260), 및 구현(280)을 도시한다. 설명된 실시예들은 아래에서 설명되는 바와 같이 스트레치 감지 디바이스로서 도전성 패브릭을 이용할 수 있다.

알려진 바와 같이, 도전성 패브릭들은 전자 섬유(e-textiles), 및 기타 등등에서, 전자 컴포넌트들을 전자기 간섭으로부터 보호하기 위해 가요성 차폐 시스템들에서 사용될 수 있다. 일부 도전성 패브릭들(예를 들어, 은 코팅된 나일론으로 만들어진 Medtex 180)은 이들의 항균 특성 때문에 상처 드레싱을 위한 의료 응용으로도 사용될 수 있다. 특정 도전성 패브릭들(예를 들어, Medtex 180)은 외력의 인가로 인해 야기될 수 있는 신장에 응답하여 이들의 전기적 특성(예를 들어, 저항)의 반복적인 변화를 나타낼 수 있다.

도전성 패브릭들은 포화되기 전에 비교적 제한된 동적 범위에서 저항의 변화를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도전성 패브릭들은 포화되기 전에 저항의 대응하는(예를 들어, 비례하는) 변화(예를 들면, 증가)를 얻기 위해 그들의 원래의 길이의 약 10% 신장될 수 있다. 즉, 패브릭이 그의 원래의 길이의 약 10%를 초과하여 신장되면 도전성 패브릭 저항이 일정하게 유지될 수 있다. 도전성 패브릭들은 또한 특정 한계를 넘어서, 예를 들어 그들의 원래의 길이의 약 20%를 초과하여 신장될 때 변형(크리프)을 나타낼 수 있다.

설명된 실시예들은 도전성 패브릭이 포화에 대응할 수 있는 특정 길이를 초과하여, 예를 들어 그의 원래의 길이의 10%를 초과하여 신장되는 것을 방지하기 위해 도전성 패브릭에 인가되는 외력의 소산(dissipation)을 제공한다. 소산의 크기는 도전성 패브릭에 인가될 수 있는 외력의 한계를 정의할 수 있다. 따라서, 외력은 도전성 패브릭의 결정된 신장 범위 내에서 도전성 패브릭 신장 능력을 사용하여 측정될 수 있다.

예를 들어, 도전성 패브릭은 결정된 탄성을 갖는 탄성 중합체 기판, 예를 들어 적합한 두께의 실리콘 또는 라텍스 고무와 같은 가요성 기판상에 장착되는 경우 저항성 신장 변환기(resistive stretch transducer)로서 사용될 수 있다. 이러한 접근법은 힘 분산을 통해 원하는 범위의 신장력 측정을 제공할 수 있고 가요성 기판의 탄성 특성을 이용하여 크리프를 감소시킬 수 있다.

도 2를 참조하면, 센서(160)는 결정된 길이의 도전성 패브릭 컴포넌트(202)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 도전성 패브릭 컴포넌트(202)는 도전성 패브릭 컴포넌트(202)의 신장에 응답하여 그의 저항이 변화(예를 들어, 증가)함에 따라 저항성 스트레치 센서로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 신장되지 않은 상태에서 도전성 패브릭 컴포넌트(202)의 저항은 약 10옴일 수 있고 신장에 응답하여 약 12옴까지 증가할 수 있다.

도전성 패브릭 컴포넌트(202)는 도전성 패브릭 컴포넌트(202)의 신장에 응답하여 스트레치 센서(160)에 의해 생성된 전기 파라미터(예를 들어, 저항)의 판독치들을 제공하기 위해, 도시된 바와 같이 도전성 패브릭 컴포넌트(202)의 각각의 단부들 주위에 배치될 수 있는 전기 콘택들(204, 206)을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 전기 콘택들(204, 206)은 접착성 동박, 도전성 페인트, 도전성 접착제, 또는 기타 등등을 포함할 수 있다. 도전성 와이어들 A 및 B은 예를 들어 납땜에 의해 또는 도전성 접착제에 의해 전기 콘택들(204, 206)에의 전기 연결을 제공하는 데 사용될 수 있다. 와이어들 A 및 B 사이의 저항 변화는 회로(144)에 의해 출력된 (예를 들어, 비례) 전압으로 변환될 수 있으며, 이는 도 3을 참조하여 상세히 설명된다.

도전성 패브릭 컴포넌트(202)는 결정된 (제1) 두께를 갖는 가요성 기판(208)상에 배치될 수 있다(예를 들어 부착 가능하게 장착될 수 있다). 가요성 기판(208)은 결정된 (제2) 두께의 또 다른 가요성 기판(210)상에 부착 가능하게 장착될 수 있다. 가요성 기판(208)의 제1 두께는 가요성 기판(210)의 제2 두께보다 클 수 있다. 기판들(208 및 210)은 엘라스토머(예를 들어, 실리콘 엘라스토머), 폴리머, 및 기타 등등을 포함할 수 있다. 외력(F)은 직접 또는 간접적으로(예를 들어, 도시된 바와 같이 기판(210)을 통해) 가요성 기판(208)에(그리고 그에 상응하여, 도전성 패브릭 컴포넌트(202)에) 인가될 수 있다. 가요성 기판(208)에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력(F)의 인가에 응답하여 도전성 패브릭 컴포넌트(202)는 결정된 (제1) 길이와 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장할 수 있고, 도시된 바와 같이 방향으로 인가된 외력(F)에 기초한 전기 파라미터(예를 들어, 저항)를 생성할 수 있다. 실시예들에서, 생성된 전기 파라미터(예를 들어, 저항)는 인가된 외력(F)에 비례할 수 있다.

외부 신장력(F)의 원하는 부분은 더 얇은 기판(210)의 신장을 야기하면서 소산될 수 있다. 더 두꺼운 기판(208)은 더 얇은 기판(210)의 총 연장(신장)에 비하여 분수만큼 신장될 수 있다. 도전성 패브릭 컴포넌트(202)는 더 두꺼운 기판(208)상에 장착되고, 기판(210)에 인가된 비교적 큰 외력(F)에 의해 원하는 신장(예를 들어, 그의 길이의 약 10%)을 겪을 수 있다. 따라서, 도전성 패브릭 컴포넌트(202)가 상당한 신장력(F)에 의해 포화되는 것을 방지할 수 있다.

스트레치 센서(160)에 의한 외력(F)의 측정 범위는 기판들(208 및 210)의 상대적 두께들, 예를 들어, 기판들(208 및 210)의 두께의 비율에 의해 제어될 수 있다. 스트레치 센서(160)의 감도 및 그의 동적 범위는 기판들(208 및 210)의 원하는 상대적 두께(예를 들어, 비율)를 선택함으로써 원하는 레벨로 조정될 수 있다. 상대적 두께가 클수록, 측정의 동적 범위가 더 커지고 스트레치 센서(160)의 신장에 대한 감도가 더 작아진다.

설명된 바와 같이, 도전성 패브릭 컴포넌트(202)는 가요성 기판(210)상에 장착될 수 있는 가요성 기판(208)상에 장착될 수 있다. 기판들(208, 210) 둘 다는 원하는 탄성을 갖는 엘라스토머들을 포함할 수 있다. 따라서, 기판들(208, 210)은 외부 신장력(F)이 제거된 후에 그들의 원래의 형상 및 길이를 실질적으로 즉시 회복할 수 있다. 차례로, 도전성 패브릭 컴포넌트(202)는 그의 원래의 길이를 회복하도록 강요될 수 있고, 그에 따라 크리프를 감소시키거나 제거한다. 가요성 기판(208)의 두께는 도전성 패브릭 컴포넌트(202)가 장치(100)와 같은 스트레치 센서를 이용하는 웨어러블 센서 장치의 실제 응용에서 인가될 수 있는 외력(F)에 응답하여 원하는 신장 범위 내에 남아 있도록 보장할 수 있다(예를 들어, 그의 원래의 길이의 10%를 초과하여 신장되지 않을 수도 있다).

전술한 바와 같이 스트레치 센서로 구현된 웨어러블 센서 장치는 종래의 웨어러블 센서 디바이스 솔루션들에 비해 다수의 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 설명된 스트레치 센서(160)는 약 10mm x 20mm x 3mm와 같은 원하는(예를 들어, 비교적 작은) 폼 팩터로, 그리고 가요성 기판들(208, 210)의 두께에 따라, 원하는 프로파일 및 중량으로 구현될 수 있다. 따라서, 스트레치 센서(160)는 손목 시계의 스트랩과 같은 소형 웨어러블 디바이스들에 통합될 수 있다. 설명된 스트레치 센서(160)는 사용자의 신체 형상과 컨포멀일 수 있으며 웨어러블 또는 스마트 의류와 같은 다양한 웨어러블 디바이스 응용들에 적합할 수 있다. 일부 예들에서, 전술한 스트레치 센서로 구성된 다수의 웨어러블 센서 장치들을 사용자의 신체에 적용하여 신체 영역 네트워크를 형성하여, 많은 상이한 응용들을 가능하게 할 수 있다.

또한, 스트레치 센서(160) 특성은 원하는 기간에 걸쳐 고도로 반복 가능하고 안정적일 수 있는데 그 이유는 센서(160)가 그의 원래의 크기, 형상, 및 저항을 실질적으로 즉시 그리고 실질적으로 크리프 없이 회복하도록 구성될 수 있기 때문이다. 또한, 스트레치 센서의 동적 범위 및 감도는 가요성 기판들(208, 210)의 두께를 선택함으로써 조정될 수 있다. 또한, 전술한 스트레치 센서(160)는 공지된 종래의 스트레치 센서들보다 낮은 전력 공급을 요구할 수 있다.

도 3은 일부 실시예들에 따른, 웨어러블 센서 장치의 스트레치 센서에 의해 제공된 판독치들을 처리하도록 구성된 회로의 예시적인 구현의 개략도이다. 더 구체적으로는, 도 3의 개략도는 도 1의 장치(100)의 회로(144)의 예시적인 적어도 부분적인 구현을 포함하는 회로(300)를 제공할 수 있다. 실시예들에서, 스트레치 센서(160)는 도 2의 전기 와이어들 A 및 B에 대응하는 입력 포인트들 A, B에서 회로(300)와 결합될 수 있다.

설명된 바와 같이, 스트레치 센서(160)의 저항의 변화는 도전성 패브릭 컴포넌트(202)가 신장될 때 발생할 수 있다. 입력 포인트들 A 및 B 및 저항(R39)은 도전성 패브릭 컴포넌트(202)의 신장에 의해 야기되는 저항의 변화에 응답하여 전압을 생성하기 위해, 전기 콘택들(204, 206)과 결합된 저항성 분압기 회로(resistive potential divider circuit)를 형성할 수 있다. 분압기 회로는 직류(DC) 전압원(Vsensor_AFE)에 의해 여기될 수 있다. 저항의 변화는 포인트 A에서의 전압 변화를 야기하며, 이는 저항성 분압기 회로에 결합된 증폭기(U8B)의 입력으로 공급된다. 스트레치 센서(160)의 패브릭 컴포넌트의 저항이 변화함에 따라, 이는 증폭기(U8B)의 입력에서 대응하는(예를 들어, 비례하는) 전압 변화를 야기한다. 증폭기(U8B)는 생성된 전압을 수신하고 도전성 패브릭 컴포넌트(202)의 신장에 대응하는(예를 들어, 비례하는) 출력 전압 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 저항들(R43 및 R41)은 장치(100)의 응용에 따라, 전압의 이득(증폭)을 설정하는 데 사용될 수 있다. 1V2는 R41에 인가된 기준 전압일 수 있다. 소자들(C41, R43 및 R42, C40)은 고주파수 잡음을 제거하고 저주파수 스트레치 신호를 보존하는 저역 통과 필터를 형성할 수 있다. 이들 필터의 차단 주파수는 장치(100)의 응용에 따라 선택될 수 있다. 출력 신호(P0_3_AFE)는 센서(160)의 신장에 대응하는(예를 들어, 비례하는) 신호를 포함하고, 디지털화 및 추가 처리를 위해 ADC(도시되지 않음)의 입력에 연결될 수 있다.

도 4는 실시예들에 따른, 인가된 외력의 함수로서 스트레치 센서 출력을 도시하는 그래프이다. 더 구체적으로는, 그래프(400)는 아래에 설명된 웨어러블 무릎 밴드에 대한 인가에 사용되는 스트레치 센서의 출력(예를 들어, 저항)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 센서 출력은 인가된 외력으로부터 실질적으로 선형 의존성을 제공하고, 무릎 굽힘 각도로 나타난다. 스트레치 센서는 원하는 범위 내의 외력을 측정하기 위해 교정될 수 있다. 도 4에서 원하는 힘 측정 범위는 무릎 각도 범위에 대응한다. 따라서, 스트레치 센서는 원하는 각도 범위 내에서 무릎 굽힘 각도를 측정하여 실질적으로 선형인 곡선(402)을 제공하도록 교정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 교정은 가요성 기판들(208, 210)(도 2)의 상대적인 두께들(예를 들어, 그의 비율)의 선택에 의해 달성될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 센서 출력은 인가된 외력에 대한 비선형 응답을 제공할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 웨어러블 센서 장치(예를 들어, 스트레치 센서(160)를 갖는 장치(100))는 다양한 응용들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 장치(100)는 예를 들어 관절의 재활(예를 들어, 물리 치료), 스포츠 응용, 및 기타 등등에서 사용될 수 있는 웨어러블 컨포멀 운동 감지 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 컨포멀 운동 감지 시스템은 가슴, 무릎, 손목, 목 등과 같은 상이한 사용자 신체 부분들 주위에 둘러질 수 있다.

도 5 내지 도 8은 일부 실시예들에 따른, 컨포멀 운동 감지 시스템을 포함하는 웨어러블 센서 장치(100)의 상이한 도들을 도시한다. 예를 들어, 컨포멀 운동 감지 시스템은 무릎 밴드, 발목 캡, 조끼, 의복(예를 들어, 몸에 딱 맞는 의복), 및 기타 등등과 관련하여 임의의 인간 관절에 사용될 수 있다.

도 5는 무릎 밴드(502)에 장착된(예를 들어, 제거 가능하게 부착된) 컨포멀 운동 감지 시스템(500)을 도시한다. 컨포멀 운동 감지 시스템(500)은 장치(100)의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨포멀 운동 감지 시스템(500)은 가요성 기판(102)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 컨포멀 바디(102)는 장치(100)의 컴포넌트들을 수용할 수 있는, 컨포멀 밴드를 포함할 수 있다. 더 구체적으로는, 컨포멀 바디(102)는 스트레치 센서(160), 다른 센서들(예를 들어, 104, 106), IMU 배선(도 6에 도시됨), 디지털 노드(192), IMU(110), 배선(114), 센서 프런트 엔드 모듈(142), 및 IMU(108)(도 5에서 보이지 않음)를 수용할 수 있다. 관절 운동을 측정하기 위해, 컨포멀 운동 감지 시스템(500)은 IMU(108 및 110)가 관절의 양측에 배치될 수 있도록 구성될 수 있다.

도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 계산 컴포넌트들, 라디오, 및 컨포멀 운동 감지 시스템(500)의 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위한 통합하는 디지털 노드(192)는 인터페이스(150)(예를 들어, 커넥터, 도시되지 않음)를 통해 시스템(500)과 결합될 수 있다.

도 6은 일부 실시예들에 따른, 무릎 밴드로부터 분리된 컨포멀 운동 감지 시스템(500)을 도시한다. 도시된 바와 같이, IMU(110)를 센서 프런트 엔드 노드(142)(도시되지 않음)와 전기적으로 연결하는 IMU 배선(116)은 컨포멀 바디(102) 내부에 퇴적된 사행(예를 들어, 정현파 유형, 지그재그 형상) 패턴을 갖는 다중 와이어 버스(602)를 포함할 수 있다.

도 7 및 도 8은 일부 실시예들에 따른, 스트레치 센서를 포함하는 컨포멀 운동 감지 시스템의 예시도를 도시한다. 구체적으로, 도 7은 컨포멀 운동 감지 시스템(500)의 예시적인 구성을 도시하고, 도 8은 컨포멀 운동 감지 시스템(500)의 예시적인 구현을 도시한다. 이하의 설명은 도 1의 컴포넌트들에 대한 언급들을 포함하는데 그 이유는 그것들이 예시적인 컨포멀 운동 시스템(500)에서 구현될 수 있기 때문이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 컨포멀 바디(102)를 형성하는 기판(740)이 베이스 탄성 기판(예를 들어, 실리콘 고무 또는 라텍스 고무 시트)상에 생성될 수 있으며, 그 후 아래 설명되는 바와 같이, 얇은 엘라스토머 시트의 또 다른 오버레이 층에 의해 사방으로 덮이고 밀봉된다. 도 1의 배선(114)에 대응하는 기판(740)상의 상이한 컴포넌트들 간의 전기 연결들은 초박형의 테플론(Teflon®) 절연 다중 가닥(multi-strand) 와이어들(702, 704)을 포함할 수 있다.

PCB(706)는 회로(144)를 갖는 센서 프런트 엔드 모듈(142) 및 디지털 노드(192)에 대한 인터페이스 커넥터(150)를 포함할 수 있고 백킹 재료(backing material)상에 기판(740)상에 장착될 수 있다. 센서들(104, 106)은 기판(740)에 접착되고 예를 들어 도전성 접착제 또는 납땜 가능 구리 테이프를 사용하여 와이어 본딩될 수 있는 가요성 EMG 전극들(710, 712)을 포함할 수 있다. 와이어 본딩 영역들은 도면 부호 714, 716으로 표시되어 있다. 도전성 패브릭 기반 스트레치 센서(160)는 PCB(706)에 와이어 본딩되고 연결된 백킹 재료(718)상에 기판(740)에 접착될 수 있다.

스트레치 센서(160) 아래의 백킹 재료(718) 및 컨포멀 바디(102)의 실질적으로 삼각형인 형상은 스트레치 센서(160)상의 과도한 신장력을 소산시키는 것을 가능하게 하고, 그에 따라 스트레치 센서(160)가 포화되는 것을 방지할 수 있다. 실시예들에서, 백킹 재료(718)는 가요성 기판(208)에 대응할 수 있고, 기판(740)은 도 2의 가요성 기판(210)에 대응할 수 있다.

IMU(110)는 도시된 바와 같이 백킹 재료(730)상에 기판(740)의 단부 주위에 장착될 수 있다. PCB(706)는 IMU(110)에 전력을 공급할 수 있다. IMU(110)로부터의 판독치들(데이터 신호들)은 디지털 노드(192)에 의한 처리 및 추가 송신을 위해 PCB(706)로 다시 라우팅될 수 있다. 전술한 바와 같이, 시스템(500)은 사용자의 신체상에, 예를 들면 무릎 위에 착용될 수 있다. 무릎이 완전히 구부러질 때, PCB(706)와 IMU(110) 사이의 거리는 원래 거리(예를 들어, 바디(102)가 신장하기 전)의 50%를 초과하여 증가할 수 있다. 이러한 신장을 견디기 위해, 전력선, 접지선 및 신호선을 운반하도록 구성된 다중 와이어 버스(720)(IMU 배선(116)에 대응함)가 사용될 수 있다. 버스(720)는 테플론(Teflon®) 코팅된 와이어들을 사용할 수 있으며, 도시된 바와 같이 정현파 사행 패턴으로 기판(740)상에 놓일 수 있다. 버스(720)는 도면 부호 722, 724, 726으로 표시되는 다수의 지점에서 기판(740)에 고정(예를 들어, 접착)될 수 있다. 내부 전기 연결이 이루어질 때, 또 다른(예를 들어, 더 얇은) 가요성 기판(예를 들어, 엘라스토머 시트, 도시되지 않음)을 기판(740)의 위에 오버레이하여, 컨포멀 바디(102) 및 궁극적으로 완전히 조립된 컨포멀 운동 감지 시스템(500)을 형성할 수 있다. 오버레이된 엘라스토머 시트 및 베이스 기판은 예를 들어, 신장 가능한 접착제를 사용하여 주변부 전체에 걸쳐 밀봉될 수 있다.

도 9는 일부 실시예들에 따른, 컨포멀(예를 들어, 웨어러블) 운동 감지 시스템과 같은 웨어러블 센서 장치를 조립하기 위한 프로세스 흐름도이다. 프로세스(900)는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 장치 실시예들 중 일부와 어울릴 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 프로세스(900)는 더 많은 또는 더 적은 동작들, 또는 동작들의 상이한 순서로 실시될 수 있다.

프로세스(900)는 블록 902에서 시작할 수 있고, 컨포멀 운동 감지 시스템의 컨포멀 바디(506)를 포함하는 기판상에 스트레치 센서(예를 들어, 160)를 배치하는 것을 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하여 논의된 바와 같이 스트레치 센서는 가요성 기판 및 제1 길이를 포함하는 그리고 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되는 도전성 패브릭 컴포넌트일 수 있다. 도전성 패브릭 컴포넌트는, 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 제1 길이와 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장할 수 있고, 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여(예를 들어, 비례하여) 전기 파라미터를 생성할 수 있다.

블록 904에서, 프로세스(900)는 웨어러블 시스템의 컨포멀 바디를 포함하는 기판상에 디지털 노드를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 기판상에 디지털 노드를 배치하는 단계는 기판상에 인쇄 회로 기판(PCB)을 장착하는 단계를 포함할 수 있고, PCB는 도 1 및 도 7 및 도 8을 참조하여 설명된 바와 같이, 디지털 노드(192)에 대한 인터페이스 커넥터(150)를 포함한다.

블록 906에서, 프로세스(900)는 스트레치 센서에 의해 제공된 전기 파라미터의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, 스트레치 센서와 디지털 노드 사이의 연결 경로를 제공하여 디지털 노드를 스트레치 센서와 통신 가능하게 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 연결 경로는 도 1 및 도 7 및 도 8을 참조하여 설명된 배선(114)을 포함할 수 있다.

블록 908에서, 프로세스(900)는 기판상에 하나 이상의 센서를 배치하는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 센서에 의해 제공된 측정치들의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, 디지털 노드에 대한 인터페이스 커넥터와 하나 이상의 센서 사이의 연결 경로들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 센서들은 센서들(104 및 106)를 포함할 수 있고, 연결 경로들은 도 1의 배선(114)을 포함할 수 있다.

블록 910에서, 프로세스(900)는 컨포멀 바디 주위에 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU)을 배치하고, IMU에 의해 제공된 측정치들의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, IMU와 PCB 사이의 배선 연결 경로들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. IMU는 도 1의 IMU(110 및 108)를 포함할 수 있다. 연결 경로들은 도 1의 IMU 배선(116) 및 배선(114)을 부분적으로 포함할 수 있다.

블록 912에서, 프로세스(900)는 스트레치 센서에 의해 제공된 전기 파라미터의 판독치들을 수신 및 처리하기 위한 회로(예를 들어, 도 1의 142)를 제공하는 것을 포함할 수 있고, 이는 PCB에 또는 디지털 노드에 회로를 배치하고 회로를 디지털 노드와 통신 가능하게 결합하는 것을 포함한다.

도 10은 다양한 실시예들에 따른, 도 1의 웨어러블 센서 장치(100)와 같은, 도 1의 다양한 컴포넌트들 및/또는 도 5 내지 도 8의 컨포멀 운동 감지 시스템(500)과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 컴퓨팅 디바이스(1000)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 예시적인 컴퓨팅 디바이스(1000)의 다양한 컴포넌트들이 디지털 노드(192)를 구성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예시적인 컴퓨팅 디바이스(1000)의 다양한 컴포넌트들이 외부 디바이스(184)를 구성하는 데 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(1000)는 하나 이상의 프로세서 또는 프로세서 코어(1002) 및 시스템 메모리(1004)를 포함할 수 있다. 이 출원의 목적을 위해, "프로세서" 및 "프로세서 코어"라는 용어들은, 문맥이 명백히 다르게 요구하지 않는 한, 동의어로 간주될 수 있다. 프로세서(1002)는 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로프로세서, 및 기타 등등과 같은, 임의의 유형의 프로세서들을 포함할 수 있다. 프로세서(1002)는 멀티-코어들, 예를 들어, 멀티-코어 마이크로프로세서를 갖는 집적 회로로서 구현될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(1000)는 대용량 저장 디바이스들(1006)(솔리드 스테이트 드라이브, 휘발성 메모리(예를 들어, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 및 기타 등등)와 같은)을 포함할 수 있다.

일반적으로, 시스템 메모리(1004) 및/또는 대용량 저장 디바이스들(1006)은 휘발성 및 비휘발성 메모리, 광학, 자기, 및/또는 솔리드 스테이트 대용량 저장소, 및 기타 등등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 임의의 유형의 일시적인 및/또는 영구 저장소일 수 있다. 휘발성 메모리는 정적 및/또는 동적 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 비휘발성 메모리는 전기적으로 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리, 상 변화 메모리, 저항성 메모리, 및 기타 등등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 시스템 메모리(1004) 및/또는 대용량 저장 디바이스들(1006)은 예를 들어 집합적으로 계산 로직(1022)으로서 나타내어진, 디지털 노드(192)와 관련된 동작들을 수행하도록 구성된 프로그래밍 명령어들의 각각의 복사본들을 포함할 수 있다.

컴퓨팅 디바이스(1000)는 입력/출력(I/O) 디바이스들(1008)(디스플레이, 소프트 키보드, 터치 감지 스크린, 이미지 캡처 디바이스 등과 같은) 및 통신 인터페이스들(1010)(네트워크 인터페이스 카드, 모뎀, 적외선 수신기, 무선 수신기(예를 들어, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), 블루투스, WiFi, 4G/5G LTE, 및 기타 등등)과 같은)를 추가로 포함할 수 있다.

통신 인터페이스들(1010)은, GSM(Global System for Mobile Communication), GPRS(General Packet Radio Service), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), HSPA(High Speed Packet Access), E-HSPA(Evolved HSPA), 또는 LTE(Long-Term Evolution) 네트워크에 따라 디바이스(1000)를 작동시키도록 구성될 수 있는 통신 칩(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 통신 칩들은 또한, EDGE(Enhanced Data for GSM Evolution), GERAN(GSM EDGE Radio Access Network), UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network), 또는 E-UTRAN(Evolved UTRAN)에 따라 동작하도록 구성될 수 있다. 통신 칩들은 CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunications), EV-DO(Evolution-Data Optimized), 이들의 유도체(derivatives)들뿐만 아니라, 3G, 4G, 5G, 및 그 이상으로 지정되는 임의의 다른 무선 프로토콜들에 따라 동작하도록 구성될 수 있다. 통신 인터페이스들(1010)은 다른 실시예들에서 다른 무선 프로토콜들에 따라 동작할 수 있다.

일부 실시예들에서, 컴퓨팅 디바이스(1000)는, 예를 들어, 통신 인터페이스들(1010)을 통해, 웨어러블 센서 장치(100) 또는 시스템(500)과 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(100) 또는 시스템(500)은 센서 프런트 엔드 모듈(142) 및 디지털 노드(192)와 결합된, 스트레치 센서(160), 센서들(104,106), IMU(110)를 포함할 수 있고, 본 명세서에 설명된 컴퓨팅 디바이스(1000)로서 구현된 외부 디바이스(184)와 통신 가능하게 결합될 수 있다.

전술한 컴퓨팅 디바이스(1000) 요소들은 하나 이상의 버스들을 나타낼 수 있는 시스템 버스(1012)를 통해 서로 결합될 수 있다. 다수의 버스의 경우, 이들은 하나 이상의 버스 브리지(도시되지 않음)에 의해 브리징될 수 있다. 이들 요소 각각은 이 기술분야에 공지된 그 종래의 기능들을 수행할 수 있다. 특히, 시스템 메모리(1004) 및 대용량 저장 디바이스들(1006)은 도 1의 디지털 노드(192)와 같은 웨어러블 센서 장치(100)와 관련된 동작들을 구현하는 프로그래밍 명령어들의 영구 복사본 및 작업 복사본을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 요소들은, 프로세서(들)(1002)에 의해 지원되는 어셈블러 명령어들 또는 이러한 명령어들로 컴파일될 수 있는 하이-레벨 언어들에 의해 구현될 수 있다.

계산 로직(1022)의 프로그래밍 명령어들의 영구 복사본은 예를 들어 컴팩트 디스크(CD)와 같은 배포 매체(도시되지 않음)를 통해, 또는 (배포 서버(도시되지 않음)로부터) 통신 인터페이스(1010)를 통해 공장에서 또는 현장에서 영구 저장 디바이스들(1006) 내에 배치될 수 있다. 즉, 에이전트를 배포하고 다양한 컴퓨팅 디바이스들을 프로그램하기 위해 에이전트 프로그램의 구현을 갖는 하나 이상의 배포 매체가 사용될 수 있다.

이 요소들(1008, 1010, 1012)의 수, 능력 및/또는 용량은 컴퓨팅 디바이스(1000)가 셋톱 박스 또는 데스크톱 컴퓨터와 같은 거치형 컴퓨팅 디바이스인지, 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 게임 콘솔, 또는 스마트폰과 같은 모바일 컴퓨팅 디바이스인지에 따라 달라질 수 있다. 그들의 구성들은 달리 공지되어 있고, 따라서 더 설명하지 않는다.

프로세서들(1002) 중 적어도 하나는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 실시예의 양태들을 실시하도록 구성된 계산 로직(1022)을 갖는 메모리와 함께 패키징될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서들(1002) 중 적어도 하나는 계산 로직(1022)을 갖는 메모리와 함께 패키징되어 SiP(System in Package) 또는 SoC(System on Chip)를 형성할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, SoC는 예를 들어, 도 1의 외부 디바이스(184)와 같은 컴퓨팅 디바이스에서 이용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 실시예에서, SoC는 도 1의 디지털 노드(192)를 형성하는 데 이용될 수 있다.

다양한 구현들에서, 컴퓨팅 디바이스(1000)는 랩톱, 넷북, 노트북, 울트라북, 스마트폰, 태블릿, PDA(personal digital assistant), 울트라 모바일 PC, 이동 전화, 또는 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 추가 구현들에서, 컴퓨팅 디바이스(1000)는 데이터를 처리하는 임의의 다른 전자 디바이스일 수 있다.

예 1은 장치로서, 가요성 기판 및 제1 길이를 포함하는 그리고 상기 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되는 도전성 패브릭 컴포넌트를 포함하고, 상기 도전성 패브릭 컴포넌트는 상기 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 상기 제1 길이와 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장하고, 상기 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 파라미터를 생성하는 것이다.

예 2는 예 1의 내용을 포함할 수 있고, 상기 가요성 기판은 제1 가요성 기판이고, 상기 장치는 제2 가요성 기판을 추가로 포함하고, 상기 제1 가요성 기판은 상기 제2 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되고, 상기 외력은 상기 제2 가요성 기판에 인가된다.

예 3은 예 2의 내용을 포함할 수 있고, 상기 제1 가요성 기판은 제1 두께를 포함하고 상기 제2 가요성 기판은 제2 두께를 포함하고, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 크고, 외력의 인가의 범위는 상기 제1 두께 및 상기 제2 두께에 대응하고, 상기 외력의 인가의 범위는 상기 제1 길이와 상기 제2 길이 사이에 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 신장을 가능하게 하는 것이다.

예 4는 예 2의 내용을 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 가요성 기판들은 탄성 패브릭, 엘라스토머, 또는 폴리머 중 적어도 선택된 것을 포함하고, 외력의 인가는 상기 제1 두께와 상기 제2 두께의 비율에 대응한다.

예 5는 예 2의 내용을 포함할 수 있고, 상기 제2 가요성 기판은 제3 길이까지 신장 가능하고, 상기 제3 길이는 상기 제2 길이보다 적어도 한 자릿수 더 길다.

예 6은 예 1의 내용을 포함할 수 있고, 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 각각의 단부들 주위에 배치되어, 상기 제1 길이와 상기 제2 길이 사이에 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 신장에 응답하여 생성된 상기 전기 파라미터의 판독치들을 제공하는 전기 콘택들; 및 상기 전기 콘택들과 결합되어, 상기 전기 파라미터의 판독치들을 수신 및 처리하는 회로를 추가로 포함한다.

예 7은 예 6의 내용을 포함할 수 있고, 상기 전기 파라미터는 저항을 포함하고, 상기 회로는: 상기 전기 콘택들과 결합되어, 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 신장에 의해 야기되는 저항의 변화에 응답하여 전압을 생성하는 저항성 분압기 회로; 및 상기 저항성 분압기 회로에 결합되어, 상기 생성된 전압을 수신하고 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 신장에 응답하여 출력 전압 신호를 제공하는 증폭기를 포함한다.

예 8은 예 1 내지 예 7 중 어느 하나의 내용을 포함할 수 있고, 상기 제2 길이는 상기 제1 길이의 약 10%만큼 상기 제1 길이보다 길다.

예 9는 예 2의 내용을 포함할 수 있고, 상기 장치는 인체 부분에 컨포멀인 바디를 갖는 웨어러블 시스템이고, 상기 제2 가요성 기판은 상기 웨어러블 시스템의 상기 컨포멀 바디상에 배치 가능하다.

예 10은 예 9의 내용을 포함할 수 있고, 상기 컨포멀 바디는 상기 제2 가요성 기판을 포함한다.

예 11은 예 9의 내용을 포함할 수 있고, 상기 장치는: 상기 컨포멀 바디 주위에 배치된 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU); 및 상기 하나 이상의 IMU와 통신 가능하게 결합되어, 상기 하나 이상의 IMU에 전력을 공급하고, 상기 IMU에 의해 제공된 측정치들을 수신, 변환, 및 처리하고, 상기 처리된 측정치들을 추가 처리를 위해 외부 집계 디바이스(external aggregating device)에 제공하는 디지털 노드를 추가로 포함한다.

예 12는 예 11의 내용을 포함할 수 있고, 상기 디지털 노드는 상기 웨어러블 시스템의 상기 컨포멀 바디에 배치되는 각각의 하나 이상의 배선 연결을 통해 상기 하나 이상의 IMU와 통신 가능하게 결합된다.

예 13은 예 11의 내용을 포함할 수 있고, 상기 컨포멀 바디에 배치되고 상기 디지털 프런트 엔드 노드와 통신 가능하게 결합되어, 자신의 판독치들을 상기 디지털 노드에 제공하는 하나 이상의 센서를 추가로 포함한다.

예 14는 예 13의 내용을 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 센서는 근전도 검사(EMG) 센서, 온도 센서, 땀 화학 센서, 또는 운동 센서 중 적어도 선택된 것들을 포함한다.

예 15는 예 14의 내용을 포함할 수 있고, 상기 웨어러블 시스템은 웨어러블 무릎 스트랩, 웨어러블 가슴 스트랩, 웨어러블 목 스트랩, 웨어러블 손목 스트랩, 또는 웨어러블 발 스트랩을 포함하고, 상기 외부 집계 디바이스는 모바일 컴퓨팅 디바이스를 포함한다.

예 16은 웨어러블 시스템으로서, 가요성 기판 및 제1 길이를 포함하는 그리고 상기 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되는 도전성 패브릭 컴포넌트를 포함하는, 스트레치 센서 - 상기 도전성 패브릭 컴포넌트는 상기 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 상기 제1 길이와 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장하고, 상기 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 파라미터를 생성하는 것임 -; 및 상기 스트레치 센서와 통신 가능하게 결합된 회로를 포함하고, 상기 회로는 상기 스트레치 센서에 의해 제공된 상기 전기 파라미터의 판독치들을 수신 및 처리하는 것이다.

예 17은 예 16의 내용을 포함할 수 있고, 상기 웨어러블 시스템은: 인체 부분에 컨포멀인 바디; 상기 컨포멀 바디 주위에 배치된 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU); 및 회로 및 상기 하나 이상의 IMU와 통신 가능하게 결합된 디지털 노드를 추가로 포함하고, 상기 디지털 노드는: 상기 하나 이상의 IMU에 전력을 공급하고; 상기 IMU에 의해 제공된 측정치들 및 상기 스트레치 센서에 의해 제공된 전기 파라미터를 수신, 변환, 및 처리하고; 상기 처리된 측정치들을 추가 처리를 위해 외부 집계 디바이스에 제공하는 것이다.

예 18은 예 17의 내용을 포함할 수 있고, 상기 가요성 기판은 제1 가요성 기판이고, 상기 웨어러블 시스템은 제2 가요성 기판을 추가로 포함하고, 상기 제1 가요성 기판은 상기 제2 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되고, 상기 제2 가요성 기판은 상기 웨어러블 시스템의 상기 컨포멀 바디상에 배치 가능하다.

예 19는 예 17의 내용을 포함할 수 있고, 상기 디지털 노드는 상기 웨어러블 시스템의 상기 컨포멀 바디에 배치되는 각각의 하나 이상의 배선 연결을 통해 상기 하나 이상의 IMU와 통신 가능하게 결합된다.

예 20은 예 17의 내용을 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 배선 연결은 전력 신호, 접지, 및 상기 하나 이상의 IMU에 대응하는 하나 이상의 신호를 운반하는 다중 와이어 버스를 포함한다.

예 21은 예 17의 내용을 포함할 수 있고, 상기 컨포멀 바디에 배치되고 디지털 프런트 엔드 노드와 통신 가능하게 결합되어, 상기 디지털 노드에 자신의 판독치들을 제공하는 하나 이상의 센서를 추가로 포함한다.

예 22는 웨어러블 시스템을 제조하는 방법으로서, 상기 웨어러블 시스템의 컨포멀 바디를 포함하는 기판상에 디지털 노드를 배치하는 단계; 상기 기판상에 스트레치 센서를 배치하는 단계 - 상기 스트레치 센서는 가요성 기판 및 제1 길이를 포함하는 그리고 상기 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되는 도전성 패브릭 컴포넌트를 포함하고, 상기 도전성 패브릭 컴포넌트는 상기 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 상기 제1 길이와 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장하고, 상기 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 파라미터를 생성하는 것임 -; 및 상기 스트레치 센서에 의해 제공된 상기 전기 파라미터의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, 상기 스트레치 센서와 상기 디지털 노드 사이의 연결 경로를 제공하여 상기 디지털 노드를 상기 스트레치 센서와 통신 가능하게 결합하는 단계를 포함한다.

예 23은 예 22의 내용을 포함할 수 있고, 상기 기판상에 상기 디지털 노드를 배치하는 단계는 상기 기판상에 인쇄 회로 기판(PCB)을 장착하는 단계를 포함하고, 상기 PCB는 상기 디지털 노드에 대한 인터페이스 커넥터를 적어도 포함하고, 상기 방법은: 상기 기판상에 하나 이상의 센서를 배치하는 단계; 및 상기 하나 이상의 센서에 의해 제공된 측정치들의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, 상기 디지털 노드에 대한 상기 인터페이스 커넥터와 상기 하나 이상의 센서 사이의 연결 경로들을 제공하는 단계를 추가로 포함한다.

예 24는 예 23의 내용을 포함할 수 있고, 상기 컨포멀 바디 주위에 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU)을 배치하는 단계; 및 상기 IMU에 의해 제공된 측정치들의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, 상기 IMU와 상기 PCB 사이의 배선 연결 경로들을 제공하는 단계를 추가로 포함한다.

예 25는 예 23의 내용을 포함할 수 있고, 상기 기판상에 상기 디지털 노드를 배치하는 단계는 상기 스트레치 센서에 의해 제공된 상기 전기 파라미터의 판독치들을 수신 및 처리하는 회로를 제공하는 단계를 포함하고, 제공하는 단계는: 상기 회로를 상기 PCB에 또는 상기 디지털 노드에 배치하는 단계; 및 상기 회로를 상기 디지털 노드와 통신 가능하게 결합하는 단계를 포함하고, 컨포멀 바디를 포함하는 상기 기판상에 스트레치 센서를 배치하는 단계는: 상기 스트레치 센서를 상기 가요성 기판상에 배치하는 단계; 및 컨포멀 바디를 포함하는 상기 기판상에 상기 가요성 기판을 부착 가능하게 장착하는 단계를 포함한다.

다양한 동작들은 청구된 내용을 이해하는 데 있어서 가장 도움이 되는 방식으로 다수의 별개의 동작으로서 차례로 설명된다. 그러나, 설명 순서는 이러한 동작들이 반드시 순서 종속적이라고 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 개시의 실시예들은 원하는 대로 구성하기 위해 임의의 적절한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 이용하여 시스템 내에 구현될 수 있다.

설명의 목적을 위해 특정 실시예들이 본 명세서에 예시되고 설명되었지만, 본 개시의 범위 내에서 동일한 목적들을 달성하도록 계산되는 매우 다양한 대안의 및/또는 등가의 실시예들 또는 구현들이 도시되고 설명된 실시예들을 대체할 수 있다. 본 출원은 본 명세서에서 설명된 실시예들의 임의의 개작물들 또는 변형물들을 커버하는 것으로 의도된다. 그러므로, 본 명세서에 설명된 실시예들은 청구항들 및 그 등가물들에 의해서만 제한되도록 명백히 의도된다.

Claims

장치로서,
가요성 기판; 및
제1 길이를 포함하는 그리고 상기 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되는 도전성 패브릭 컴포넌트를 포함하고,
상기 도전성 패브릭 컴포넌트는 상기 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 상기 제1 길이와 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장하고, 상기 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 파라미터를 생성하는 것인, 장치.
제1항에 있어서,
상기 가요성 기판은 제1 가요성 기판이고, 상기 장치는 제2 가요성 기판을 추가로 포함하고, 상기 제1 가요성 기판은 상기 제2 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되고, 상기 외력은 상기 제2 가요성 기판에 인가되는, 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 가요성 기판은 제1 두께를 포함하고 상기 제2 가요성 기판은 제2 두께를 포함하고, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 크고, 외력의 인가의 범위는 상기 제1 두께 및 상기 제2 두께에 대응하고, 상기 외력의 인가의 범위는 상기 제1 길이와 상기 제2 길이 사이에 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 신장을 가능하게 하는 것인, 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가요성 기판들은 탄성 패브릭, 엘라스토머, 또는 폴리머 중 적어도 선택된 것을 포함하고, 외력의 인가는 상기 제1 두께와 상기 제2 두께의 비율에 대응하는, 장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 가요성 기판은 제3 길이까지 신장 가능하고, 상기 제3 길이는 상기 제2 길이보다 적어도 한 자릿수 더 긴, 장치.
제1항에 있어서,
상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 각각의 단부들 주위에 배치되어, 상기 제1 길이와 상기 제2 길이 사이에 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 신장에 응답하여 생성된 상기 전기 파라미터의 판독치들을 제공하는 전기 콘택들; 및
상기 전기 콘택들과 결합되어, 상기 전기 파라미터의 판독치들을 수신 및 처리하는 회로를 추가로 포함하는, 장치.
제6항에 있어서,
상기 전기 파라미터는 저항을 포함하고, 상기 회로는:
상기 전기 콘택들과 결합되어, 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 신장에 의해 야기되는 저항의 변화에 응답하여 전압을 생성하는 저항성 분압기 회로; 및
상기 저항성 분압기 회로에 결합되어, 상기 생성된 전압을 수신하고 상기 도전성 패브릭 컴포넌트의 신장에 응답하여 출력 전압 신호를 제공하는 증폭기를 포함하는, 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 길이는 상기 제1 길이의 약 10%만큼 상기 제1 길이보다 긴, 장치.
제2항에 있어서,
상기 장치는 인체 부분에 컨포멀인 바디를 갖는 웨어러블 시스템이고, 상기 제2 가요성 기판은 상기 웨어러블 시스템의 상기 컨포멀 바디상에 배치 가능한, 장치.
제9항에 있어서,
상기 컨포멀 바디는 상기 제2 가요성 기판을 포함하는, 장치.
제9항에 있어서,
상기 장치는: 상기 컨포멀 바디 주위에 배치된 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU); 및
상기 하나 이상의 IMU와 통신 가능하게 결합되어, 상기 하나 이상의 IMU에 전력을 공급하고, 상기 IMU에 의해 제공된 측정치들을 수신, 변환, 및 처리하고, 상기 처리된 측정치들을 추가 처리를 위해 외부 집계 디바이스(external aggregating device)에 제공하는 디지털 노드를 추가로 포함하는, 장치.
제11항에 있어서,
상기 디지털 노드는 상기 웨어러블 시스템의 상기 컨포멀 바디에 배치되는 각각의 하나 이상의 배선 연결을 통해 상기 하나 이상의 IMU와 통신 가능하게 결합되는, 장치.
제11항에 있어서,
상기 컨포멀 바디에 배치되고 상기 디지털 프런트 엔드 노드와 통신 가능하게 결합되어, 자신의 판독치들을 상기 디지털 노드에 제공하는 하나 이상의 센서를 추가로 포함하는, 장치.
제13항에 있어서,
상기 하나 이상의 센서는 근전도 검사(EMG) 센서, 온도 센서, 땀 화학 센서, 또는 운동 센서 중 적어도 선택된 것들을 포함하는, 장치.
제14항에 있어서,
상기 웨어러블 시스템은 웨어러블 무릎 스트랩, 웨어러블 가슴 스트랩, 웨어러블 목 스트랩, 웨어러블 손목 스트랩, 또는 웨어러블 발 스트랩을 포함하고, 상기 외부 집계 디바이스는 모바일 컴퓨팅 디바이스를 포함하는, 장치.
웨어러블 시스템으로서,
가요성 기판 및 제1 길이를 포함하는 그리고 상기 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되는 도전성 패브릭 컴포넌트를 포함하는, 스트레치 센서 - 상기 도전성 패브릭 컴포넌트는 상기 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 상기 제1 길이와 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장하고, 상기 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 파라미터를 생성하는 것임 -; 및
상기 스트레치 센서와 통신 가능하게 결합된 회로를 포함하고, 상기 회로는 상기 스트레치 센서에 의해 제공된 상기 전기 파라미터의 판독치들을 수신 및 처리하는 것인, 웨어러블 시스템.
제16항에 있어서,
상기 웨어러블 시스템은:
인체 부분에 컨포멀인 바디;
상기 컨포멀 바디 주위에 배치된 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU); 및
회로 및 상기 하나 이상의 IMU와 통신 가능하게 결합된 디지털 노드를 추가로 포함하고, 상기 디지털 노드는:
상기 하나 이상의 IMU에 전력을 공급하고;
상기 IMU에 의해 제공된 측정치들 및 상기 스트레치 센서에 의해 제공된 전기 파라미터를 수신, 변환, 및 처리하고;
상기 처리된 측정치들을 추가 처리를 위해 외부 집계 디바이스에 제공하는 것인, 웨어러블 시스템.
제17항에 있어서,
상기 가요성 기판은 제1 가요성 기판이고, 상기 웨어러블 시스템은 제2 가요성 기판을 추가로 포함하고, 상기 제1 가요성 기판은 상기 제2 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되고, 상기 제2 가요성 기판은 상기 웨어러블 시스템의 상기 컨포멀 바디상에 배치 가능한, 웨어러블 시스템.
제17항에 있어서,
상기 디지털 노드는 상기 웨어러블 시스템의 상기 컨포멀 바디에 배치되는 각각의 하나 이상의 배선 연결을 통해 상기 하나 이상의 IMU와 통신 가능하게 결합되는, 웨어러블 시스템.
제17항에 있어서,
상기 하나 이상의 배선 연결은 전력 신호, 접지, 및 상기 하나 이상의 IMU에 대응하는 하나 이상의 신호를 운반하는 다중 와이어 버스를 포함하는, 웨어러블 시스템.
제17항에 있어서,
상기 컨포멀 바디에 배치되고 상기 디지털 프런트 엔드 노드와 통신 가능하게 결합되어, 자신의 판독치들을 상기 디지털 노드에 제공하는 하나 이상의 센서를 추가로 포함하는, 웨어러블 시스템.
웨어러블 시스템을 제조하는 방법으로서,
상기 웨어러블 시스템의 컨포멀 바디를 포함하는 기판상에 디지털 노드를 배치하는 단계;
상기 기판상에 스트레치 센서를 배치하는 단계 - 상기 스트레치 센서는 가요성 기판 및 제1 길이를 포함하는 그리고 상기 가요성 기판상에 부착 가능하게 장착되는 도전성 패브릭 컴포넌트를 포함하고, 상기 도전성 패브릭 컴포넌트는 상기 가요성 기판에 대한 직접적인 또는 간접적인 외력의 인가에 응답하여, 상기 제1 길이와 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이 사이에서 신장하고, 상기 인가된 외력의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 파라미터를 생성하는 것임 -; 및
상기 스트레치 센서에 의해 제공된 상기 전기 파라미터의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, 상기 스트레치 센서와 상기 디지털 노드 사이의 연결 경로를 제공하여 상기 디지털 노드를 상기 스트레치 센서와 통신 가능하게 결합하는 단계를 포함하는, 방법.
제22항에 있어서,
상기 기판상에 상기 디지털 노드를 배치하는 단계는 상기 기판상에 인쇄 회로 기판(PCB)을 장착하는 단계를 포함하고, 상기 PCB는 상기 디지털 노드에 대한 인터페이스 커넥터를 적어도 포함하고, 상기 방법은:
상기 기판상에 하나 이상의 센서를 배치하는 단계; 및
상기 하나 이상의 센서에 의해 제공된 측정치들의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, 상기 디지털 노드에 대한 상기 인터페이스 커넥터와 상기 하나 이상의 센서 사이의 연결 경로들을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제23항에 있어서,
상기 컨포멀 바디 주위에 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU)을 배치하는 단계; 및
상기 IMU에 의해 제공된 측정치들의 수신 및 처리를 가능하게 하기 위해, 상기 IMU와 상기 PCB 사이의 배선 연결 경로들을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제23항에 있어서,
상기 기판상에 상기 디지털 노드를 배치하는 단계는 상기 스트레치 센서에 의해 제공된 상기 전기 파라미터의 판독치들을 수신 및 처리하는 회로를 제공하는 단계를 포함하고, 제공하는 단계는:
상기 회로를 상기 PCB에 또는 상기 디지털 노드에 배치하는 단계; 및
상기 회로를 상기 디지털 노드와 통신 가능하게 결합하는 단계를 포함하고,
컨포멀 바디를 포함하는 상기 기판상에 스트레치 센서를 배치하는 단계는:
상기 스트레치 센서를 상기 가요성 기판상에 배치하는 단계; 및
컨포멀 바디를 포함하는 상기 기판상에 상기 가요성 기판을 부착 가능하게 장착하는 단계를 포함하는, 방법.