TWI635848B - 具有伸縮性感測器的穿戴式裝置 - Google Patents

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TWI635848B
TWI635848B TW105104631A TW105104631A TWI635848B TW I635848 B TWI635848 B TW I635848B TW 105104631 A TW105104631 A TW 105104631A TW 105104631 A TW105104631 A TW 105104631A TW I635848 B TWI635848 B TW I635848B
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艾密特 巴克西
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Abstract

本發明之實施例提供用於穿戴式感測器裝置的技術和組態。在一情況中,該裝置包含撓性基板及導電織物組件,該導電織物組件包含第一長度且係可附著地安裝在該撓性基板上。回應於對該撓性基板的外力之直接或間接的施加,該導電織物組件可在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸縮,且至少部分地根據該施加的外力之量而產生電性參數。其他的實施例可予以描述及/或主張權利。

Description

具有伸縮性感測器的穿戴式裝置
本發明之實施例大致有關感測器裝置的領域,且更特別地,有關具有可與人體共形之伸縮性感測器的穿戴式感測系統。
隨著在各種技術中的進步,穿戴式感測裝置或系統係漸增地流行。穿戴式感測系統可能需要被舒適地附著至人體,且可能要測量及量化人體及/或諸如關節、手腕、手指、腳踝、膝部、及其類似者之人體不同部位的伸縮、應變、或彎曲。惟,用以監測伸縮、應變、彎曲、及其類似者的現有感測器對有效感測人體之可移動點周圍可能具有受限的能力。而且,現有感測器可能係昂貴的、可能對整合至穿戴式裝置內具有受限的能力、可能易碎或易於破裂、或可能提供受限的準確度。
100‧‧‧穿戴式感測器裝置
102‧‧‧共形之本體
104,106‧‧‧感測器
108,110‧‧‧慣性測量單元(IMU)
112‧‧‧使用者之身體
114‧‧‧佈線
116‧‧‧IMU佈線
132,1002‧‧‧處理器
134‧‧‧記憶體
140‧‧‧處理單元
142‧‧‧感測器前端模組
144‧‧‧電子電路
150‧‧‧介面
154‧‧‧電池
156‧‧‧無線電
158‧‧‧其他組件
160‧‧‧伸縮性感測器
184‧‧‧外部裝置
192‧‧‧數位節點
200‧‧‧頂視圖
202‧‧‧導電織物組件
204,206‧‧‧電性接點
208,210‧‧‧撓性基板
260‧‧‧側視圖
280‧‧‧實施
300‧‧‧電路
U8B‧‧‧放大器
400‧‧‧圖形
500‧‧‧共形運動感測系統
502‧‧‧膝部綁帶
602,720‧‧‧多導線匯流排
702,704‧‧‧導線
706‧‧‧印刷電路板(PCB)
710,712‧‧‧撓性EMG電極
714,716‧‧‧線焊區域
718,730‧‧‧背襯材料
722,724,726‧‧‧點
740‧‧‧基板
900‧‧‧處理
902-912‧‧‧方塊
1000‧‧‧計算裝置
1004‧‧‧系統記憶體
1006‧‧‧主儲存裝置
1008‧‧‧輸入/輸出(I/O)裝置
1010‧‧‧通訊介面
1012‧‧‧系統匯流排
1022‧‧‧計算邏輯
實施例將藉由下文連同附圖之詳細說明而被立即瞭 解。為有利於此說明,相同的參考字符指定相同的結構性元件。實施例係透過實例且非以限制之方式描繪於附圖的圖式中。
第1圖係方塊圖,其描繪依據一些實施例之與本發明教義結合的實例穿戴式感測器裝置。
第2圖係概要圖,其描繪依據一些實施例之可被使用於穿戴式感測器裝置中的實例伸縮性感測器。
第3圖係依據一些實施例之電路的實例實施之概要圖,該電路係組構以處理由穿戴式感測器裝置之伸縮性感測器所提供的讀數。
第4圖係依據實施例之圖形,其描繪伸縮性感測器輸出做為所施加之外力的函數。
第5至8圖描繪依據一些實施例之包含共形運動感測系統的實例穿戴式感測器裝置100之不同的視圖。
第9圖係依據一些實施例的處理流程圖,用以組裝諸如,共形(例如,穿戴式)運動感測系統之穿戴式感測器裝置。
第10圖描繪依據各種實施例的實例計算裝置1000,其係適用於與諸如,包含共形運動感測系統之穿戴式感測器裝置之第1圖及/或第5至8圖的各種組件一起使用。
【發明內容及實施方式】
本發明之實施例包含用於穿戴式感測器裝置的技術和組態。依據實施例之圖形,該裝置可包含撓性基板及導電 織物組件,導電織物組件包含第一長度且其可被附著地安裝在該撓性基板上。回應於對該撓性基板的外力之直接或間接的施加,該導電織物組件可在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸縮,且至少部分地根據該施加的外力之量而產生電性參數。
在以下的詳細說明中,將參照形成關於此之部分的附圖,其中相同的字符始終指定相同的部件,且其中係利用其中可實施本發明之標的物的描繪性實施例而予以顯示。應瞭解的是,可使用其它的實施例且可做成結構性或邏輯性的改變,而不會背離本發明之範疇。因此,以下的詳細說明不應以限制之觀念取用,且實施例的範圍係藉由附錄之申請專利範圍及其等效範圍而予以界定。
用於本發明之目的,“A及/或B”之用語意指(A)、(B)、(A)或(B)、或(A及B)。用於本發明之目的,“A、B、及/或C”之用語意指(A)、(B)、(C)、(A及B)、(A及C)、(B及C)、或(A、B、及C)。
說明可能使用諸如,頂部/底部、在...之中/在...之外、在...之上/在...之下、及其類似者之透視性為主的說明。該等說明謹係使用以使討論容易,且並不打算要限制在此所敘述之實施例的應用至任何特殊之取向。
說明可能使用“在實施例中”或“在諸實施例中”之用語,其各可意指一或多個相同或不同的實施例。再者,如相對於本發明實施例所使用之“包含”、“包括”、“具有”、及其類似者的術語係同義字的。
伴隨著其衍生語之“與...耦接”的術語,可被使用於此。“耦接”可意指以下之一或多者。“耦接”可意指的是,兩個或更多個元件係在直接的實體、電性、或光學接觸中。惟,“耦接”亦可意指的是,兩個或更多個元件彼此互相間接地接觸,但仍彼此互相協力或相互作用,且可意指的是,一或多個其他元件係耦接或連接在被稱作彼此互相耦接的元件之間。“直接耦接”的術語可意指的是,兩個或更多個元件係在直接接觸中。
第1圖係方塊圖,其描繪依據一些實施例之與本發明教義結合的實例穿戴式感測器裝置100。裝置100可包含共形之本體102(包含例如,由點虛線所指示的撓性基板),其係組構成可附著至使用者之身體112,以便傳導與使用者之身體112及使用者之活動的功能相關聯之測量。在實施例中,共形之本體102可取用諸如,緊固帶、綁帶、或其類似物之不同的形狀及/或尺寸,以便與使用者之身體112的不同部位共形。共形之本體102可由彈性織物、彈性體、聚合物、或其他合適的材料所製成。
裝置100可包含伸縮性感測器160,其係設置在共形之本體102上,且被組構以提供回應於可由外力所導致之伸縮而由該伸縮性感測器160所產生之電性參數的測量。在某些實施例中,伸縮性感測器160可包含以導電織物為基之感測器,其係組構以回應例如,諸如膝部或手臂的彎曲之外力的施加,而提供感測器160可產生之電阻參數的讀數。伸縮性感測器160的實施例將參照第2至4圖而予 以敘述。
裝置100可進一步包含複數個感測器104,106,其可被設置在將與使用者之身體112接觸的共形之本體102周圍。例如,感測器104,106可被放置在包含共形之本體102的撓性基板之內側或外側,用以致能與使用者之身體112相關聯的測量。在某些實施例中,感測器104,106可被建立在(例如,嵌入於、黏貼至、及其類似方式)共形之本體102的撓性基板中。感測器104,106可提供有關各式各樣之使用者本體功能的讀數。例如,感測器104,106可包含,但並未受限於肌電圖(EMG)感測器、溫度感測器、汗水化學感測器、運動感測器、光學發光二極體、心電圖(ECG)電極、膚電反應(GSR)感測器、壓電晶體、壓力感測器、或其類似者。
應注意的是,感測器104,106,160僅為描繪之緣故而被顯示於第1圖中,且並不限制裝置100的實施。將理解的是,任何數目或類型之感測器可被使用於裝置100中。
裝置100可進一步包含一或多個慣性測量單元(IMU)108及110,其係設置在共形之本體102周圍,且被組構以提供與使用者之本體112相關聯的運動相關測量。在共形之本體102周圍之IMU 108及110的設置將參照第5至8圖而予以詳細討論。
裝置100可進一步包含感測器前端模組142,其可與感測器104,106,及160電性連接。感測器前端模組142 可包含印刷電路板(PCB),且可被設置在包含共形之本體102的撓性基板上。在實施例中,該感測器前端模組142可被設置在包含共形之本體102的撓性基板之外側上。
該感測器前端模組142可包含電子電路144,其係組構以接收和處理由感測器104,106,及160所提供之讀數。該電路144可被進一步組構以提供功率和激發至感測器104,106(視需要地),轉換感測器信號成為電壓,放大及限定感測器信號。用以讀取及處理來自伸縮性感測器160的信號之該電路144的實例應用將參照第3圖而予以敘述。
感測器前端模組142(例如,電路144)可經由佈線114而與感測器104,106,及160電性耦接。佈線114可包含用以電性連接個別的感測器與感測器前端模組142之導線。
裝置100的某一IMU(例如,IMU 108)可被整合在提供感測器前端模組142或數位節點192(敘述於下文)的PCB中。某一IMU(例如,IMU 110)可被設置在共形之本體102的其他部件中,例如,在距離感測器前端模組142的一距離處。如圖示,IMU 110可經由IMU佈線116而與感測器前端模組142電性耦接。IMU佈線116可被組構為多個佈線連接,其包含多線匯流排,用以承載所提供至IMU 110之功率信號、接地、及資料信號。佈線114及IMU佈線116可被建立(例如,嵌入、刺繡、編織、壓印、及其類似方式)在共形之本體102的撓性基板中。
裝置100可進一步包含數位節點192,其可與感測器前端模組142機械性地及電性地耦接。例如,感測器前端模組142可包含介面150(例如,諸如多接腳接點之電性連接器),用以提供與數位節點192之機械性及電性的耦接。數位節點192可被組構以進一步處理由感測器104,106,160和IMU 108及110所提供之讀數。
在某些實施例中,數位節點192可包含具有處理器132的處理單元140,該處理器132係組構以處理由感測器104,106,160所提供之讀數(信號)。處理單元140可包含具有指令的記憶體134,當被執行於該處理器132之上時,該等指令可致使處理器132執行信號處理。數位節點192可包含電池154,其係組構以對數位節點192,且更一般地,對裝置100之組件提供電源供應。數位節點192可包含無線電156,用以傳送該等感測器讀數的處理所產生之處理的資料至例如,外部裝置184(例如,行動的或固定的計算裝置),以供進一步處理之用。數位節點192可包含配對連接器(未顯示),用以緊密配合感測器前端模組142的介面150。
數位節點192可包含用於裝置100之功能所必要的其他組件158。例如,其他組件158可包含通訊介面,用以致能裝置100在一或多個有線或無線網路上通訊,及/或與諸如外部裝置184之任何其它的適合裝置通訊。
綜上所述,數位節點192可被組構以供應功率至感測器前端模組142、感測器104,106,160、及IMU 108, 110,以及執行資料獲得、處理、及傳輸。數位節點192可被進一步組構以執行在網路(例如,局部無線網路,未顯示)上感測之信號的信號去雜訊、特徵提取、分類、資料壓縮、及無線傳輸。
第2圖係概要圖,其描繪依據一些實施例之可被使用於穿戴式感測器裝置中的實例伸縮性感測器。更特別地,第2圖描繪諸如,參照第1圖所敘述的感測器160之伸縮性感測器的頂視圖200、側視圖260、及實施280。所敘述的實施例可利用導電織物做為伸縮性感測裝置,如下文所解說的。
如已知的,導電織物可使用於用以屏蔽電子組件免於電磁干擾的撓性屏蔽系統中、電子紡織品中、及其類似者之中。一些導電織物(例如,Medtex 180,其係由銀塗佈的尼龍所製成)亦可由於其抗微生物之性質而被使用於繃帶的醫學應用中。某些導電織物(諸如,Medtex 180)可回應可由於外力的施加所導致之伸縮,而在其電性特徵(例如,電阻)中展示可重複的改變。
該等導電織物可在它們飽和之前,以相對有限的動態範圍展現在電阻中的改變。例如,導電織物可伸縮它們原始長度的大約10%,用以在它們飽和之前取得在電阻中的對應(例如,成比例)改變(例如,增加)。換言之,若該織物伸縮超過它們原始長度的大約10%時,則該導電織物電阻可維持恆定。導電織物亦可在伸縮超過某一限度,例如,超過它們原始長度的大約20%時,展現形變(蠕變)。
所敘述之實施例提供用於所施加至導電織物之外力的散逸,以便防止該導電織物伸縮超過可對應飽和之某一長度,例如,超過它原始長度的10%。散逸的大小可界定可被施加至導電織物之外力的限度。因而,該外力可在該導電織物之伸縮的決定範圍內,使用導電織物伸縮能力而予以測量。
例如,若被安裝在諸如具有決定之彈性的彈性基板,例如,合適厚度之矽酮橡膠或乳膠的撓性基板之上時,則導電織物可被使用做為電阻式伸縮性換能器。此方法可經由力散逸而提供用於所需範圍之伸縮力測量,且可藉由使用撓性基板的彈性性質而降低蠕變。
請參閱第2圖,感測器160可包含決定之長度的導電織物組件202。如上述,導電織物組件202可當其電阻回應導電織物組件202之伸縮而改變(例如,增加)時,扮演電阻式伸縮性感測器的角色。例如,在未伸縮的情形中之導電織物組件202的電阻可係大約10歐姆,且可回應伸縮而增加至12歐姆。
導電織物組件202可包含電性接點204,206,其可如圖示地被設置在導電織物組件202的個別端點周圍,用以提供回應於導電織物組件202之伸縮而由伸縮性感測器160所產生之電性參數(例如,電阻)的讀數。在實施例中,電性接點204,206可包含黏著式銅箔、導電漆、導電膠、或其類似物。導電佈線A及B可被使用以提供對電性接點204,206的電性連接,例如,藉由焊接或藉導 電膠。在佈線A與B之間的電阻改變可藉由電路144而被轉換成(例如,成比例的)電壓輸出,該電路144將參照第3圖而予以詳細說明。
導電織物組件202可被設置(例如,可附著地安裝)在具有決定之(第一)厚度的撓性基板208上。該撓性基板208可被可附著地安裝在決定之(第二)厚度的另一撓性基板210上。撓性基板208的第一厚度可大於撓性基板210的第二厚度。基板208及210可包含彈性體(例如,矽酮彈性體)、聚合物、及其類似物。外力F可被直接或間接地(例如,經由基板210,如所顯示的)施加至撓性基板208(且對應地,至導電織物組件202)。回應於對撓性基板208之外力F的直接或間接施加,導電織物組件202可在決定之(第一)長度與大於第一長度的第二長度之間伸縮,及根據以所示之方向所施加的外力F產生電性參數(例如,電阻)。在實施例中,所產生之電性參數(例如,電阻)可與所施加的外力F成比例。
伸縮外力F的所欲部分可以以造成較薄基板210之伸縮予以散逸。較厚基板208可藉由與較薄基板210的總伸長(伸縮)相比之一小部分而伸縮。導電織物組件202係安裝在較厚基板208上,且可接受由於所施加至基板210之相對大的外力F所導致之所需的伸縮(例如,它長度的大約10%)。因而,可防止導電織物組件202受到實質的外力F而飽和。
藉由伸縮性感測器160之外力F的測量範圍可由基板 208及210的相對厚度所控制,例如,由基板208及210的厚度比。伸縮性感測器160的靈敏度及其動態範圍可藉由選擇基板208及210之所欲的相對厚度(例如,比),而被調整至所需的位準。相對厚度愈大,則測量的動態範圍愈大,以及對伸縮性感測器160的靈敏度愈小。
如上述,導電織物組件202可被安裝在撓性基板208上,該撓性基板208可被安裝在撓性基板210上。該等基板208,210二者可包含具有所需彈性之彈性體。因而,該等基板208,210可在伸縮外力F被去除之後,實質立即地恢復它們原始的形狀和長度。依次地,導電織物組件202亦可被迫使恢復其原始的長度,而藉以降低或消除蠕動。撓性基板208的厚度可確保導電織物組件202在諸如,裝置100之使用伸縮性感測器之穿戴式感測器裝置的實際應用中,回應可被施加之外力F,而維持在所需的伸縮性範圍之內(例如,不可伸縮超過其原始長度的10%)。
相較於習知穿戴式感測器裝置的解決方法,如上述之實施有伸縮性感測器的穿戴式感測器裝置可提供許多的優點。例如,所敘述的伸縮性感測器160可根據撓性基板208,210之厚度而以諸如,大約10mm(毫米)x 20mm x 3mm之所需的(例如,相對小的)形成因子,以及以所欲的輪廓及重量實現。因而,伸縮性感測器160可被整合至諸如,腕錶的錶帶之小的穿戴式裝置之內。所敘述的伸縮性感測器160可與使用者的身體形狀共形,且可適合於諸如,穿戴式或智慧型服飾之各種穿戴式裝置的應用。在若 干實例中,組構有上述之伸縮性感測器的多個穿戴式感測器裝置可應用至使用者的身體以形成身體區域網路,而致能不同應用的主機。
進一步地,伸縮性感測器160特徵可在所需的時間週期上高度地重複和穩定的,因為該感測器160可被組構以實質立即地恢復其原始尺寸、形狀、和電阻,且實質地無蠕變。而且,伸縮性感測器之動態範圍及靈敏度可藉由選擇基板208及210的厚度而被調整。又,上述之伸縮性感測器160可需要比已知之習知的伸縮性感測器更低的電源供應。
第3圖係依據一些實施例之電路的實例實施之概要圖,該電路係組構以處理由穿戴式感測器裝置之伸縮性感測器所提供的讀數。更特別地,第3圖之概要圖可提供包含第1圖之裝置100的電路144之至少部分實施實例的電路300。在實施例中,伸縮性感測器160可在對應第2圖之電線A及B的輸入點A,B處與電路300耦接。
如上述,伸縮性感測器160之電阻中的改變可當導電織物組件202被伸縮時發生。輸入點A及B以及電阻R39可形成與電性接點204、206耦接之電阻分壓器電路,用以產生回應於由導電織物組件202的伸縮所導致之電阻改變的電壓。分壓器電路可由直流(DC)電壓源Vsensor_AFE所激發。電阻中的改變造成點A處的電壓改變,其係饋送到被耦接至電阻分壓器電路之放大器U8B的輸入。當伸縮性感測器160之織物組件的電阻改變時,將在放大器 U8B之輸入處造成對應的(例如,成比例的)電壓改變。放大器U8B可被組構用以接收產生的電壓,及用以提供對應於(例如,成比例於)導電織物組件202之伸縮的輸出電壓信號。電阻R43及R41可根據裝置100的應用而被使用以設定該電壓的增益(放大率)。1V2可係施加至R41的參考電壓。元件C41、R43及R42、C40可形成低通濾波器,用以去除高頻雜訊及保留低頻伸縮信號。該等濾波器之截止頻率可根據裝置100的應用而被選定。輸出信號PO_3_AFE包含對應於(例如,成比例於)感測器160之伸縮的信號,且可被連接至ADC(未顯示)的輸入以供數位化和進一步處理之用。
第4圖係依據實施例之圖形,其描繪伸縮性感測器輸出做為所施加之外力的函數。更特別地,圖形400描繪使用在對下文所敘述之穿戴式膝部綁帶的應用中之伸縮性感測器的輸出(例如,電阻)。如圖所示,該感測器輸出提供來自施加之外力所表現在膝蓋彎曲角度中的實質線性相依。伸縮性感測器可被校準用以在所需之範圍內測量出外力。在第4圖中,所需之力測量範圍對應膝部角範圍。因而,伸縮性感測器可被校準用以在所需之角範圍內測量出膝蓋彎曲角度,而提供實質線性的曲線402。如上述,該校準可藉由撓性基板208,210之相對厚度(例如,比)的選擇(第2圖)而予以完成。在替代的實施例中,該感測器輸出可提供對施加之外力的非線性回應。
參照第1至3圖所敘述之穿戴式感測器裝置(例如, 具有伸縮性感測器160之裝置100)可使用於各種應用中。例如,裝置100可包含穿戴式共形運動感測系統,其可使用於例如,關節的復健(例如,物理治療)、運動應用、及類似者中。該共形運動感測系統可被纏繞在使用者身體之不同部位,諸如胸部、膝部、腕部、頸部、等等。
第5至8圖描繪依據一些實施例之包含共形運動感測系統的實例穿戴式感測器裝置100之不同的視圖。例如,該共形運動感測系統可連同膝部綁帶、腳踝帽、背心、衣裝(例如,緊身服裝)、或其類似物,而被使用在任一個人體關節上。
第5圖描繪安裝(例如,可移去地附著)在膝部綁帶502上之共形運動感測系統500。該共形運動感測系統500可包含裝置100的組件。例如,共形運動感測系統500可包含撓性基板102。如圖所示,共形之本體102可包含共形之綁帶,其可收容裝置100的組件。更特別地,共形之本體102可收容伸縮性感測器160、其他感測器(例如,104,106)、IMU佈線(顯示於第6圖中)、數位節點192、IMU 110、佈線114、感測器前端模組142、及IMU 108(在第5圖中不可見)。用以測量關節運動,共形運動感測系統500可被組構以致使IMU 108及110可置放在該關節的兩側上。
如參照第1圖所敘述的,其整合計算組件、無線電、及用以供電該共形運動感測系統500之組件的電池之數位節點192可經由介面150(例如,連接器,未顯示)而與系 統500耦接。
第6圖描繪依據一些實施例之分離自膝部綁帶的共形運動感測系統500。如圖所示,電性連接IMU 110與感測器前端模組142(未顯示)的IMU佈線116可包含多導線匯流排602,其具有被設置在共形之本體102內側的曲折(例如,正弦波型、Z字形)圖案。
第7及8圖描繪依據一些實施例之包含伸縮性感測器的共形運動感測系統的實例圖式。特別地,第7圖描繪共形運動感測系統500的實例組態,以及第8圖描繪共形運動感測系統500的實例實施。下文說明包含當第1圖的組件可被實施於實例共形運動系統500之中時之對第1圖組件的引用。
請參閱第7及8圖,形成共形之本體102的基板740可被創作於基底彈性基板(例如,矽酮橡膠或乳膠片)上,然後,藉由薄的彈性體片之另一上覆層而從所有的側邊加以覆蓋和密封,如下文所敘述的。對應第1圖的佈線114之在基板740上的不同組件間之電性連接可包含超薄的Teflon®絕緣多股導線702,704。
PCB 706可包含具有電路144及對數位節點192之介面連接器150的感測器前端模組142,且可在背襯材料上被安裝在基板740上。感測器104,106可包含撓性EMG電極710,712,其可使用例如,導電膠或可焊接銅帶而被黏著至基板740且予以線焊。該等線焊區域可由符號714,716所指示。以導電織物為基之伸縮性感測器160 可在背襯材料718上被黏著至基板740,被線焊且連接至PCB 706。
共形之本體102之實質三角形的形狀以及在伸縮性感測器160之下面的背襯材料718可提供用以散逸該伸縮性感測器160上之過多的伸縮力,而藉以防止伸縮性感測器160飽和。在實施例中,背襯材料718可對應撓性基板208,以及基板740可對應第2圖的撓性基板210。
如圖所示地,IMU 110可在背襯材料730上被安裝在基板740的末端附近。PCB 706可供電至IMU 110。來自IMU 110的讀數(資料信號)可路由回到PCB 706,以供藉由數位節點192之處理及進一步傳輸之用。如上述,系統500可被穿戴在使用者的身體上,例如,在膝蓋上。當膝蓋係完全地彎曲時,PCB 706與IMU 110之間的距離可增加至大於原始距離(例如,在本體102被伸縮之前)的50%。為了要忍受此伸縮,可使用被組構用以承載電源、接地、及信號線的多導線匯流排720(對應IMU佈線116)。該匯流排720可使用Teflon®塗層導線,且可如圖所示地以正弦曲折圖案鋪設在基板740上。該匯流排720可以以由符號722,724,726所示的多個點而被錨定(例如,黏著)至基板740。當做成內部電性連接時,另一(例如,較薄的)撓性基板(例如,彈性體片,未顯示)就可鋪設在基板740的頂部上,而形成共形之本體102且最終地形成完全組裝的共形運動感測系統500。例如,上覆的彈性體片及基底基板可使用可伸縮性黏著劑而在周邊各處加以 密封。
第9圖係依據一些實施例的處理流程圖,用以組裝諸如,共形(例如,穿戴式)運動感測系統之穿戴式感測器裝置。處理900可與參照第1至8圖所敘述之若干裝置實施例一致。在替代實施例中,處理900可以以更多或更少的操作,或以不同的操作順序實施。
處理900可在方塊902開始,且包含設置伸縮性感測器(例如,160)於包含共形運動感測系統的共形之本體506的基板上。該伸縮性感測器可包含撓性基板及導電織物組件,該導電織物組件包含第一長度且其係可附著地安裝在該撓性基板上,如參照第2至3圖所討論的。回應於對該撓性基板的外力之直接或間接的施加,該導電織物組件可在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸縮,且至少部分地根據(例如,成比例於)該施加的外力之量而產生電性參數。
在方塊904,處理900可包含設置數位節點於包含穿戴式系統的共形之本體的基板上。設置數位節點於基板上可包含安裝印刷電路板(PCB)於該基板上,該PCB包含對數位節點192之介面連接器150,如參照第1及7至8圖所敘述的。
在方塊906,處理900可包含在伸縮性感測器與數位節點之間提供連接路徑,而通訊地耦接該數位節點與該伸縮性感測器,用以致能由該伸縮性感測器所提供之電性參數的接收和處理。該連接路徑可包含參照第1及7至8圖 所敘述的佈線114。
在方塊908,處理900可包含設置一或多個感測器於基板上,其可包含在對數位節點之介面連接器與該一或多個感測器之間提供連接路徑,用以致能由該一或多個感測器所提供之測量的接收和處理。該等感測器可包含感測器104及106,以及連接路徑可包含第1圖的佈線114。
在方塊910,處理900可包含設置一或多個慣性測量單元(IMU)在共形之本體周圍,且在IMU與PCB之間提供佈線連接路徑,用以致能由該IMU所提供之測量的接收和處理。該IMU可包含第1圖的IMU 110及108。連接路徑可部分地包含第1圖的IMU佈線116及佈線114。
在方塊912,處理900可包含提供電路(例如,第1圖的142),用以接收及處理由該伸縮性感測器所提供之電性參數的讀數,其包含設置該電路於該PCB中或該數位節點中,且通訊地耦接該電路與該數位節點。
第10圖描繪依據各種實施例的實例計算裝置1000,其係適用於與諸如,第1圖的穿戴式感測器裝置100,及/或第5至8圖的共形運動感測系統500之第1圖及/或第5至8圖的各種組件一起使用。在某些實施例中,實例計算裝置1000的各種組件可被使用以組構數位節點192。在某些實施例中,實例計算裝置1000的各種組件可被使用以組構外部裝置184。如圖所示,計算裝置1000可包含一或多個處理器或處理器核心1002以及系統記憶體1004。用於包含申請專利範圍的此應用之目的,除非上下 文明確地要求,否則“處理器”及“處理器核心”之用語可被視為同義字的。該處理器1002可包含任何類型的處理器,諸如中央處理單元(CPU)、微處理器、及其類似物。該處理器1002可被實施為具有多核心的積體電路,例如,多核心微處理器。該計算裝置1000可包含主儲存裝置1006(諸如固態裝置、揮發性記憶體(例如,動態隨機存取記憶體(DRAM))、及其類似物)。一般而言,系統記憶體1004及/或主儲存裝置1006可係任何類型之暫時性及/或永久性儲存,包含但未受限於揮發性及非揮發性記憶體,光學、磁性、及/或固態主儲存,及其類似物。揮發性記憶體可包含,但未受限於靜態及/或動態隨機存取記憶體。非揮發性記憶體可包含,但未受限於可電拭除可編程僅讀記憶體、相變化記憶體、電阻式記憶體、及其類似物。系統記憶體1004及/或主儲存裝置1006可包含被組構以執行與數位節點192相關聯之操作的例如,被共同表示為計算邏輯1022之編程指令的個別拷貝。
計算裝置1000可進一步包含輸入/輸出(I/O)裝置1008(諸如顯示器、軟式鍵盤、觸控靈敏式螢幕、影像捕獲裝置、及其類似物),以及通訊介面1010(諸如網路介面卡、數據機、紅外線接收器、無線電接收器(例如,近場通訊(NFC)、藍牙、WiFi、4G/5G LTE)、及其類似物)。
通訊介面1010可包含通訊晶片(未顯示),其可被組構以依據全球行動通訊系統(GSM)、通用封包無線服務(GPRS)、通用行動電信系統(UMTS)、高速封包存取 (HSPA)、演進HSPA(E-HSPA)、或長期演進(LTE)網路,而操作裝置1000。該等通訊晶片亦可被組構以依據GSM增強資料演進(EDGE)、GSM EDGE無線存取網路(GERAN)、通用地面無線存取網路(UTRAN)、或演進UTRAN(E-UTRAN),而操作。該等通訊晶片可被組構以依據分碼多重存取(CDMA)、分時多重存取(TDMA)、數位增強無線電信(DECT)、演進資料最適化(EV-DO)、其衍生物,以及被指定為3G、4G、5G、及以上之任何其他的無線協定,而操作。該等通訊介面1010可在其他實施例中依據其他的無線協定而操作。
在實施例中,計算裝置1000可經由例如,通訊介面1010而與穿戴式感測器裝置100或系統500相關聯。在某些實施例中,裝置100或系統500可包含與感測器前端模組142及數位節點192耦接之伸縮性感測器160、感測器104,106、IMU 110,且可與被實施為在此所敘述之計算裝置1000的外部裝置184通訊地耦接。
上述計算裝置1000之元件可經由系統匯流排1012而彼此互相耦接,該系統匯流排1012可代表一或多個匯流排。在多個匯流排的情況中,它們可藉由一或多個匯流排橋接器(未顯示)而被耦接。該等元件之各者可執行本項技藝中之其習知的功能。特別地,系統記憶體1004及主儲存裝置1006可被使用以儲存與穿戴式感測器裝置100相關聯的諸如,第1圖之數位節點192的操作所實施之編程指令的工作拷貝和永久拷貝。該等元件可藉由處理器 1002所支援的組合指令,或可被編譯成為該等指令的高階語言,而予以實施。
計算邏輯1022之編程指令的永久拷貝可在工廠中,或工作場所中透過例如,諸如小型碟片(CD)之分配媒體(未顯示),或透過通訊介面1010(來自分配伺服器(未顯示)),而被安置到永久儲存裝置1006之內。也就是說,具有代理程式之實施的一或多個分配媒體可被使用以分配該代理,及編程各式各樣的計算裝置。
該等元件1008,1010,1012的數目、能力、及/或容量可根據計算裝置1000是否被使用做為諸如,機上盒或桌上型電腦之固定計算裝置,或諸如,平板計算裝置、膝上型電腦、遊戲機、或智慧型手機之行動計算裝置而變化。它們的構造係另外已知的,且因此,將不予以進一步敘述。
處理器1002之至少一者可與具有計算邏輯1022之記憶體封裝在一起,該計算邏輯1022係組構以實施參照第1至8圖所敘述之實施例的觀點。對於一實施例,處理器1002之至少一者可與具有計算邏輯1022之記憶體封裝在一起,而形成系統在封裝中(SiP)或系統在晶片上(SoC)。對於一實施例,該SoC可被使用於例如,但未受限於諸如第1圖之外部裝置184的計算裝置中。在另一實施例中,該SoC可被使用以形成第1圖之數位節點192。
在各種實施中,計算裝置1000可包含膝上型電腦、小筆電、筆記型電腦、超筆電、智慧型手機、平板電腦、 個人數位助理(PDA)、超級行動PC、行動電話、或數位相機。在進一步的實施中,計算裝置1000可係處理資料之任何其他的電子裝置。
實例1係一種裝置,包含:撓性基板;以及導電織物組件,其包含第一長度且其係可附著地安裝在該撓性基板上,其中,回應於對該撓性基板的外力之直接或間接的施加,該導電織物組件係在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸縮,且至少部分地根據該施加的外力之量而產生電性參數。
實例2可包含實例1的標的物,其中該撓性基板係第一撓性基板,其中該裝置進一步包含第二撓性基板,其中該第一撓性基板係可附著地安裝在該第二撓性基板上,其中該外力係施加至該第二撓性基板。
實例3可包含實例2的標的物,其中該第一撓性基板包含第一厚度及該第二撓性基板包含第二厚度,其中該第一厚度係大於該第二厚度,其中該外力之施加的範圍對應該第一厚度及該第二厚度,其中該外力之施加的該範圍係用以在該第一與該第二長度之間致能該導電織物組件的伸縮。
實例4可包含實例2的標的物,其中該第一及該第二撓性基板至少包含所選擇之以下的其中一者:彈性織物、彈性體、或聚合物,其中該外力之施加對應該第一厚度對該第二厚度的比值。
實例5可包含實例2的標的物,其中該第二撓性基板 係可對第三長度伸縮,其中該第三長度係至少比該第二長度更大的大小等級。
實例6可包含實例1的標的物,進一步包含:電性接點,係圍繞該導電織物組件的個別端點而被設置,用以提供回應於該第一與該第二長度間之該導電織物組件的該伸縮所產生之該電性參數的讀數;以及電路,係與該等電性接點耦接,用以接收及處理該電性參數的讀數。
實例7可包含實例6的標的物,其中該電性參數包含電阻,其中該電路包含:電阻分壓器電路,係與該等電性接點耦接,用以回應由該導電織物組件的該伸縮所導致之電阻中的改變而產生電壓;以及放大器,係耦接至該電阻分壓器電路,用以接收該產生之電壓及用以回應該導電織物組件的該伸縮而提供輸出電壓信號。
實例8可包含實例1至7之任一者的標的物,其中該第二長度係比該第一長度更大大約10%之該第一長度。
實例9可包含實例2的標的物,其中該裝置係具有與人體部位共形之本體的穿戴式系統,其中該第二撓性基板係可設置在該穿戴式系統的該共形之本體上。
實例10可包含實例9的標的物,其中該共形之本體包含該第二撓性基板。
實例11可包含實例9的標的物,其中該裝置進一步包含:一或多個慣性測量單元(IMU),係圍繞該共形之本體而被設置;以及數位節點,係與該一或多個IMU通訊地耦接,用以供應功率至該一或多個IMU且用以接收、 轉換、和處理由該IMU所提供之測量,及用以提供所處理的該等測量至外部聚集裝置以供進一步處理之用。
實例12可包含實例11的標的物,其中該數位節點係經由被設置在該穿戴式系統的該共形之本體中的個別之一或多個佈線連接,而與該一或多個IMU通訊地耦接。
實例13可包含實例11的標的物,進一步包含一或多個感測器,其係設置在該共形之本體中且與數位前端節點通訊地耦接,用以提供該等感測器的讀數至該數位節點。
實例14可包含實例13的標的物,其中該一或多個感測器至少包含所選擇之以下的其中一者:肌電圖(EMG)感測器、溫度感測器、汗水化學感測器、或運動感測器。
實例15可包含實例14的標的物,其中該穿戴式系統包含穿戴式膝部緊固帶、穿戴式胸部緊固帶、穿戴式頸部緊固帶、穿戴式手腕緊固帶、或穿戴式足部緊固帶,其中該外部聚集裝置包含行動計算裝置。
實例16係一種穿戴式系統,包含:伸縮性感測器,其包含撓性基板及導電織物組件,該導電織物組件包含第一長度且其係可附著地安裝在該撓性基板上,其中,回應於對該撓性基板的外力之直接或間接的施加,該導電織物組件係在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸縮,且至少部分地根據該施加的外力之量而產生電性參數;以及電路,係與該伸縮性感測器通訊地耦接,其中該電路係用以接收及處理由該伸縮性感測器所提供之該電性參數的讀數。
實例17可包含實例16的標的物,其中該穿戴式系統進一步包含:本體,其係與人體部位共形;一或多個慣性測量單元(IMU),係圍繞該共形之本體而被設置;以及數位節點,係與電路及該一或多個IMU通訊地耦接,用以:供應功率至該一或多個IMU;接收、轉換、和處理由該IMU所提供之測量,及由該伸縮性感測器所提供之該電性參數;且提供所處理的該等測量至外部聚集裝置以供進一步處理之用。
實例18可包含實例17的標的物,其中該撓性基板係第一撓性基板,其中該穿戴式系統進一步包含第二撓性基板,其中該第一撓性基板係可附著地安裝在該第二撓性基板上,其中該第二撓性基板係可設置在該穿戴式系統的該共形之本體上。
實例19可包含實例17的標的物,其中該數位節點係經由被設置在該穿戴式系統的該共形之本體中的個別之一或多個佈線連接,而與該一或多個IMU通訊地耦接。
實例20可包含實例17的標的物,其中該一或多個佈線連接包含多導線匯流排,用以承載電源信號、接地、及對應該一或多個IMU的一或多個信號。
實例21可包含實例17的標的物,進一步包含一或多個感測器,其係設置在該共形之本體中且與數位前端節點通訊地耦接,用以提供該等感測器的讀數至該數位節點。
實例22係一種穿戴式系統的製造方法,包含:設置數位節點於基板上,該基板包含該穿戴式系統的共形之本 體;設置伸縮性感測器於該基板上,該伸縮性感測器包含撓性基板及導電織物組件,該導電織物組件包含第一長度且其係可附著地安裝在該撓性基板上,其中,回應於對該撓性基板的外力之直接或間接的施加,該導電織物組件係在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸縮,且至少部分地根據該施加的外力之量而產生電性參數;以及提供連接路徑於該伸縮性感測器與該數位節點之間,用以通訊地耦接該數位節點與該伸縮性感測器,而致能由該伸縮性感測器所提供之該電性參數的接收及處理。
實例23可包含實例22的標的物,其中設置該數位節點於該基板上包含安裝印刷電路板(PCB)於該基板上,該PCB包含對該數位節點之至少一介面連接器,其中該方法進一步包含:設置一或多個感測器於該基板上;以及提供連接路徑於對該數位節點之該介面連接器與該一或多個感測器之間,用以致能由該一或多個感測器所提供之測量的接收及處理。
實例24可包含實例23的標的物,進一步包含:設置一或多個慣性測量單元(IMU)圍繞著該共形之本體;以及提供佈線連接路徑於該IMU與該PCB之間,用以致能由該IMU所提供之測量的接收及處理。
實例25可包含實例23的標的物,其中設置該數位節點於該基板上包含提供電路,用以接收及處理由該伸縮性感測器所提供之該電性參數,其中該提供包含:設置該電路於該PCB中或該數位節點中;以及通訊地耦接該電路 與該數位節點,其中設置伸縮性感測器於包含共形之本體的該基板上包含:設置該伸縮性感測器於該撓性基板上;以及可附著地安裝該撓性基板於包含共形之本體的該基板上。
各種操作係以最有益於瞭解所主張專利之標的物的方式,被依序地敘述為分離的操作。惟,說明的順序不應被解讀為暗指該等操作必須係順序相依的。本發明之實施例可使用視需要而組構之任何合適的硬體及/或軟體而被實施成為系統。
雖然若干實施例已針對說明之目的而被描繪及敘述於此,但打算要達成相同目的之寬廣種類的替代性和等效性實施例或實施可取代所顯示及所敘述之實施例,而不會悖離本發明的範疇。此申請案係意圖要涵蓋在此所討論之實施例的任何調整或變化。因此,顯然所企望的是,在此所敘述之實施例應僅由申請專利範圍及其等效範圍所限制。

Claims (25)

  1. 一種穿戴式裝置,包含:具有第一厚度的第一撓性基板;具有第二厚度的第二撓性基板,其中該第二撓性基板包含實質三角形的形狀,其中該第一撓性基板係可附著地安裝在該第二撓性基板上,其中該第一厚度係大於該第二厚度;以及導電織物組件,其包含第一長度且其係可附著地安裝在該第一撓性基板上以形成伸縮性感測器,其中,回應於對該第二撓性基板外力的施加,該導電織物組件係在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸展,且至少部分地根據該施加的外力之量而產生電性參數,其中,該第一撓性基板的該第一厚度與該第二撓性基板的該第二厚度界定由該電性參數所指示之該施加外力的測量範圍,其中,該第一與第二厚度係選擇以提供一相對厚度比,以控制該施加外力的該測量範圍及阻止該導電織物組件伸展超出該第二長度,其中該第二撓性基板之該三角形的形狀促進對該施加外力的該測量範圍的控制。
  2. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,其中,該第一厚度對該第二厚度之該比例的增加對應於該施加外力的該測量範圍的增加。
  3. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,其中該外力之施加係用以於該第一與該第二長度之致能該導電織物組件伸展間。
  4. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,其中該第一及該第二撓性基板至少包含所選擇之以下的其中一者:彈性織物、彈性體、或聚合物,其中該外力之施加對應該第一厚度對該第二厚度的該比值。
  5. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,其中該第二撓性基板係可伸展至第三長度,其中該第三長度係至少比該第二長度大一數量級。
  6. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,進一步包含:電性接點,係圍繞該導電織物組件的個別端點而被設置,用以提供回應於該導電織物組件的該伸展於該第一與該第二長度之間所產生之該電性參數的讀數;以及電路,係與該等電性接點耦接,用以接收及處理該電性參數的讀數。
  7. 如申請專利範圍第6項之穿戴式裝置,其中該電性參數包含電阻,其中該電路包含:電阻分壓器電路,係與該等電性接點耦接,用以回應由該導電織物組件的該伸展所導致之電阻中的改變而產生電壓;以及放大器,係耦接至該電阻分壓器電路,用以接收該產生之電壓及用以回應該導電織物組件的該伸展而提供輸出電壓信號。
  8. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,其中該第二長度係比該第一長度更大大約10%之該第一長度。
  9. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,其中該裝置係具有與人體部位共形之本體的穿戴式系統,其中該第二撓性基板係可設置在該穿戴式系統的該共形之本體上。
  10. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,其中該共形之本體包含該第二撓性基板。
  11. 如申請專利範圍第1項之穿戴式裝置,進一步包含:一或多個慣性測量單元(IMU),係圍繞該共形之本體而被設置;以及數位節點,係與該一或多個IMU通訊地耦接,用以供應功率至該一或多個IMU且用以接收、轉換、和處理由該IMU所提供之測量,及用以提供所處理的該等測量至外部聚集裝置以供進一步處理之用。
  12. 如申請專利範圍第11項之穿戴式裝置,其中該數位節點係經由被設置在該穿戴式系統的該共形之本體中的個別之一或多個佈線連接,而與該一或多個IMU通訊地耦接。
  13. 如申請專利範圍第11項之穿戴式裝置,進一步包含一或多個感測器,其係設置在該共形之本體中且與數位前端節點通訊地耦接,用以提供該等感測器的讀數至該數位節點。
  14. 如申請專利範圍第13項之穿戴式裝置,其中該一或多個感測器至少包含所選擇之以下的其中一者:肌電圖(EMG)感測器、溫度感測器、汗水化學感測器、或運動感 測器。
  15. 如申請專利範圍第9項之穿戴式裝置,其中該穿戴式系統包含穿戴式膝部緊固帶、穿戴式胸部緊固帶、穿戴式頸部緊固帶、穿戴式手腕緊固帶、或穿戴式足部緊固帶,其中該外部聚集裝置包含行動計算裝置。
  16. 一種穿戴式系統,包含:伸展感測器,其包含:具有第一厚度的第一撓性基板;以及導電織物組件,該導電織物組件包含第一長度且其係可附著地安裝在該第一撓性基板上;具有第二厚度的第二撓性基板,其中該第二撓性基板包含實質三角形的形狀,其中該第一撓性基板係可附著地安裝在該第二撓性基板上,其中該第一厚度係大於該第二厚度;其中,回應於對該第二撓性基板的外力的施加,該導電織物組件係在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸展,且至少部分地根據該施加的外力之量而產生電性參數,其中,該第一撓性基板的該第一厚度與該第二撓性基板的該第二厚度界定由該電性參數所指示之該施加外力的測量範圍,其中,該第一與第二厚度係選擇以提供一相對厚度比,以控制該施加外力的該測量範圍及阻止該導電織物組件伸展超出該第二長度,其中該第二撓性基板之該三角形的形狀促進對該施加外力的該測量範圍的控制;以及 電路,係與該伸展感測器通訊地耦接,其中該電路係用以接收及處理由該伸展感測器所提供之該電性參數的讀數。
  17. 如申請專利範圍第16項之穿戴式系統,其中該穿戴式系統進一步包含:本體,其係與人體部位共形;一或多個慣性測量單元(IMU),係圍繞該共形之本體而被設置;以及數位節點,係與電路及該一或多個IMU通訊地耦接,用以:供應功率至該一或多個IMU;接收、轉換、和處理由該IMU所提供之測量,及由該伸展感測器所提供之該電性參數;且提供所處理的該等測量至外部聚集裝置以供進一步處理之用。
  18. 如申請專利範圍第17項之穿戴式系統,其中該第二撓性基板係可設置在該穿戴式系統的該共形之本體上,或該共形之本體包含該第二撓性基板。
  19. 如申請專利範圍第17項之穿戴式系統,其中該數位節點係經由被設置在該穿戴式系統的該共形之本體中的個別之一或多個佈線連接,而與該一或多個IMU通訊地耦接。
  20. 如申請專利範圍第17項之穿戴式系統,其中該一或多個佈線連接包含多導線匯流排,用以承載電源信號、 接地、及對應該一或多個IMU的一或多個信號。
  21. 如申請專利範圍第17項之穿戴式系統,進一步包含一或多個感測器,其係設置在該共形之本體中且與數位前端節點通訊地耦接,用以提供該等感測器的讀數至該數位節點。
  22. 一種穿戴式系統的製造方法,包含:提供具有第一厚度的第一撓性基板;可附著地安裝包含第一長度之導電織物組件在該第一撓性基板上以形成伸縮性感測器;可附著地安裝該伸縮性感測器在具有第二厚度與實質三角形的形狀的第二撓性基板上,其中該第一厚度係大於該第二厚度,其中該第二撓性基板包含與人體部位共形之本體;其中,回應於對該第二撓性基板的外力的施加,該導電織物組件係在該第一長度與比該第一長度更大的第二長度之間伸展,且至少部分地根據該施加的外力之量而產生電性參數,其中,提供該第一與第二撓性基板包含選擇該第一與第二撓性基板之該第一與第二厚度以提供一相對厚度比,以控制該施加外力的該測量範圍及阻止該導電織物組件伸展超出該第二長度,其中該第二撓性基板之該三角形的形狀促進對該施加外力的該測量範圍的控制;設置數位節點於該共形之本體上;以及 提供連接路徑於該伸展感測器與該數位節點之間,用以通訊地耦接該數位節點與該伸展感測器,而致能由該伸展感測器所提供之該電性參數的接收及處理。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法,其中設置該數位節點於該共形之本體上包含安裝印刷電路板(PCB)於該共形之本體上,該PCB包含對該數位節點之至少一介面連接器,其中該方法進一步包含:設置一或多個感測器於該共形之本體上;以及提供連接路徑於對該數位節點之該介面連接器與該一或多個感測器之間,用以致能由該一或多個感測器所提供之測量的接收及處理。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法,進一步包含:設置一或多個慣性測量單元(IMU)圍繞著該共形之本體;以及提供佈線連接路徑於該IMU與該PCB之間,用以致能由該IMU所提供之測量的接收及處理。
  25. 如申請專利範圍第23項之方法,其中設置該數位節點於該共形之本體上包含提供電路,用以接收及處理由該伸展感測器所提供之該電性參數的讀數,其中該提供包含:設置該電路於該PCB中或該數位節點中;以及通訊地耦接該電路與該數位節點。
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