KR20190067723A - 햅틱 효과를 무선 전달하는 시스템, 디바이스 및 방법 - Google Patents

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Abstract

햅틱 효과를 무선 전달하는 시스템, 디바이스 및 방법이 제공된다. 디바이스는 사용자의 신체 및 의복을 포함하는 다양한 기판에 고정되는 햅틱 액추에이터를 포함할 수 있다. 햅틱 액추에이터는 접착제로 고정되거나 및/또는 경화성 액체로 도포될 수 있다. 햅틱 액추에이터는 액추에이터 요소 및 전력 요소를 포함할 수 있다. 전력 요소는 햅틱 효과를 일으키기 위하여 햅틱 액추에이터로 전달될 수 있는 무선 전력 및 제어 신호를 수신하는 안테나를 포함할 수 있다.

Description

햅틱 효과를 무선 전달하는 시스템, 디바이스 및 방법{SYSTEMS, DEVICES AND METHODS FOR WIRELESSLY DELIVERING HAPTIC EFFECTS}
본 발명은 햅틱 효과를 무선 전달하는 시스템, 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
비디오 게임, 가상 현실(VR) 및 증강 현실(AR) 시스템이 점점 더 대중화되고 있다. 전형적인 구현에서, 컴퓨터 시스템은 디스플레이 스크린 및/또는 헤드셋을 포함할 수 있는 디스플레이 디바이스 상에서 사용자에게 시각적 또는 그래픽 환경을 표시한다. 사용자는 제어기 또는 주변 디바이스에서 명령 또는 데이터를 입력하여 표시된 환경과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터는 조이스틱 핸들과 같은 조작기구의 사용자 조작에 응답하여 환경을 업데이트하고 디스플레이 스크린을 사용하여 사용자에게 시각적 피드백을 제공한다.
종래의 비디오 게임 디바이스 또는 제어기는 시각 및 청각 신호(cues)를 사용하여 사용자에게 피드백을 제공한다. 일부 제어기 또는 주변 디바이스에서, 사용자에게 운동 감각 피드백(예컨대 능동 및 저항 햅틱 피드백) 및/또는 촉각 피드백(예컨대 진동, 질감 및 열)이 또한 제공되며, 이를 더 일반적으로 통칭하여 "햅틱 피드백"또는 "햅틱 효과"라고 한다. 햅틱 피드백은 사용자 제어기 또는 주변 디바이스를 향상시키고 단순화하는 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 진동 효과 또는 진동촉각 햅틱 효과는 전자 디바이스 사용자에게 특정 이벤트를 알리거나 시뮬레이션 또는 가상 환경 내에서 더 큰 감각적 집중을 생성하기 위해 현실적인 피드백을 제공하는 데 유용할 수 있다. 게임 및 다른 디바이스에 대한 종래의 햅틱 피드백 시스템은 일반적으로 제어기/주변 디바이스의 하우징에 부착되어 햅틱 피드백을 발생시키는 액추에이터를 포함한다. 더 구체적으로, 제어기 또는 주변 디바이스의 모터 또는 다른 액추에이터는 제어기 내에 하우징되고 제어 컴퓨터 시스템에 연결된다. 컴퓨터 시스템은 제어기 또는 주변 디바이스로부터 센서 신호를 수신하고 적절한 햅틱 피드백 제어 신호를 액추에이터에 보낸다. 그러면 액추에이터는 햅틱 피드백을 제어기에 제공한다. 따라서, 컴퓨터 시스템은 다른 시각 및 청각 피드백과 함께 신체 감각을 사용자에게 전달할 수 있다.
종래의 햅틱 디바이스는 컴퓨팅 디바이스 내에 및/또는 전용 주변 디바이스 내에 위치되어, 사용자가 디바이스를 잡거나 들 것을 요구한다. 대조적으로, 본원에 제시된 시스템, 디바이스 및 방법은 사용자가 햅틱 구현 컴퓨팅 또는 주변 디바이스를 잡거나 들지 않고 햅틱 피드백/효과가 느껴질 수 있도록, 사용자가 무선 활성화된 햅틱 구현 디바이스를 신체 부위, 의복 및 다른 표면에 직접적으로 고정할 수 있는 해결책을 제공한다.
일 실시예에서, 햅틱 효과를 제공하는 디바이스는 전극층, 스마트 물질층 및 접지 전극층을 포함하는 액추에이터 요소, 및 햅틱 제어 신호를 수신하도록 구성되는 안테나, 제 1 접점 및 제 2 접점을 포함하는 전력 요소를 포함하고, 안테나는 제 1 접점 및 제 2 접점과 전기적으로 통신한다. 전극층은 스마트 물질층과 전력 요소 사이에 위치되도록 구성되고, 제 1 접점은 전극층과 전기적으로 통신하도록 구성되고, 제 2 접점은 접지 전극층과 전기적으로 통신하도록 구성되고, 안테나는 햅틱 제어 신호에 응답하여 전극층과 접지 전극층 사이에 전압 차를 유도하도록 구성되며, 스마트 물질층은 햅틱 효과를 제공하기 위하여 전압 차에 응답하여 작동하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 햅틱 효과를 무선으로 제공하기 위한 시스템은 적어도 하나의 햅틱 구현 디바이스 및 햅틱 제어 신호를 햅틱 구현 디바이스의 안테나로 전송하도록 구성되는 전송 유닛을 포함한다. 적어도 하나의 햅틱 구현 디바이스는 전극층, 스마트 물질층 및 접지 전극층을 포함하는 액추에이터 요소, 및 햅틱 제어 신호를 수신하도록 구성되는 안테나, 제 1 접점 및 제 2 접점을 포함하는 전력 요소를 포함한다. 안테나는 제 1 접점 및 제 2 접점과 전기적으로 통신하고, 전극층은 스마트 물질층과 전력 요소 사이에 위치되도록 구성되고, 제 1 접점은 전극층과 전기적으로 통신하도록 구성되고, 제 2 접점은 접지 전극층과 전기적으로 통신하도록 구성되고, 안테나는 햅틱 제어 신호에 응답하여 전극층과 접지 전극층 사이에 전압 차를 유도하도록 구성되며, 스마트 물질층은 햅틱 효과를 제공하기 위하여 전압 차에 응답하여 작동하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 햅틱 효과를 무선으로 제공하는 방법은 기판에 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것을 포함하고, 햅틱 구현 디바이스는 전극층 및 스마트 물질층을 갖는 액추에이터 요소, 및 햅틱 제어 신호를 수신하도록 구성되는 안테나, 제 1 접점 및 제 2 접점을 포함하는 전력 요소를 포함한다. 안테나는 제 1 접점 및 제 2 접점과 전기적으로 통신한다. 방법은, 안테나를 통해, 햅틱 제어 신호를 수신하는 것, 제1 접점 및 제2 접점을 통해 햅틱 제어 신호를 전극층 및 접지 전극층으로 전달하여 전극층과 접지 전극층 사이에 전압 차를 일으키는 것, 및 햅틱 효과를 제공하기 위하여 전압 차에 의해 스마트 물질층을 작동시키는 것을 더 포함한다.
위에 기재된 실시예는 예시적인 목적만을 위한 것이며, 이 개시의 범위 내에 있는 추가적인 실시예가 본원에 기재된다.
발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은 첨부 도면에 도시된 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본원에 통합되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 발명의 원리를 설명하고 당업자가 발명을 제조하고 사용할 수 있게 한다. 도면은 축적에 맞게 도시된 것이 아니다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 무선 햅틱 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본원의 일 실시예에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스를 부착하기 위한 몇몇 예시적인 기판을 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 본원의 일 실시예에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스를 도시한다
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스의 전력 요소를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본원의 일 실시예에 따른 전력층을 전극으로 사용하는 무선 햅틱 구현 디바이스를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 본원의 일 실시예에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스를 도시한다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스의 움직임을 도시한다
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 다수의 액추에이터 요소를 포함하는 무선 햅틱 구현 디바이스를 도시한다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 햅틱 효과 무선 제공 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 발명의 특정 실시예가 이제 도면을 참조하여 설명되며, 여기에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다. 다음의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 본 발명 또는 본 발명의 응용 및 용도를 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 앞의 기술 분야, 배경, 간단한 설명 또는 다음의 상세한 설명에 제시된 임의의 표현되거나 암시된 이론에 구속될 의도는 없다. 또한, 이하의 설명은 게임, 증강 현실, 가상 현실에서 모바일 디바이스와 함께 사용하기 위한 무선 햅틱 액추에이터의 사용에 관한 것이지만, 당업자는 그 설명이 다른 시스템에도 동등하게 적용된다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 실시예는 통상적으로 햅틱 출력을 지원하지 않는 물품 또는 객체에 햅틱 작동을 제공하기 위하여 표면, 의복 및/또는 신체 부분에 고정될 수 있는 무선 햅틱 구현 디바이스에 관한 것이다. 예시적인 일 실시예에서, 무선 햅틱 구현 디바이스는 사용자의 하나 이상의 손발가락, 즉 손톱 또는 발톱에 고정된다. 무선 햅틱 구현 디바이스는 전력 요소 및 액추에이터 요소를 포함한다. 전력 요소는 무선 신호를 수신하는 안테나 및 액추에이터 요소에 연결된 전기 접점을 포함한다. 안테나는 무선 신호를 수신하고 수신된 신호의 에너지를 이용하여 액추에이터 요소에 전력을 공급하여, 사용자의 손발가락(들), 즉, 손끝(들) 또는 발끝(들)에서 촉각 감각을 일으킨다. 복수의 무선 햅틱 구현 디바이스가 사용자의 복수의 손발가락에 고정될 때, 사용자의 상이한 손발가락의 액추에이터 요소가 선택적으로 작동되어, 시스템이 사용자의 상이한 손발가락에 선택적 햅틱 효과를 제공할 수 있게 한다. 가상 현실 또는 증강 현실 설정에서, 시스템은 가상 객체와의 가상 접촉의 표시를 제공하여, 사용자에게 더욱 몰입하는 경험을 제공할 수 있다. 따라서, 가상 또는 증강 현실 설정에서, 사용자가 손을 뻗어 객체를 만지거나 잡을 때, 객체와 접촉하는 손발가락이 햅틱 감각을 수신할 수 있다. 햅틱 감각은, 예를 들어, 접촉의 파라미터에 기초하여 수정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 가상 객체를 더 단단히 잡을 때, 햅틱 감각이 증가될 수 있다.
추가 실시예가 본원에서 논의되고 기재된다. 일 실시예에서, 무선 햅틱 액추에이터가 사용자의 의복에 고정될 수 있어 햅틱 효과를 제공할 수 있는 의류를 제공한다. 다른 실시예에서, 무선 햅틱 액추에이터가 사용자의 액세서리(예를 들어, 시계, 안경, 장신구 등)에 고정되어 별도의 촉각 통지 디바이스를 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 무선 햅틱 액추에이터는 마우스와 같은 햅틱 작동을 기본적으로 지원하지 않는 컴퓨팅 액세서리에 고정될 수 있다. 이들 및 추가 실시예가 본원에 기재된다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 무선 햅틱 시스템(100)의 일 실시예를 도시한다. 도 1은 복수의 무선 햅틱 구현 디바이스(101) 및 활성화 유닛(150)을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 햅틱 구현 디바이스(101)는 다양한 객체에 고정될 수 있다. 무선 햅틱 구현 디바이스는, 예를 들어, 손가락, 머리, 발 및 다른 영역을 포함하여, 사용자의 신체 부분에 고정될 수 있다. 무선 햅틱 구현 디바이스는 또한 착용자의 의복에 고정될 수 있다. 일부 구현에서, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)는 책상, 의자, 게임 제어기 등을 포함하는 다른 객체에 고정될 수 있다.
활성화 유닛(150)은 적어도 제어 유닛(151) 및 안테나(152)를 포함한다. 안테나(152)는 햅틱 제어 신호를 무선으로 전송하도록 구성될 수 있다. 활성화 유닛(150)은 무선 햅틱 시스템(100) 내에서 햅틱 제어 신호를 전송하도록 구성된 전용 유닛일 수 있다. 제어 유닛(151)은 전송을 위한 햅틱 제어 신호를 선택하고 햅틱 제어 신호가 안테나(152)를 통해 전송되도록 한다. 일부 구현에서, 활성화 유닛(150)은 다른 시스템, 예를 들어, 컴퓨터 시스템의 일부일 수 있다. 그러한 구현에서, 제어 유닛(151)은 컴퓨터 시스템의 구성요소일 수 있거나 및/또는 햅틱 제어 신호를 선택하고 전송하는 전용 유닛일 수 있다. 일부 구현에서, 활성화 유닛(150)은 태블릿 또는 스마트폰과 같은 개인용 디바이스일 수 있으며, 안테나(152)를 통해 햅틱 제어 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.
활성화 유닛(150) 및/또는 제어 유닛(151)의 역할을 충족할 수 있는 본 발명에 따른 컴퓨터 시스템은 서버(예를 들어, 하나 이상의 서버 블레이드, 프로세서 등을 갖는), 게임 콘솔, 휴대용 게임 디바이스, 개인용 컴퓨터(예를 들어, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 등), 스마트폰, 태블릿 컴퓨팅 디바이스 및/또는 햅틱 제어 신호를 제공하도록 프로그래밍될 수 있는 다른 디바이스로 구성될 수 있다. 일부 구현에서, 본 발명에 따른 컴퓨터 시스템은 클라우드 기반 컴퓨터 플랫폼을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 시스템은 하나 이상의 프로세서(또한 본원에서 편의를 위해 프로세서들, 프로세서(들) 또는 프로세서로 교환 가능하게 지칭됨), 하나 이상의 저장 디바이스 및/또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템 프로세서는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 프로그램되어 본원에 기재된 방법을 수행할 수 있다. 본원에 사용되는 바에 따르면, 편의를 위하여, 실제로 다양한 명령이 동작을 수행하도록 프로세서(및 따라서 컴퓨터 시스템)를 프로그래밍할 때, 다양한 명령이 동작을 수행하는 것으로 기재될 수 있다.
일부 구현에서, 본 발명에 따른 컴퓨터 시스템이 활성화 유닛(150)과 통신하는 데 사용되어, 활성화 유닛(150)이 무선 햅틱 제어 신호를 무선 햅틱 구현 디바이스로 전송하도록 하기 위해 활성화 유닛(150)에 햅틱 출력 명령을 제공할 수 있다. 따라서, 활성화 유닛(150)은 컴퓨터 시스템의 햅틱 통신 유닛을 통해 컴퓨터 시스템에 연결될 수 있는 주변 디바이스일 수 있다. 본 발명에 따른 햅틱 통신 유닛은 햅틱 출력 명령을 전송 또는 통신할 수 있는, 유선 또는 무선의, 임의의 연결 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 햅틱 통신 유닛은, 활성화 유닛(150)이 햅틱 제어 신호를 전송하게 할 수 있는 햅틱 출력 명령을 전달하기 위해, 활성화 유닛(150)과 통신하도록 구성되는 블루투스 안테나와 같은 무선 디바이스를 포함할 수 있다. 햅틱 통신 유닛은 햅틱 출력 명령 통신을 위한 유선(예를 들어, 마이크로/미니/표준 USB, HDMI 등) 포트를 더 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 햅틱 통신 유닛은 햅틱 출력 명령 전달만을 위해 구성되는 전용 유닛일 수 있다. 일부 구현에서, 햅틱 통신 유닛은 유선 또는 무선으로 다양한 다른 통신을 외부 디바이스에 전달하는 기능을 더 수행할 수 있다.
컴퓨터 시스템은 오디오 출력 및 시각 디스플레이를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 유선 또는 무선 수단을 통해 시각 디스플레이에 연결될 수 있다. 시각 디스플레이는 사용자에게 그래픽 정보를 제공하는, VR/AR 헤드셋, 모니터, 텔레비전 화면, 플라즈마, 액정 디스플레이(LCD), 프로젝터, 또는 임의의 다른 디스플레이 디바이스를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 임의 유형의 매체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 컴퓨터 시스템 및 시각 디스플레이는 단일 디바이스로 결합될 수 있다.
활성화 유닛(150)의 안테나(152)는 하나 이상의 햅틱 제어 신호를 전송한다. 일부 구현에서, 안테나에 의해 전송되는 하나 이상의 햅틱 제어 신호는 하나 이상의 변조된 전력 신호를 포함한다. 하나 이상의 변조된 전력 신호는, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)에 의해 수신될 때, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)에 전력을 제공하고 그 활성화를 일으킨다. 이러한 구현에서, 활성화의 제어는 전력 신호의 변조를 통해 제공된다. 예를 들어, 펄스화된 전력 신호는 각 무선 햅틱 구현 디바이스의 펄스화된 활성화를 가져온다. 다른 예에서, 전력 신호의 진폭은 정사각형 입력, 램프된(ramped) 입력, 삼각 입력, 사인파 입력 등에 따라 변조될 수 있다. 전력 신호의 변조는 1-50Hz의 저주파로부터 50-500Hz의 더 높은 주파수까지 다양한 주파수에서 수행될 수 있다. 본원의 실시예에서, 전력 신호는 특정 햅틱 효과를 제공하도록 동적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 탄성 가상 아이템과 상호 작용할 때, 전력 신호는 사용자가 손을 닫을 때 진폭이 증가하여, 탄성 가상 아이템이 압착될 때 더 큰 힘을 시뮬레이션한다.
일부 구현에서, 안테나(152)에 의해 전송되는 햅틱 제어 신호는 별도의 전력 및 명령 신호를 포함할 수 있다. 전력 신호는, 디바이스(101)에 전력을 공급하기 위해, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)에 의해 수신될 수 있다. 수신된 전력 신호는 예를 들어 디바이스(101)의 커패시터 및/또는 배터리에 에너지를 저장하는 데 사용될 수 있다. 작동을 위한 명령을 제공하기 위해, 별도의 명령 신호가 또한 햅틱 구현 디바이스에 의해 수신될 수 있다. 따라서, 수신된 명령 신호에 응답하여, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)는, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)의 활성화를 일으키기 위해, 수신된 전력 신호로부터 전력을 사용할 수 있다.
활성화 유닛(150)은 무선 햅틱 구현 디바이스(101)를 활성화하는 햅틱 제어 신호를 제공한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 사용자는 손 또는 손들의 각 손발가락 또는 손가락에 고정된 무선 햅틱 구현 디바이스(101)를 가질 수 있다. 무선 햅틱 구현 디바이스의 활성화는 사용자의 손발가락(들)에서 햅틱 효과가 느껴질 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 햅틱 제어 신호는 모든 무선 햅틱 구현 디바이스(101)를 함께 작동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 햅틱 제어 신호는 각 무선 햅틱 구현 디바이스(101)를 개별적으로 작동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 햅틱 제어 신호는 햅틱 구현 디바이스(101)의 하나 이상을 선택적으로 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 엄지와 검지 사이의 객체를 붙잡는 가상 현실 설정에서, 중지, 약지 및 새끼 손가락에 고정된 무선 햅틱 구현 디바이스(101)가 휴면인 한편, 검지 및 엄지에 고정된 무선 햅틱 구현 디바이스(101)가 작동될 수 있다.
햅틱 구현 디바이스(101) 및 활성화 유닛(150)은 다양한 컨텍스트(contexts)에서 채용될 수 있다. 예를 들어, VR 또는 AR 컨텍스트에서, 햅틱 구현 디바이스(101)가 선택적으로 활성화되어 사용자의 손가락과 가상 객체 사이의 가상 접촉을 나타낼 수 있다. 가상 객체와 가상 접촉을 일으키는 손가락에 부착된 각 디바이스(101)가 작동될 수 있다. 통상의 비디오 게임 컨텍스트에서, 햅틱 구현 디바이스(101)는 선택적으로 작동되어 사용자에게 추가의 감각을 제공하여, 더 몰입하는 경험을 줄 수 있다. 다른 실시예에서, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)가 사용자의 시계, 안경, 장신구 또는 다른 액세서리에 고정될 수 있다. 사용자의 모바일 디바이스가 활성화 유닛(150)의 역할을 할 수 있으며, 이메일, 문자 메시지 및 다른 이벤트의 알림을 별도로 제공하기 위해 햅틱 제어 신호를 무선 햅틱 구현 디바이스로 전송할 수 있다.
일부 구현에서, 햅틱 구현 디바이스(101)는 사용자의 손가락 또는 손과 다른 기판에 고정될 수 있다. 예를 들어, 햅틱 구현 디바이스(101)는 책상 표면, 의복, 입력 디바이스, 의복/장신구 액세서리, 및 임의의 다른 적합한 표면에 고정될 수 있다. 도 2a 내지 도 2d는 무선 햅틱 구현 디바이스(101) 부착을 위한 몇몇 예시적인 기판을 도시한다. 도 2a는 착용자의 의복(230)에 고정된 무선 햅틱 구현 디바이스(101)를 도시한다. 무선 햅틱 구현 디바이스(101)는, 예를 들어, 헝겊 테이프, 다림질-부착(iron-on) 테이프, 봉제 패치 및 기타 접착제를 통해 고정될 수 있다. 다수의 무선 햅틱 구현 디바이스(101)를 의복에 고정하는 것은, 예를 들어, 장갑, 머리띠, 손목 밴드, 셔츠, 바지, 언더셔츠, 신발, 양말 등과 같은 임의의 의류 용품을 착용 가능 햅틱 디바이스로 바꾸는 역할을 한다. 도 2b는 입력 디바이스(231)에 고정된 무선 햅틱 구현 디바이스(101)를 도시한다. 입력 디바이스는, 예를 들어, 컴퓨터 마우스, 키보드, 조이스틱, 게임 패드 및 컴퓨터 시스템에 입력을 제공하기 위해 사용되는 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 기판에 고정되어, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)는 일반적으로 또는 쉽게 햅틱 기능을 포함하지 않는 디바이스를 햅틱 방식으로(haptically) 구동 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)는 컴퓨터 마우스 또는 키보드에 고정되어 이들 디바이스에 햅틱 기능을 제공할 수 있다. 도 2c는 책상 표면(232)에 고정된 무선 햅틱 구현 디바이스(101)를 도시하며, 이는 사용자에게 햅틱 표면을 제공할 수 있다. 도 2d는 무선 햅틱 구현 디바이스(101)가 고정된 시계(233)를 도시한다. 시계, 귀걸이, 반지, 팔찌, 목걸이, 안경 등과 같은 의복 액세서리 또는 장신구에 고정되어, 무선 햅틱 구현 디바이스(101)는 일상적 객체에 햅틱 기능을 제공할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본원의 일 실시예에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스(301)의 특징을 도시한다. 무선 햅틱 구현 디바이스(301)는 액추에이터 요소(302)를 포함할 수 있으며, 이는 전극층(304), 스마트 물질층(305), 및 접지 전극층(306)을 포함할 수 있다. 무선 햅틱 구현 디바이스(301)는 전력 요소(303)을 더 포함할 수 있으며, 이는 도 4에 더 자세히 도시된다.
도 3a 내지 도 3c의 실시예에서, 액추에이터 요소(302)는 전극층(304), 스마트 물질층(305), 및 접지 전극층(306)을 포함한다. 일 실시예에서, 전극층(304)은 그래핀, 전도성 잉크, 구리 테이프 등을 포함하는 임의의 고정될 수 있는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스마트 물질층(305)은, 예를 들어, 압전세라믹(piezoceramic) 물질, PVDF(폴리 비닐리덴 플로라이드) 또는 그 공중합체(copolymer) PVDF와 트리플루오로에틸렌(TrFE) 및/또는 테트라플루오로에틸렌(TFE)을 포함하는 피에조 중합체 물질, PVDF-TrFE-TFE 또는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌)를 포함하는 전기활성(electroactive) 중합체 물질 및/또는 유전성 엘라스토머(elastomer) 물질을 포함하는 전기 활성 중합체 물질을 포함할 수 있다. 스마트 물질층(305)은 전압 차가 인가될 때, 수축(contraction), 굽힘(bending), 굴곡(flexing) 등과 같은 작동을 위해 구성될 수 있다.
도 4는 전력 요소(303)를 도시한다. 전력 요소(303)는 안테나(314) 및 적어도 두 개의 접점(310)을 포함한다. 전력 요소(303)는 전력 요소 정합 회로(315) 및 회로 브리지(312)를 더 포함할 수 있다. 안테나(314)는 실질적으로 편평한 또는 디스크 형상 안테나일 수 있고, 폭이나 길이보다 현저히 작은 높이를 갖는다. 도 4의 실시예에서, 예시적이며 비제한적으로, 안테나(314)는 복수의 권선(winding)을 갖는 코일 또는 나선형 안테나로서 도시된다. 도 4는 중심 및 외주에 종점을 갖는 일방향 나선형 안테나를 도시한다. 다중 암(arms)을 갖는 것, 2 개의 원주 종점을 갖는 것, 2 개의 중심 종점을 갖는 것 등을 포함하여 다른 나선형 또는 코일 안테나가 사용될 수 있다. 예를 들어 플레이트 안테나를 포함하는 다른 편평한 안테나도 사용될 수 있다. 안테나(314)는 예를 들어 활성화 유닛(150)에 의해 송신된 햅틱 제어 신호를 포함하는 무선 주파수 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 안테나(314)는 특정 공진 주파수로 구성될 수 있다. 안테나(314)의 공진 주파수는 안테나(314)의 크기, 형상 및 물질에 의존한다. 코일 또는 나선형으로 구성될 때, 안테나(314)의 공진 주파수는 나선 코일의 수, 크기 및 형상뿐 아니라 안테나를 구성하는 물질의 크기 및 특성에 의존한다. 안테나(314)는 예를 들어 알루미늄, 구리, 금 및/또는 임의의 다른 전도성 물질로 형성될 수 있다.
회로 브리지(312)는 최내측 단부인 안테나(314)의 코일의 중심으로부터 최외측 단부인 안테나(314)의 코일의 외주까지 교차하도록 구성된 절연 와이어일 수 있다. 회로 브리지(312)는 안테나(314)가 접점(310)과 전기적으로 통신할 수 있게 하는 데 필요한 임의의 형상 또는 형태로 구성될 수 있다. 일부 구현에서, 안테나(314)의 종단점(termination point)을 접점(310)에 연결하기 위해 다수의 회로 브리지(312)가 요구될 수 있다.
전력 요소 정합 회로(315)는 전력 요소 회로, 즉 안테나(314), 회로 브리지(312), 접점(310) 및 전력 요소 정합 회로(315)와 부하, 즉, 액추에이터 요소(302) 사이의 임피던스 매칭을 제공하기 위한 임피던스 매칭 회로로서 구성될 수 있다. 임피던스 매칭은 전력 반사 및 따라서 비효율적인 전력 전달을 초래할 수 있는 임피던스 불일치를 방지한다. 전력 요소 정합 회로(315)는 전력 요소 회로와 액추에이터 요소 사이의 임피던스를 매칭하기 위한 회로 요소, 예를 들어 레지스터, 커패시터, 인덕터 등의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
접점(310)은 전력 요소(303)로부터 연장될 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 접점(310)은 안테나(314)와 전기적으로 통신할 수 있다. 접점(310)은 또한 액추에이터 요소(302)의 접지 전극층(306) 및 전극층(304)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 따라서, 접점(310)은 전력 요소(303)가 액추에이터 요소(302)와 중첩되도록 고정될 때 안테나(314)와 전극층(304) 및 접지 전극층(306) 사이에 전기적 연결을 수립하도록 구성된다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 스마트 물질층(305)은 접지 전극층(306)과 중첩되고, 접지 전극층(306)의 적어도 일부분이 노출되도록 남겨, 접지 전극층 노출 부분(351)을 생성할 수 있다. 전극층(304)은 스마트 물질층(305)과 중첩되고, 스마트 물질층(305)의 적어도 일부분이 노출되도록 남겨, 스마트 물질층 노출 부분(350)을 생성할 수 있다. 전력 요소(303)의 접점(310)은 전극층(304) 및 접지 전극층(306)과 접촉하도록 구성되며, 이는 이들 층과 전력 요소 사이에 전기적 연결을 수립하기 위한 것이다.
따라서, 무선 햅틱 구현 디바이스(301)가 조립될 때, 액추에이터 요소(302)는 기판(307)에 고정될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(307)은 사용자의 손톱일 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2d에서 도시된 바와 같이, 기판은 또한 다양한 다른 표면 및/또는 객체를 포함할 수 있다. 전력 요소(303)는 액추에이터 요소(302)와 중첩되도록 고정될 수 있어, 전극층(304)이 스마트 물질층(305) 사이에 위치되고 전력 요소(303)의 접점(310)이 안테나(314)와 액추에이터 요소(302)의 전극층(304, 306) 사이에 전기적 통신을 수립한다.
안테나(314)가 무선 전송, 예를 들어, 햅틱 제어 신호를 수신할 때, 수신된 전송은 안테나(314)에 전류를 유도한다. 유도된 전류는 전극층(304)과 접지 전극층(306) 사이에 전압 차를 일으키고, 이는 차례로 스마트 물질층(305)의 작동을 일으킨다. 안테나(314)는 전송 주파수를 갖는 무선 전송으로서 햅틱 제어 신호를 수신할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 스마트 물질층은 전압 차에 응답하여 작동하도록 구성될 수 있다. 전극층(304)과 접지 전극층(306) 사이의 전압 차는 전송 주파수에서 진동할 수 있어, 스마트 물질층이 전송 주파수에서 진동하도록 한다. 스마트 물질층(305)의 진동은, 차례로, 기판(307)이 진동하게 하여, 사용자가 햅틱 응답을 경험하게 한다.
일부 구현에서, 안테나(314)는 전송 주파수와 실질적으로 유사한, 예를 들어, 그 10% 이내에서 공진 주파수로 구성될 수 있다. 이와 같이 매칭된 주파수는 더 높은 효율의 전송을 가져온다. 일부 구현에서, 햅틱 제어 신호의 전송 주파수 및/또는 안테나(314)의 공진 주파수는 무선 햅틱 구현 디바이스(301)(전력 요소(303) 및 액추에이터 요소(302)) 및 이것이 고정되는 기판(307)을 포함하는 햅틱 디바이스 구조(325)의 기계적 공진 주파수와 실질적으로 유사하게 선택될 수 있다. 햅틱 제어 신호의 전송 주파수를 햅틱 디바이스 구조(325)의 공진 주파수와 매칭함으로써, 스마트 물질층(305)에 의해 유도되는 햅틱 디바이스 구조(325)의 진동이 증폭된다. 따라서, 햅틱 제어 신호가 상대적으로 저전력으로 전송되더라도, 전송 주파수, 안테나(314)의 공진 주파수, 및 햅틱 디바이스 구조(325)의 기계적 공진 주파수 사이의 실질적으로 유사한 매칭이 햅틱 효과를 증폭하여 사용자가 전송된 햅틱 제어 신호의 전력 수준에 비해 강한 감각을 느끼게 된다.
일부 구현에서, 전력 요소 회로(315)는 하나 이상의 에너지 저장 요소 및/또는 로직 요소를 더 포함할 수 있다. 에너지 저장 요소는, 예를 들어, 커패시터 및/또는 배터리를 포함할 수 있다. 이러한 구현에서, 햅틱 제어 신호는 전력 신호 및 명령 신호를 포함할 수 있다. 햅틱 제어 신호의 전력 신호를 통해 전송된 에너지는 안테나(314)에 수신되고 나중에 사용하기 위해 에너지 저장 요소에 저장될 수 있다. 저장된 에너지는, 전력 요소(303)의 로직 요소에 의해 수신되는 것과 같이, 명령 신호에 응답하여 방출될 수 있다.
무선 햅틱 구현 디바이스(301)는 다양한 방식으로 기판(307)에 고정될 수 있다. 본원의 실시예에 따라, 무선 햅틱 구현 디바이스(301)의 양상은 액체의, 도색될 수 있는 형태로 공급될 수 있으며, 한 번에 한 층씩 기판에 도포될 수 있다. 예를 들어, 은, 염화은 및/또는 흑연을 함유한 잉크와 같은 전도성 액체가 기판(307)에 도포되어 접지 전극층(306)으로서 기능할 수 있다. 전도성 액체가 건조 또는 경화될 때, 전도층은 접지 전극층(306)의 역할을 하도록 유지된다. 그 후, 스마트 물질층(305)이 또한 액체, 예를 들어, 액체 전기 활성 중합체로서 도포될 수 있다. 액체 스마트 물질은 접지 전극층(306)에 도포되어 경화된 후에 스마트 물질층(305)의 역할을 할 수 있다. 이어서, 전도성 액체가 스마트 물질층(305)에 도포되어 경화된 후에 전극층(304)의 역할을 할 수 있다. 따라서, 액추에이터 요소(302)의 모든 층은 액체 형태로 하나씩 도포되거나 칠해질 수 있다. 층의 배열 및 전력 요소(303)의 접점(310)에 대한 그 노출은 액체의 도포 동안 선택적으로 제조될 수 있다. 경화 후, 전력 요소(303)는 상술한 바와 같이 액추에이터 요소(302)와 중첩되도록 고정될 수 있다. 전력 요소(303)는, 예를 들어, 아교, 점착 테이프 또는 다른 접착 물질과 같은 접착제를 통해 고정될 수 있다. 따라서, 전력 요소(303)는 접착층을 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 액추에이터 요소(302)는 위에서 논의된 바와 같이 접착제를 사용하여 기판(307)에 고정될 수 있다. 따라서, 액추에이터 요소(302)는 접착층을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 액추에이터 요소(302) 및 전력 요소(303)는 함께 기판(307)에 고정되도록 구성될 수 있다. 즉, 전력 요소(303) 및 액추에이터 요소(302)는 제조 공정 동안 서로 고정되어 접착제를 통해 기판(307)에 후속 고정될 수 있도록 설계될 수 있다.
기판(307)에 무선 햅틱 구현 디바이스(301)를 고정하는 다수의 방법이 본원에서 자세히 기재되었지만, 봉제, 열 봉합 등과 같은 기판(307)에 무선 햅틱 구현 디바이스(301)를 고정하는 다른 방법이 이 개시의 범위 내에 있다.
일부 구현에서, 전극층(304, 306) 및 스마트 물질층(305)은 투명할 수 있다. 이들 층은 경화성 액체의 형태로 도포될 때 및 사전 제조된 층으로 고정될 때 투명할 수 있다. 전력 요소(303) 또한 적어도 부분적으로 투명할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본원의 실시예에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스(501)를 도시한다. 무선 햅틱 구현 디바이스(501)는 액추에이터 요소(502)를 포함할 수 있으며, 이는 기판(507)에 고정된 스마트 물질층(505) 및 접지 전극층(506)을 포함할 수 있다. 무선 햅틱 구현 디바이스(501)는 전력 요소(503)를 더 포함할 수 있다. 무선 햅틱 구현 디바이스(501)의 구성요소 및 동작은 일반적으로 무선 햅틱 구현 디바이스(301)의 그것과 유사하다. 도 5a에 나타난 바와 같이, 무선 햅틱 구현 디바이스(501)는 스마트 물질층(505) 위에 별도의 전극층을 포함하지 않는다. 대신, 전력층(503) 자체가 제2 전극의 역할을 한다. 전력층(503)은 전력층(303)에 대해 위에서 논의한 바와 유사한 구성요소를 포함한다. 전력층(503)은 접지 전극층(506)과 접촉하도록 구성되는 접점(510)을 포함한다. 전력층(503)의 안테나(미도시)가 햅틱 제어 신호를 수신할 때, 전력층(503)과 접지 전극층(506) 사이에 전위 차가 확립된다. 전위차는 스마트 물질층(505)을 활성화한다. 이와 같이 배열되어, 전력층(503)이 상부 전극층으로서 기능한다.
도 6a 내지 도 6c는 본원의 실시예에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스(601)를 도시한다. 무선 햅틱 구현 디바이스(601)는 액추에이터 요소(602)를 포함할 수 있으며, 이는 전극층(604) 스마트 물질층(605) 및 접지 전극층(606)을 포함할 수 있고, 모두 기판(607)에 고정된다. 무선 햅틱 구현 디바이스(601)는 전력 요소(603)를 더 포함할 수 있다. 무선 햅틱 구현 디바이스(601)의 구성요소 및 동작은 일반적으로 무선 햅틱 구현 디바이스(301)의 그것과 유사하다. 도 6b에 나타난 바와 같이, 무선 햅틱 구현 디바이스(601)의 전극층(604)은 스마트 물질층(605)과 중첩되어 스마트 물질층(605)이 실질적으로 전체적으로 전극층(604)에 의해 커버되고, 스마트 물질층(605)이 접지 전극층(606)과 중첩되어 접지 전극층(606)이 실질적으로 전체적으로 스마트 물질층(605)에 의해 커버된다. 도 6a에 나타난 바와 같이, 전력 요소(603)는 전극층(604)과 접촉하고 전기적 통신을 수립하도록 구성되는 제1 접점(610A)을 포함한다. 제2 접점(610B)은 전극층(604) 및 스마트 물질층(605)을 관통하여 접지 전극층(606)과 전기적 통신을 수립하도록 구성된다. 제2 접점(610B)은 접점이 통과하는 스마트 물질층(605) 및 전극층(604)과의 전기적 통신을 방지하기 위하여 절연체와 함께 구성된다.
도 7은 작동되는 무선 햅틱 구현 디바이스(701)의 움직임을 도시한다. 위에서 논의한 바와 같이 무선 햅틱 구현 디바이스(701)는, 사용자의 손톱, 책상 표면, 사용자 디바이스, 및/또는 본원에서 논의된 임의의 다른 기판을 포함할 수 있는 기판(707)에 고정될 수 있다. 전압 차가 인가되면, 무선 햅틱 구현 디바이스(701)의 액추에이터 요소(702)의 스마트 물질층이 작동된다. 스마트 물질층의 작동은 무선 햅틱 구현 디바이스(701)가 크기 및/또는 형상의 변화를 일으키도록 한다. 이 움직임은, 차례로, 그 아래의 기판(707)이 또한 크기 및 형상 변형을 일으키도록 한다. 일부 구현에서 전력 요소(703)에 의해 수신되고 액추에이터 요소(702)로 전달되는 무선 햅틱 제어 신호가 스마트 물질층이 반복적으로 작동하도록 만든다. 일부 구현에서, 반복된 작동은 변형 및 이완(relaxation)의 사이클을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 반복된 작동은 변형 및 반대 변형의 사이클을 포함할 수 있다. 무선 햅틱 제어 신호에 의해 일어나는 주기적 작동은 무선 햅틱 구현 디바이스(701), 및 이것이 고정된 기판(707)을 진동하게 하고, 사용자에게 햅틱 감각을 제공한다.
도 8은 다수 또는 복수의 액추에이터 요소(802)를 포함하는 무선 햅틱 구현 디바이스(801)를 도시한다. 무선 햅틱 구현 디바이스(801)는 다수의 액추에이터 요소(802)를 포함하며, 각 액추에이터 요소(802)는 적어도 스마트 물질층(805), 전극층(804) 및 접지 전극층(806)을 포함한다. 무선 햅틱 구현 디바이스(801)는 기판(807)과 접촉하는 최하위 접지 전극층(808)을 가질 수 있다. 각 추가 액추에이터 요소(802)는 이전 액추에이터 요소(802)의 위에 적층된 스마트 물질층(805), 전극층(804) 및 접지 전극층(806)을 포함할 수 있다. 절연층(809)이 각 액추에이터 요소(802) 사이에 포함된다. 본원에서 논의된 다른 실시예와 유사하게, 전력 요소(803)가 구조와 중첩되도록 고정될 수 있다. 본원의 실시예에서, 전력 요소(803)는 전극층(804) 및 접지 전극층(806, 808)과 전기적 통신을 수립하도록 구성되는 접점(810A 및 810B)을 포함할 수 있다. 본원의 실시예에서, 전력 요소(803)는 적층된 전극 및 스마트 물질층을 관통하여 접지 전극층(806, 808)과 접촉하고 전기적 통신을 수립하도록 구성되는 적어도 하나의 절연된 접점(810A) 및 적층된 전극 및 스마트 물질층을 관통하여 전극층(804)과 접촉하고 전기적 통신을 수립하도록 구성되는 적어도 하나의 절연된 접점(810B)을 포함할 수 있다. 전극층(804) 및 접지 전극층(806, 808)과 전기적 통신을 수립하여 각 액추에이터 요소(802) 내에 전압 차를 발생시키기 위하여 교대 접점(810A 및 810B)이 채용될 수 있다. 다수의 엑추에어터의 추가는 더 강한 햅틱 응답을 제공할 수 있다. 스마트 물질의 햅틱 응답은 작동을 위해 사용되는 전압 차의 크기와 연관된다. 일반적으로, 스마트 물질의 작동을 일으키기 위해 상대적으로 높은 전압(예를 들어, 500V 정도의 고전압)이 필요하다. 일부 조건 하에서, 전력 요소(803)의 안테나에 의해 수신되는 무선 햅틱 제어 신호가 무선 햅틱 구현 디바이스(801)의 사용자가 최소한으로 인지하거나 인지할 수 없는 약한 햅틱 효과를 무선 햅틱 구현 디바이스(801)가 생성하게 하는 전위를 유도할 수 있다. 다수의 액추에이터의 사용은 주어진 전압에서 햅틱 효과의 강도를 증가시켜, 개선된 사용자 인식을 생성한다. 위에서 논의한 바와 같이, 발명에 따른 무선 햅틱 구현 디바이스는 극도로 낮은 프로파일(예를 들어 0.5 mm 이하)을 가질 수 있다. 다수의 액추에이터의 적층은 전압 수준의 증가 또는 엄청나게 부피가 큰 구조의 생성을 필요로 하지 않고 햅틱 응답의 크기, 및 따라서 그 인식 가능성을 증가시키는 해결책을 제공한다.
도 9는 햅틱 효과를 무선으로 제공하는 방법을 도시한다. 무선 햅틱 효과 방법(900)은, 예를 들어, 무선 햅틱 구현 디바이스 및 활성화 유닛을 포함하는, 본원에서 논의된 시스템 및 디바이스를 통해 구현될 수 있다.
동작(902)에서, 방법(900)은 무선 햅틱 구현 디바이스를 기판에 고정하는 것을 포함한다. 고정되는 햅틱 구현 디바이스는 본원에서 논의된 무선 햅틱 구현 디바이스일 수 있으며, 전극층 및 스마트 물질층을 갖는 액추에이터 요소 및 햅틱 제어 신호를 수신하도록 구성되는 안테나를 포함하는 전력 요소를 포함할 수 있다. 전력 요소는 안테나와 전기적으로 통신하는 제1 접점 및 제2 접점을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은, 햅틱 구현 디바이스의 적어도 일부, 예를 들어, 액추에이터층을 그 자리에(in situ) 형성하는 것을 포함할 수 있다. 액추에이터층을 그 자리에 형성하는 것은 접지 전극층의 역할을 하는 접지 전극층으로서 경화되도록 기판에 전도성 액체를 도포하는 것, 적어도 접지 전극층의 일부분과 중첩되는 스마트 물질층으로서 경화되도록 접지 전극층에 액체 중합체를 도포하는 것, 및 적어도 스마트 물질층의 일부분과 중첩하는 전극층으로서 경화되도록 스마트 물질층에 전도성 액체를 도포하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은 액추에이터 요소를 기판에 부착하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은 전력 요소를 액추에이터 요소에 부착하는 것을 포함한다. 일부 실시예는 칠해진(patined) 층 및 부착된 층의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터 요소는 전극 및 스마트 물질층 상에 칠하는 것(painting)에 의해 고정되는 한편, 전력 요소는 부착(adhesion)에 의해 고정될 수 있다
햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은 접지 전극층의 노출된 부분을 생성하기 위해, 스마트 물질층을 접지 전극층의 일부분 위에만 중첩시키는 것을 더 포함할 수 있다. 전력 요소가 액추에이터 요소에 고정될 때, 전력 요소의 제2 접점이 접지 전극층의 노출된 부분과 접촉하도록 도포될 수 있다.
일부 실시예에서, 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은 실질적으로 전체 접지 전극층을 커버하도록 스마트 물질층을 접지 전극층 상에 중첩시키는 것 및 실질적으로 전체 스마트 물질층을 커버하도록 전극층을 스마트 물질층 상에 중첩시키는 것을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 전력 요소는 전극층 및 스마트 물질층을 관통하여 그 아래의 접지 전극층과 접촉하도록 구성되는 관통 접점을 포함할 수 있다.
추가 실시예에서, 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은 다수의 액추에이터 요소를 서로의 위에 고정하는 것을 더 포함할 수 있다. 추가 액추에이터 요소를 고정하는 것은 스마트 물질층 및 전극층을 이전(하위) 액추에이터 요소의 전극층 위에 고정하는 것을 포함할 수 있다.
동작(904)에서, 방법(900)은, 안테나를 통해, 햅틱 제어 신호를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 안테나는 햅틱 제어 신호를 안테나를 포함하는 활성화 유닛으로부터 수신할 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 활성화 유닛은 더 포괄적인 컴퓨터 시스템의 일부로 통합될 수 있으며, 독립형 디바이스일 수 있고, 모바일 디바이스 또는 태블릿 컴퓨터의 일부일 수 있으며, 및/또는 다른 형태를 취할 수 있다.
햅틱 제어 신호를 수신하는 것은 전력 요소 안테나의 공진 주파수와 실질적으로 유사하고, 햅틱 구현 디바이스 및 그것이 고정되는 구조를 포함하는, 햅틱 구현 디바이스 구조의 기계적 공진 주파수와 실질적으로 유사한 주파수를 갖는 햅틱 제어 신호를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 햅틱 제어 신호의 주파수가 전력 요소 안테나의 공진 주파수와 실질적으로 유사할 때, 수신 효율이 개선된다. 햅틱 제어 신호와 전력 요소 안테나의 공진 주파수 사이의 실질적 유사 또는 정확한 매칭은 따라서 전력 전달의 효율을 증가시킨다. 결국, 햅틱 제어 신호와 햅틱 구현 디바이스 구조의 공진 주파수 사이의 실질적 유사 또는 정확한 매칭은 햅틱 구현 디바이스의 햅틱 효과의 강도를 증폭시키는 역할을 한다. 따라서, 전력 요소 안테나, 햅틱 작동 구조, 및 햅틱 제어 신호의 주파수들 사이의 실질적으로 유사한 매칭을 달성함으로써, 낮은 전송 전력 수준에서 더 강한 결과를 달성할 수 있다.
동작(906)에서, 방법(900)은, 전극층과 접지 전극층 사이에 전압 차를 일으키기 위해 햅틱 제어 신호를 제1 접점 및 제2 접점을 통해 전극층 및 접지 전극층으로 전달하는 것을 포함할 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 제1 접점 및 제2 접점은 전극층 및 접지 전극층과 전기적으로 통신하고 햅틱 제어 신호에 응답하여 전압 차를 일으킨다.
동작(908)에서, 방법(900)은, 전압 차를 통해 무선 햅틱 구현 디바이스를 작동시키는 것을 포함할 수 있다. 스마트 물질을 작동시켜 스마트 물질이 구부러지게 하기 위해, 스마트 물질층에 걸쳐 전극층과 접지 전극층 사이의 전압 차가 작용한다. 본원의 실시예에서, 햅틱 제어 신호는 교류 전류 신호이며, 전압 차는 방향을 진동 시키므로, 스마트 물질이 앞뒤로 구부러지도록, 즉 진동하도록 하여, 시스템의 사용자에 의해 느껴지는 효과를 생성한다.
따라서, 무선 햅틱 구현 시스템 및 디바이스, 및 무선 햅틱 구현 시스템 및 디바이스를 다양한 기판에 고정하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 다양한 실시예가 위에서 설명되었지만, 이들은 예시 및 예로서만 제시되었으며 제한이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항에서의 다양한 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 상술한 예시적인 실시예 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안되며, 첨부된 청구 범위 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다. 본원에서 논의된 각 실시예 및 본원에서 인용된 각 참조의 각 특징은 임의의 다른 실시예의 특징과 조합하여 사용될 수 있음이 또한 이해될 것이다. 달리 말하면, 햅틱 효과를 부여하는 위의 방법의 양상은 본원에 기재된 다른 방법과 임의의 조합으로 사용될 수 있거나, 또는 방법이 개별적으로 사용될 수 있다. 본원에서 논의된 모든 특허 및 간행물은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.

Claims (20)

  1. 햅틱 효과를 제공하는 무선 햅틱 구현 디바이스(wireless haptic enabled device)에 있어서,
    전극층, 스마트 물질층 및 접지 전극층을 포함하는 액추에이터 요소; 및
    햅틱 제어 신호를 수신하도록 구성되는 안테나, 제 1 접점 및 제 2 접점을 포함하는 전력 요소-상기 안테나는 상기 제 1 접점 및 상기 제 2 접점과 전기적으로 통신함-를 포함하고,
    상기 전극층은 상기 스마트 물질층과 상기 전력 요소 사이에 위치되도록 구성되고,
    상기 제 1 접점은 상기 전극층과 전기적으로 통신하도록 구성되고,
    상기 제 2 접점은 상기 접지 전극층과 전기적으로 통신하도록 구성되고,
    상기 안테나는 상기 햅틱 제어 신호에 응답하여 상기 전극층과 상기 접지 전극층 사이에 전압 차를 유도하도록 구성되며,
    상기 스마트 물질층은 햅틱 효과를 제공하기 위하여 상기 전압 차에 응답하여 작동하도록 구성되는 무선 햅틱 구현 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스마트 물질층이 액체로서 상기 접지 전극층에 도포되고, 상기 스마트 물질층의 경화 후에 상기 전극층이 액체로서 상기 스마트 물질층에 도포되는 무선 햅틱 구현 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스마트 물질층은 상기 접지 전극층의 일부분과만 중첩되어 상기 접지 전극층의 제1 노출 부분을 남기고 상기 전극층은 상기 스마트 물질층의 일부분과만 중첩되어 상기 스마트 물질층의 제2 노출 부분을 남기는 무선 햅틱 구현 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전력 요소의 상기 제 2 접점은 상기 접지 전극층의 상기 제1 노출 부분과 접촉하도록 구성되는 무선 햅틱 구현 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 실질적으로 상기 접지 전극층의 전체를 커버하기 위해 상기 스마트 물질층이 상기 접지 전극층과 중첩되고, 실질적으로 상기 스마트 물질층의 전체를 커버하기 위해 상기 전극층이 상기 스마트 물질층과 중첩되는 무선 햅틱 구현 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전력 요소의 제2 접점은 상기 접지 전극층과 접촉하기 위해 상기 전극층 및 상기 스마트 물질층을 관통하도록 구성되는 무선 햅틱 구현 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터 요소와 중첩되는 적어도 하나의 추가 액추에이터 요소를 더 포함하는 무선 햅틱 구현 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 상기 액추에이터 요소가 위치하도록 구성되는 기판의 공진 주파수와 실질적으로 유사한 주파수에서 공진하도록 구성되는 무선 햅틱 구현 디바이스.
  9. 햅틱 효과 무선 제공 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 무선 햅틱 구현 디바이스-상기 적어도 하나의 햅틱 구현 디바이스는:
    전극층, 스마트 물질층 및 접지 전극층을 포함하는 액추에이터 요소, 및
    햅틱 제어 신호를 수신하도록 구성되는 안테나, 제 1 접점 및 제 2 접점을 포함하는 전력 요소-상기 안테나는 상기 제 1 접점 및 상기 제 2 접점과 전기적으로 통신함-를 포함함; 및
    상기 햅틱 제어 신호를 상기 안테나로 전송하도록 구성되는 전송 유닛을 포함하고,
    상기 전극층은 상기 스마트 물질층과 상기 전력 요소 사이에 위치되도록 구성되고,
    상기 제 1 접점은 상기 전극층과 전기적으로 통신하도록 구성되고,
    상기 제 2 접점은 상기 접지 전극층과 전기적으로 통신하도록 구성되고,
    상기 안테나는 상기 햅틱 제어 신호에 응답하여 상기 전극층과 상기 접지 전극층 사이에 전압 차를 유도하도록 구성되며,
    상기 스마트 물질층은 햅틱 효과를 제공하기 위하여 상기 전압 차에 응답하여 작동하도록 구성되는 햅틱 효과 무선 제공 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 무선 햅틱 구현 디바이스는 복수의 무선 햅틱 구현 디바이스를 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 무선 햅틱 구현 디바이스 중 각 무선 햅틱 구현 디바이스는 다른 각 무선 햅틱 구현 디바이스의 안테나의 공진 주파수와 상이한 공진 주파수를 갖는 안테나를 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 시스템.
  12. 햅틱 효과 무선 제공 방법에 있어서,
    기판에 무선 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것-상기 무선 햅틱 구현 디바이스는:
    전극층, 스마트 물질층 및 접지 전극층을 포함하는 액추에이터 요소, 및
    햅틱 제어 신호를 수신하도록 구성되는 안테나, 제 1 접점 및 제 2 접점을 포함하는 전력 요소-상기 안테나는 상기 제 1 접점 및 상기 제 2 접점과 전기적으로 통신함-를 포함함;
    상기 안테나를 통해, 상기 햅틱 제어 신호를 수신하는 것;
    상기 전극층과 상기 접지 전극층 사이에 전압 차를 일으키기 위해, 상기 햅틱 제어 신호를 상기 제 1 접점 및 상기 제 2 접점을 통해 상기 전극층 및 상기 접지 전극층으로 전달하는 것; 및
    상기 햅틱 효과를 제공하기 위하여 상기 전압 차에 의해 상기 스마트 물질층을 작동시키는 것을 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은:
    상기 접지 전극층으로서 경화시키기 위해 상기 기판에 전도성 액체를 도포하는 것;
    적어도 상기 접지 전극층의 일부분과 중첩되는 상기 스마트 물질층으로서 경화시키기 위해 상기 접지 전극층에 액체 중합체를 도포하는 것; 및
    적어도 상기 스마트 물질층의 일부분과 중첩되는 상기 전극층으로서 경화시키기 위해 상기 스마트 물질층에 전도성 액체를 도포하는 것에 의하여,
    상기 액추에이터 요소를 그 자리에(in situ) 형성하는 것을 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은,
    상기 전력 요소를 상기 전극층에 부착하는 것을 더 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은,
    상기 접지 전극층의 노출된 부분을 남기기 위해 상기 스마트 물질층을 상기 접지 전극층 상에 중첩시키는 것 및 상기 스마트 물질층의 노출된 부분을 남기기 위해 상기 전극층을 상기 스마트 물질층 상에 중첩시키는 것에 의해 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 형성하는 것을 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은,
    상기 접지 전극층의 노출된 부분과 접촉하도록 상기 전력 요소의 상기 제2 접점을 적용하는 것에 의하여 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 형성하는 것을 더 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은,
    실질적으로 상기 접지 전극층의 전체를 커버하도록 상기 접지 전극층 상에 상기 스마트 물질층을 중첩시키는 것 및 실질적으로 상기 스마트 물질층의 전체를 커버하도록 상기 스마트 물질층 상에 상기 전극층을 중첩시키는 것에 의해 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 형성하는 것을 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은 상기 접지 전극층과 접촉하도록 상기 제2 접점으로 상기 전극층 및 상기 스마트 물질층을 관통시키는 것을 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 액추에이터 요소는 제1 액추에이터 요소이고,
    상기 무선 햅틱 구현 디바이스를 고정하는 것은 상기 제1 액추에이터 요소와 중첩하도록 제2 액추에이터 요소를 고정하는 것을 더 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 햅틱 제어 신호를 수신하는 것은 상기 액추에이터 요소가 위치하도록 구성되는 상기 기판의 공진 주파수와 실질적으로 유사한 상기 안테나의 공진 주파수에서 상기 햅틱 제어 신호를 수신하는 것을 포함하는 햅틱 효과 무선 제공 방법.
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