TWI647606B - 用於檢測壓力的撓性導電裝置及系統 - Google Patents

用於檢測壓力的撓性導電裝置及系統 Download PDF

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Abstract

一種回應於所施加的外力之可變導電裝置，所述可變導電裝置用於可變壓力感測器、監測系統或其他設備中。所述可變導電裝置包括：第一導電路徑，所述第一導電路徑包括第一導電表面；第二導電路徑，所述第二導電路徑包括第二導電表面，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的一部分具有與所述第一導電表面的一部分導電接觸的導電接觸表面積，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的另一部分與所述第一導電表面的另一部分分離，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的導電接觸表面積並使得所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的導電性的增大。

Description

用於檢測壓力的撓性導電裝置及系統
至少一些示例性實施方式係關於可變壓力感測器和功能性織物之領域，並且例如關於用於檢測外力的導電裝置及系統。
新材料和導電織物的全球出現正在擴大將電子產品無縫整合到現有的環境中的能力。智慧型感測器提高了日常物品作為藉由連接到數位世界的設備收集電子資訊的來源的能力。隨著電子產品藉由智慧型織物的發展，該等材料已被應用於許多環境下以產生不同類型的感測器，以從電子設備的周圍環境中獲取資訊。該等感測器通常需要3層，其中包括藉由中間層分離的2層導電材料，與具有電源、電阻負載和接地路徑的傳統電路無差別。當電流從第一導電層穿過中間電阻層傳遞到第二導電層時，中間電阻層充當連接電路的橋，使得可以檢測壓力的存在或不存在。
智慧型感測的另一示例係形成電容性感測器的電容性元件的網格，其被配置成在一個示例中用於檢測觸摸輸入。互動式織物可以處理觸摸輸入，以從用於控制各種設備並且通常與電路完成時的電行進速度而不是從導電網格上的每個相交點處的觸摸施加的壓力或力的量的變化相關地確定二進位訊號的輸入的光接觸，產生訊號資訊。
壓力感測器面臨著與由於長時間接觸或磨損而增加的訊號漂移/潛變相關的挑戰。不同的校正技術各不相同，包括直接干預重新校正或藉由訊號輸出之常態化技術。
用於在一些智慧型監測方法中監測健康狀態的監測系統和方法需要將具有有限形狀因子的(一個或多個)感測器放置在床墊下方，這種佈置在檢測物體的放置、定位和移動方面不太準確。由於感測器被放置在床墊下方，因此來自外部環境因素的重量將會分佈，並會導致偏置的訊號輸出。
考慮到下面的具體實施方式，可以理解現有系統、導電織物和織物的其他困難。
本申請案要求於2016年10月25日提交的題為“用於檢測壓力的撓性導電裝置及系統(FLEXIBLE CONDUCTIVE APPARATUS AND SYSTEMS FOR DETECTING PRESSURE)”的美國臨時專利申請案號62/412,438的優先權權益，所述專利申請案內容藉由引用併入下面的具體實施方式。
示例實施方式係一種可變壓力感測器以及用於使用所述可變壓力感測器來檢測壓力的一種撓性導電裝置、系統和方法。示例實施方式係一種可以充當可變感測器或開關的電子裝置，其可以藉由操縱電的路徑並增加表面積接觸量和/或在包括單個感測元件的每個相交點處的接觸點的數量而僅使用兩個電連接來確定較高程度的電訊號範圍。例如，包括兩個電連接的燈開關通常在電路閉合或斷開時產生燈接通或關斷的電訊號輸出的能力有限。對於具有調 光能力的燈開關，需要諸如電位計或可變電阻器的額外的部件來提供電訊號的變化以控制燈的變化亮度。此為現在可以僅使用電連接的兩個部件來製造的燈調光開關的一個示例性實施方式，而不是兩個電連接被限制為控制燈的接通或關斷的傳統設置。
所述系統的示例性實施方式還包括可以保持電接觸並且改變對應於使用兩個導電元件施加的力或壓力(包括抵靠不可壓縮表面(或具有足夠剛性和低彈性以便被感知為不可壓縮的表面)，而不會使裝置彎曲或拉伸)的量的電壓輸出訊號之感測器。在該系統中，當導電路徑保持恆定的電接觸時，與感測器漂移和潛變相關的挑戰可以藉由功率分散來轉移，這也有利於應用於具有變化的裝置形狀因子的環境中。還可以藉由增加對由於導電材料的自然電阻而不能充分利用的能量的捕獲而改變系統中的靈敏度。
所述系統的示例性實施方式還包括可以藉由允許由於施加到裝置的增加的力和/或壓力而進一步接觸的每個相交點處的增加的電壓供應來確定矩陣設計中的每個相交點處的更高程度的電訊號範圍之多個感測器。
所述系統的示例性實施方式可以採用可變的電訊號並具有較高的訊號輸出範圍，並被轉換為較高的可用資訊之有效性。作為裝置的實施方式的示例，當用於與醫療保健和患者監測相關的應用中時，所述可用資訊提供更高的有效性。根據示例性實施方式，提供了一種系統，包括：本文所述的用於從每個感測器區域產生可變訊號的撓性導電裝置；用於接收所述訊號之接收器；用於將所述訊號處理成經處理的資料之處理器；用於儲存和分析所述經處理的資料之資料庫；以及用於傳送所述經處理的資料之介面。
示例性實施方式包括藉由各種實施方式應用於多個垂直應用中的撓性感測器的應用，所述實施方式不一定受限於由於採用不同形狀因子的靈活性而導致的限制，同時保持其感測能力，並且能夠提取可以轉換成更有用的資訊的更高範圍的電訊號，這將有利於整體預期的結果，同時藉由消除額外的部件而運行與以前使用的方法相同位準的功能性而降低整體成本。
示例性實施方式係回應於所施加的外力之可變導電裝置，包括：第一導電路徑，所述第一導電路徑包括第一導電表面；第二導電路徑，所述第二導電路徑包括第二導電表面，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的一部分具有與所述第一導電表面的一部分導電接觸的導電接觸表面積，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的另一部分與所述第一導電表面的另一部分分離，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面和所述第二導電表面之間的所述導電接觸表面積，從而導致所述第一導電表面和所述第二導電表面之間的導電性的增加。
另一示例性實施方式係一種可變壓力感測器，包括：可變導電裝置；用於向所述第一導電路徑提供電力之電源；以及用於根據所述可變導電裝置的導電性來檢測來自所述第二導電路徑的可檢測訊號之檢測器。
另一示例性實施方式係一種包括一個或多個層和多個感測器之感測器片，所述感測器中的每一個包括：所述可變導電裝置；用於向所述第一導電路徑提供電力之電源；以及用於根據所述可變導電裝置的導電性來檢測來自所述第二導電路徑的可檢測訊號之檢測器。
另一示例性實施方式係一種用於監測外力之系統，包括：電源；一個或多個可變壓力感測器，每個可變壓力感測器包括用於從所述電源接 收電力的可變導電裝置；用於根據所述可變導電裝置的導電性來檢測來自所述可變導電裝置的可檢測訊號之檢測器；用於將所述可檢測訊號處理為外力資料並將所述外力資料發送到資料庫或伺服器以進行所述外力資料的儲存和分析之處理器；以及由所述處理器控制以回應於所述可檢測訊號或所述經分析之外力資料而傳送輸出之輸出設備。
另一示例性實施方式係一種使用所述系統來監測移動之方法，所述方法包括：當沒有施加到所述可變導電裝置的外力時，確定基線外力值；獲得具有高於所述基線外力值的值之訊號；計算所述所獲得的訊號與所述基線外力值之間的差；以及識別具有大於差閾值的差的一個或多個訊號；基於所述識別何時所述一個或多個訊號具有大於所述差閾值的差，向所述輸出設備輸出資訊。
在一些示例性實施方式中，系統可以用於監測受試者的呼吸、監測受試者的心率、監測受試者的移動、監測和追蹤受試者的位置、監測壓縮器械中的壓力位準、監測壓縮器械止血帶中的壓力位準、在貨架中監測庫存位準或在人造外部皮膚中為機器人部件提供觸覺。
100‧‧‧系統
102‧‧‧電子控制器
104‧‧‧導電路徑
106‧‧‧導電路徑
108‧‧‧導電路徑
110‧‧‧導電路徑
112‧‧‧感測區域
200‧‧‧導電織物條
202‧‧‧螺旋圖案
204‧‧‧導電路徑螺旋設計
205‧‧‧導電路徑
206‧‧‧圖案
208‧‧‧圖案
210‧‧‧導電路徑
212‧‧‧導電織物
214‧‧‧導電線
218‧‧‧導電路徑
220‧‧‧導電路徑設計
222‧‧‧導電路徑設計
300‧‧‧矩陣設置
302‧‧‧網格
304‧‧‧網格
306‧‧‧點
400‧‧‧第一設計
402‧‧‧導電路徑設計
404‧‧‧導電路徑設計
406‧‧‧導電路徑
408‧‧‧導電路徑
410‧‧‧導電路徑
412‧‧‧導電路徑
414‧‧‧導電路徑
500‧‧‧電路
502‧‧‧電路
504‧‧‧導體
506‧‧‧電阻層
508‧‧‧導電路徑
510‧‧‧導電層
512‧‧‧導電線
514‧‧‧導電線
516‧‧‧導體層
518‧‧‧導體
600‧‧‧變形
602‧‧‧壓力
604‧‧‧變形
606‧‧‧壓力
608‧‧‧壓力
610‧‧‧穩定
612‧‧‧三維圖形
614‧‧‧無壓力區域
700‧‧‧系統
702‧‧‧撓性導電裝置
704‧‧‧硬體單元
706‧‧‧資料庫
708‧‧‧雲端伺服器
710‧‧‧結果
712‧‧‧結果
800‧‧‧電路
802‧‧‧導電路徑
804‧‧‧MUX
806‧‧‧MUX
808‧‧‧訊號輸出
810‧‧‧通道輸入
812‧‧‧通道輸出
814‧‧‧電源
816‧‧‧輸入MUX
818‧‧‧輸出MUX
820‧‧‧下拉電阻器
900‧‧‧止血帶
902‧‧‧撓性導電裝置系統
1100‧‧‧流程圖
1102~1122‧‧‧事件
1200‧‧‧流程圖
1202~1224‧‧‧事件
1300‧‧‧流程圖
1302~1310‧‧‧事件
1402、1404、1406、1408‧‧‧曲線圖
1410‧‧‧監測曲線圖
1412‧‧‧訊號
1414‧‧‧尖峰
1418‧‧‧呼吸曲線圖
1420‧‧‧線形曲線
1422‧‧‧線形圖
1502、1504、1506、1508‧‧‧曲線圖
1510‧‧‧訊號
1602、1604、1606、1608‧‧‧曲線圖
下面僅藉由示例的方式並且參考下列附圖來提供示例性實施方式之詳細描述，附圖中：〔圖1〕示出用於撓性導電裝置的實施方式的重疊的第一導電路徑和第二導電路徑之示例性圖案，從而在每個相交點處形成感測器區域。
〔圖2A〕、〔圖2B〕、〔圖2C〕、〔圖2D〕、〔圖2E〕和〔圖2F〕示出用於導電路徑的重複圖案單元之示例。
〔圖3〕藉由示例性實施方式的方式以矩陣格式展示，其中設置需要多個接觸點進行完全電連接使得達到最大電訊號將由所有點接觸而產生。
〔圖4〕示出測量更高電訊號變化之示例性實施方式，其中第一導電路徑與第二導電路徑重疊以增加表面積接觸。
〔圖5A〕和〔圖5B〕示出當裝置保持恆定的電接觸時測量電訊號變化之示例性圖。
〔圖6A〕示出當施加壓力/力時撓性導電裝置經歷的變形之表示圖。
〔圖6B〕示出三維成像中的撓性導電裝置之示例。
〔圖6C〕示出躺在撓性導電裝置上的身體的二維映射之輪廓。
〔圖7〕示出包括作為墊或功能性床單健康監測設備的撓性導電裝置、硬體單元、資料庫和雲端伺服器的系統之實施方式。
〔圖8A〕、〔圖8B〕和〔圖8C〕示出呈矩陣網格的導電路徑之示例，其中功率訊號被輸入到一個多工器中，並且從另一個多工器讀取輸出訊號，從而能夠以每個感測器點的較少連接讀取多個電訊號。
〔圖9〕示出可以在不改變的情況下連接到現有設備以增加測量預期的這種設備結果的效率的撓性導電裝置系統之示例性實施方式。
〔圖10〕示出用於人造外部皮膚從而允許機器人手具有觸覺的撓性導電裝置系統之示例性實施方式。
〔圖11〕示出示例性感覺回饋系統之流程圖。
〔圖12〕示出示例性呼吸監測演算法之流程圖。
〔圖13〕示出監測壓力損失的示例性系統之流程圖。
〔圖14A〕、〔圖14B〕和〔圖14C〕示出對人類使用撓性導電裝置的示例性實施方式來監測呼吸模式之實驗結果。
〔圖15A〕和〔圖15B〕示出使用高科技人體模型來使用撓性導電裝置之示例性實施方式監測呼吸模式的臨床控制環境下的另一組實驗結果。
〔圖16A〕和〔圖16B〕示出診斷為淋巴瘤的犬的生命徵象的受控測試之另一組實驗結果。
在不同附圖中可以使用類似的元件符號來表示類似的部件。
在本說明書中，術語“力”和“壓力”係指與裝置有意和無意的相互作用的相同概念，並且在適當時可以互換使用。
感測器和開關已被用於瞭解有關周圍環境的資訊，或者控制預期任務的結果。更多的資訊提供更多的瞭解，這通常會導致添加更大數量的感測器來增加對更多資訊的更高程度的瞭解。電子感測器的基本原理係確定電訊號的設備，所述電訊號被轉換為用於特定目的或結果的有意義的輸出。示例性實施方式係用於檢測壓力的撓性導電裝置及系統。
由於各個感測器每個都需要最少兩個電連接才能起作用，所以增加感測器的數量將導致每增加一個額外的感測器，電連接的數量加倍。添加更多感測器的目的是為了更好地瞭解外部因素以達到預期目的。例如，一個感測器可以用於確定物體的存在，但是將提供有限的資訊。要瞭解更多的資訊，比如由於物體的存在而施加的壓力的量，可以添加額外的感測器。
具有增加數量的感測器同時使每個感測器的電連接最小化之方法及系統係具有呈矩陣設置的電連接，其中第一導電路徑和第二導電路徑相交，從而在第一導電路徑和第二導電路徑的每個相交點處產生多個感測器區域，如圖1所示。在圖1中，示出了用於檢測壓力的撓性裝置及系統的示例性系統100。電子控制器102沿著導電路徑引導電流，從而沿著導電路徑106將電流引導到在一個方向上延伸的第二導電路徑108，並且沿著導電路徑104將電流引導到在垂直於導電路徑108的方向上延伸的第一導電路徑110，從而在每個相交點112處產生感測器。導電織物條界定導電路徑108和導電路徑110係在其中每個相交點確定感測區域112的表面覆蓋的網格中使用的示例性實施方式。可以藉由減小界定導電路徑108和110的導電織物的大小來調整感測區域112以覆蓋更少的表面積覆蓋。在每個感測區域112處，導電路徑108和110可以在每個感測區域112處包括相應的暴露的導電表面。在其他示例性實施方式中，導電路徑108和110可以由其他導電元件界定。
圖2A示出了可以用作示例之不同圖案，其中可以藉由減少使用的材料來提高效率。藉由使用較少的材料，可以更高效地利用導電織物條200(作為示例)，並實現相同的預期結果或有效的感測器覆蓋區域。例如，螺旋圖案202係可以被分割並劃分成兩個相等的部分的圓的示例，同時用一半的材料量覆蓋相同的有效可檢測區域。
一示例示出了使用螺旋概念將一個導電織物條200有效地劃分成導電路徑螺旋設計204之兩個相等的部分，使用一半的材料量覆蓋了在導電路徑108和110中示出的實施方式中的相同的有效可檢測區域。導電織物條200被高效劃分的進一步演示為206，其中間隙中具有較少的導電織物材料，所述間 隙可以放置在網格上沒有相交導電織物材料的地方，其中具有較大量的導電織物材料的區域可以放置在導電路徑108和導電路徑110的相交點處以使表面積最大化以增加感測器區域覆蓋。可以藉由示例性演示圖案208對導電織物條200進行劃分以實現示例206中的效率。
一示例性實施方式的圖示出了使用被劃分為用於實現導電路徑螺旋設計204之效率的導電織物條200的設置。一示例性實施方式的圖示出了使用被劃分為用於實現效率圖案206和圖案208的導電織物條200的設置。一示例性實施方式的圖示出了在第二導電路徑108上使用導電織物條200並且在第一導電路徑110上使用導電路徑螺旋設計204的重疊的設置。
圖2B示出了以設計圖案206劃分以實現覆蓋產生感測器位置112的相交點處的相同的有效表面積覆蓋的效率之示例性導電條200，其中在圖案206中所示的空隙中使用較少的材料。
圖2C示出了在一個導電路徑上使用的示例性導電條200以及用於第二導電路徑的導電路徑螺旋設計204之使用材料的一半劃分同時覆蓋與第一導電路徑200相同的表面積的織物條。
圖2D示出了被劃分並用於在一個方向上延伸的第一導電路徑螺旋設計204和在垂直於第一導電路徑螺旋設計204的方向上延伸的第二導電路徑205的導電條200之示例，這證明了可以使用一半的材料實現相同的表面積覆蓋。
圖2E示出了使用導電織物212和導電線214之示例，這係針對一個導電路徑210使用較少的材料來覆蓋更大的感測表面積的更有效的方法，如導電路徑218與導電條200的比較。
圖2F示出了在第二示例性導電路徑設計220和222中使用導電織物212和導電線214之示例，這係使用較少的材料來覆蓋更大的感測表面積的更有效的方法。
通常，載流導體的導電路徑具有一致的電壓，其中當針對單個電路單獨使用或在矩陣中使用時，將從接觸的兩個點產生感測的結果，從而確定最小電訊號變化，比如接通或關斷。存在藉由增加如圖3所示的每個相交處的接觸點而基於在產生感測器的每個相交點處施加的力或壓力的量來確定訊號變化的能力。該圖示係呈與界定導電路徑110和108的導電織物條的相交網格相同的相交網格302和304的矩陣設置的示例性實施方式300。
例如，導電材料的橫截面積與電阻成比例。例如，具有均勻橫截面積A和長度L的任何材料的電阻R與長度成正比並與其橫截面積成反比。以數學形式，R=ρ * L/A，其中希臘字母rho(ρ)被稱為材料的電阻率。電阻率係材料的物理性質，並且以歐姆米計。
例如，液體流動透過大直徑管道比流動透過小直徑管道更容易。電子透過導體的流動也是相同的一般原理。導體的橫截面積(厚度)越寬，電子流動的空間越大，並且因此電導越大並且流動越容易發生(例如，電阻較小)。
藉由類似的原理，第一導電路徑110和第二導電路徑108之間的表面積接觸的量決定其之間的電阻或導電性的量。當DC電源或電荷施加到第一導電路徑110時，從第二導電路徑108可以檢測到所得到的電壓訊號。
導電材料具有不同的導電性和電阻位準。利用自然電阻的有利於電感測的物理特性，可以藉由對應於在產生感測器區域112的每個相交點處 接觸的點(如圖3所示)的數量來執行可變訊號檢測。每個接觸點306包括每個導電路徑的暴露的表面區域。例如，如果三個點306中的一個接觸，則有效電阻將更大，並且將僅檢測到電壓訊號的大約1/3。如所示，在第一導電路徑110和第二導電路徑108的每個相交點處需要多個接觸點306進行連接的矩陣設置302和304中的導電路徑設計的示例性實施方式將導致使得在每個相交感測器區域112處達到最大電訊號需要所有點306(在本示例中為三個)接觸，並且電壓訊號檢測將對應於與各個感測器區域112中的每個對應點306接觸的點的數量。
圖4示出了以第一設計400開始的導電路徑設計之示例，其中第一導電路徑406輸入和第二導電路徑408輸出示出了連接(在示例中係電路)，其導致電路的完成。
一示例示出了第二導電路徑設計402，其具有第一導電路徑406輸入、第二導電路徑410輸出和第三導電路徑412輸出，從而如果第一導電路徑406具有輸入電訊號，則類似於增加導線的直徑以增加導電性並降低電阻，第二導電路徑410和第三導電路徑412與第一導電路徑406接觸將由於更大的表面積接觸而導致更高的電訊號輸出。這可以有益於增加感測器應用中的靈敏度和資料範圍，但是對於資料範圍將需要導電路徑406和導電路徑410的電路的資料輸出與導電路徑406和導電路徑412的電路輸出的總和。藉由增加第二導電路徑410和第三導電路徑412與第一導電路徑406接觸的接觸表面積的量(類似於增加的接觸點306)，將由於接觸點處的更大的導電性和更低的電阻而允許電壓訊號的增加。
第三導電路徑設計404之示例示出了第一導電路徑406輸入和第二導電路徑414輸出的示例，其中增加第二導電路徑414與第一導電路徑406接 觸的接觸表面積的量(類似於增加的接觸點306)由於導電性的增加和電阻的降低而允許所得到的電壓電位的增加和未用能量的減少。該設計404可以有益於增加感測器應用中的靈敏度和資料範圍，並且對於資料範圍，其也比導電路徑設計402提高效率，因為它減少了所需的電連接的數量，由此第二導電路徑414將第二導電路徑410和第三導電路徑412的兩個所需連接組合成一個導電路徑414。
因為即使導電材料具有一些自然電阻，增加橫截面積接觸大小將提供用於電流過更大距離的額外導電路徑。與此類似的是增加與來自第一導電路徑110與第二導電路徑108的接觸的每個相交點112相關的接觸點306的數量以產生更大的訊號輸出以及增加與第一導電路徑406相關的表面積接觸414的量。更多的接觸點增加了第一導電路徑110和第二導電路徑108之間的導電性。透過每個相交點處的更大的表面積接觸404和多個接觸點306這個方面，電壓電勢由於電阻由於對應的施加的力而改變而在每個額外的接觸點處增加。
感測器漂移和潛變係壓力感測器在一段時間內的常見現象。在存在恆定接觸的情況下，在示例性實施方式中，可以藉由分散來轉移電路徑以減少導電路徑上的應變，以使來自恆定電接觸的磨損最小化。圖5A示出了利用導體504的作用的電路500的圖，導體504具有透過導電層510分佈的電路徑。導電層510例如係導電材料或具有許多緻密封裝的導電線的織物。穿過導電層510的電路徑被配置成與負載接觸，該負載將藉由本示例的方式被稱為包含由非導電線514隔開和分離的分佈的導電線512的電阻層506，並且電路徑然後藉由導電層516進一步分佈並且繼續到輸出導體518，從而提供可檢測的電訊號輸出。穿過電阻層506的藉由導電層510的電路徑分佈藉由借助導電線512分佈的電接 觸而分散，並借助藉由非導電線的絕緣和藉由自然空氣分離的絕緣而與非導電線514分離。為了減小電阻和增加電訊號電導，藉由外部環境的進一步接觸(藉由施加壓力的示例的方式)將會將輸入導體504、電阻層506和輸出導體518壓縮在一起，好像所有組合元件係一個較大的單個導體，並且由於所施加的壓力而進行更多的表面積接觸而導致電訊號電導的增加。當施加全壓力時，沿著輸入導體504、電阻層506和輸出導體518的電導最大化，並且來自輸出導體518的可檢測電訊號處於最大值，例如，最大5V或大約最大5V或最大校正值1024。
圖5B進一步示出了利用導體508的作用的電路502之圖，其示出了藉由增加導體508的不同輸入路徑的數量來檢測訊號變化的能力，導體508具有藉由導電層510的電路徑分佈，所述電路經分佈穿過中間電阻層506而分佈並且繼續藉由導電層516透過導體518進一步分佈，其中電訊號輸出將與輸入導體508、電阻層506和輸出導體518導電接觸的量相關地變化。其遵循之前的示例圖5A，所有組合元件的接觸點的增加的表面積將導致充當具有更大電導和更低電阻的單個導體，從而導致更大的電訊號輸出的結果。當施加全壓力時，例如，沿著輸入導體508、電阻層506和輸出導體518的電導最大化，並且來自輸出導體518的可檢測電訊號處於最大值，例如，最大5V或大約最大5V或最大校正值1024。
圖3、圖4、圖5A和圖5B中示出的系統和方法之示例性實施方式也有益於用於印刷電路板和電子晶片中以允許更大的訊號變化以增加一般限於執行二進位任務的積體電路的功能能力。
圖6A藉由示出隨著時間的推移施加在裝置上不同的力的壓力的方式示出了撓性導電裝置之變形600。當在裝置上施加壓力602時，所表示的是裝置可檢測到的視覺演示。當在裝置上施加進一步的壓力時，存在進一步的變形604，具有檢測裝置上的增加的量的壓力606的能力，從而表示裝置確定與施加的壓力的量相對應的深度和體積的能力。當沒有施加的壓力608並且然後施加一致的壓力時，這可以是由於(藉由示例的方式)隨時間推移靜止的物體的情況，壓力的量的檢測保持穩定610。
圖6B藉由示出與在三維圖形612上施加的壓力的量相關的不同的力的方式示出了撓性導電裝置之變形，其中如圖中所示在角落處施加了最大量的壓力，從而證明了用於檢測整個裝置中的三維映射、位置和重量差異的能力。
圖6C藉由在作為健康監測器應用的撓性導電裝置的受控測試的一個示例性實施方式中確定活動的感測器而以身體輪廓示出了二維映射。在該示例性配置中，撓性導電裝置系統由配置成5×6矩陣的30個感測器組成。
對於在醫療保健患者監測中的應用，其將被進一步證明。每個單獨的傳感器具有檢測壓力的深度和變化的能力，其中可以分割感測器區域以確定對應於施加壓力區域與無壓力區域614的活動感測器與非活動感測器以及感測器區域之間的壓力位準的變化。藉由在躺在床上並且滾動到其側部或滾動到床的其他部分周圍的人體的示例中演示，有一個有益的結果，在撓性導電裝置系統與身體接觸的地方將保持電訊號的連續輸出以提供對患者/用戶的連續監測。額外的好處係提供訊號雜訊的進一步指示，比如電訊號輸出的跳躍或尖 峰，其中二維映射將提供關於可歸因於撓性導電裝置上的移動的起始訊號雜訊的參考。
圖7示出了監測系統700中的撓性導電裝置702之示例性實施方式。撓性導電裝置702將電訊號輸出到硬體單元704，硬體單元704可以處理硬體單元704上的訊號資訊和/或將原始電訊號資訊發送到資料庫706。然後，資料庫706可以對資訊進行進一步處理和/或將資訊發送到雲端伺服器708，以進一步分析，藉由本圖中的示例之方式，這可以產生一個預期結果710或替代預期結果712。儲存在資料庫中的資料可以用於健康分析以及用於定製的輸出功能，比如通知和/或警報。
包括用於監測系統700的撓性導電裝置702的系統的另一示例性實施方式係對於表面區域檢測整個裝置中的三維映射、位置和重量差異，其中資料分析可用於監測智慧型貨架單元上的庫存位準或庫存物品的存在，可用於自動化庫存控制過程，作為一個可能的結果710，和/或可用於用於重新儲存庫存的預訂過程，作為替代的可能的結果712。在示例性實施方式中，不是撓性支撐層，而諸如貨架的剛性材料(例如，低撓性或不可察覺的撓性)包含可變壓力感測器，並且剛性材料中的微小變形係可檢測的。
撓性導電裝置連接到硬體單元，所述硬體單元包括微控制器、處理器、包括無線和有線網路能力的單板電腦、多工器、類比-數位轉換器、放大器、警報設備、揚聲器、蜂鳴器、LED條、加速度計、陀螺儀或其組合。導電裝置用作電流透過的電阻。
在矩陣設計中，例如，第二導電路徑108與導電裝置的電連接的一側(例如，行)用作輸入訊號並連接到一個MUX，而第一導電路徑110的連 接的另一側(例如，列)用作輸出並連接到另一MUX。然後，MUX與硬體單元中的其他部件互連。藉由非常快速地複用訊號，第二導電路徑108的連接的一側(輸入)發送電壓，並且第一導電路徑110的連接的另一側(輸出)讀取訊號，並且確定隨著施加的壓力的量，列和行之間的任何交點是否被按壓。類似地，導電裝置用作壓電感測器和/或可變電阻器的陣列，其允許電流透過以完成電路並輸出訊號。施加的力和/或壓力的量指示透過多少電流，更大的壓力允許更多的電流流動從而輸出更大的電訊號。
對於類比輸入訊號包括下拉電阻器，以穩定和提高所有訊號之間值的一致性。對於輸入訊號也包括提升電阻器，以增加靈敏度範圍。
對於可以應用撓性導電裝置的許多應用，圖8A、圖8B和圖8C示出了藉由使用對電訊號進行複用的矩陣設置而使所需的電連接最小化同時保持輸出訊號的較高資料範圍的電路800的功能。
在圖8A、圖8B和圖8C中示出了使用兩個多工器的示例性電路設置。電力連接到多工器(MUX)。在示例800中，兩個多工器採取數位和/或類比輸入，其中第一導電路徑802將會將單個數位訊號輸入到MUX 804中，並且將數位訊號複用為組合的數量(如在該示例中為6通道輸入810)，並且藉由輔MUX 806收集，所述輔MUX 806將藉由組合的數量(如在該示例中為5通道輸出812)接收多個數位訊號，從而在該示例中創建輸出30個感測器的組合的6×5矩陣。在MUX 804和MUX 806之間，將存在對應於接觸的感測器區域的數量以及在每個感測器區域施加的壓力的量的可變電訊號的訊號輸出808。
圖8B和圖8C還示出了呈具有電源814、輸入MUX 816、輸出MUX 818和下拉電阻器820的示例性設置的電路。
功能性織物可用於製造可以從與織物接觸產生的輸入訊號中產生資訊的器械。這樣的器械可以檢測施加的力/壓力的量或變化，並且還可以具有內置的刺激回應。這種器械的應用之示例係將根據示例性實施方式的撓性導電裝置嵌入日常傢俱(比如沙發襯裡、地毯、墊子、地板或亞麻)中，以檢測何時存在施加的力/壓力。這樣的應用可用於監測行為以創建建築物中的個人或個人的位置的即時資訊。它還可以監測是否有跌倒，並在緊急回應者被派遣時繼續監測。所有該等可用於監測例如阿茲海默症或失智患者，或者用於藉由基於個人在位置的存在的即時資訊為設備供電來節省能量。
另一示例性應用包括將撓性導電裝置嵌入諸如壓縮器械、床上用品或引線的醫療設備中以監測壓力的位準或由心率或脈搏引起的壓力變化或吸氣和呼氣期間的身體接觸或其他呼吸變化。這為未來在一般患者健康監測中的應用開闢了潛力，而不需要到患者身體的任何引線和/或附接物。
例如，圖9所示的是示出了壓縮器械止血帶900，其中止血帶900當使用時需要施加一致量的壓力並保持在身體部位上以阻塞血管，防止出血，比如緊急情況下的創傷性出血。該示例性實施方式示出了撓性導電裝置系統902，其可以附接到諸如壓縮器械止血帶900的現有設備，以改善提供連續監測的結果，而不必對設備進行改變。撓性導電裝置系統902可以包括任何所描述的撓性導電裝置702。這可以在軍事應用中或者對於在需要CAT的緊迫情況下難以注意壓力的監測的情況下使用作戰應用止血帶(CAT)的緊急人員有所幫助，並且經常當肌肉收縮時，來自CAT的壓力需要重新緊固以防止進一步出血，否則會增加死亡風險。導電裝置的靈活性可以應用在身體的任何位置或任何部位，因為它可以採取任何形狀因子，並連續監測施加的壓力並通知是否存 在下降到設定的參數以下的壓力降低，從而提醒需要注意，以保持所需的壓力位準。此外，該裝置可以監測止血帶900的施用時間長度，長時間施用可導致可能的截肢風險。
在示例性實施方式中，包含功能性織物的床上用品可以提供關於例如呼吸變化或懈怠時間長度的資訊。雖然其他設備需要直接附接到身體，但是示例性實施方式的功能性織物在測量來自身體的膨脹和收縮的壓力變化和重量分佈時保持與身體接觸，並且可用於長期研究導致健康結果的事件，或警示不正常的呼吸，或減輕由於有限的移動形成的壓力性潰瘍。使用諸如心衝擊描記術的技術來測量身體中的脈衝發射的振動可以是可以提供關於心率的資訊的一種方法。使用這種功能性織物的一個好處係代替了需要身體上的引線和附接物的傳統生命徵象監測方法，並且使用常見的日常物品(比如使用功能性織物製作成功能性設備的床單)來提供非侵入性解決方案。它還將藉由在睡眠時使用示例性實施方式時限制使用者偏好而藉由一致的基線比較來提供更準確的資訊。也可以使用熱敏電阻器(thermoresistor)(熱敏電阻器(thermistor))或者替代地使用兩個不同的導電織物和/或絲線來監測和確定溫度，以測量不同溫度下的電阻。
諸如功能性織物的壓力感測器也可以嵌入貨架單元中，以便當它們運行不足或在一段時間內不更新物品時監測庫存位準。使用SMART貨架系統的即時庫存系統可以傳達庫存位準，並且可以構建軟體部件來使訂購過程自動化。
如圖10所示的又一示例性應用係人造外部皮膚層中的示例性實施方式之撓性導電裝置系統，以向諸如機器人手的機器人部件提供觸覺。憑藉 藉由觸覺確定壓力的量的能力，機器人被配置成用於執行需要進一步的靈敏度的任務，比如能夠拾取諸如玻璃物體的精細材料，而不會由於施加太多的力而破壞它。機器人部件還可以包括刺激回饋回應機制，從而與諸如使用者、人、設備和/或系統的外部元素通訊。這在具有觸覺回饋係有利的環境下也是有益的部件。例如，在爆炸物處理(EOD)情況下用於提高控制機器人的安全性的遙控環境下，可能需要一定程度的靈敏度來處理精細物體並知道施加了多少壓力。另一示例性實施方式係用於臨床環境，其中可以由具有進行某些類型的手術的專門技術的外科醫生從遠端區域控制機器人部件。另一示例性實施方式係在需要觸摸靈敏度來提高生產線上的任務的效率的製造業中。
撓性導電裝置可以自己使用，或者可以與其他物體整合以產生功能性織物器械。
雙層撓性導電裝置
描述了壓力感測器之另一示例性實施方式，其包括具有相同或不同導電性位準的兩層導電材料，以及在兩層的每個相交點處具有增加的接觸點的設計/設置，作為一種將進行感測以確定位置之電容性方法和進行感測以基於與在相交點處接觸的點的數量成比例地對應的接觸點的數量來確定施加的力或壓力的變化的電阻性方法相組合之方法。在一個實施方式中，壓力感測器包括導電織物或織物感測器。
隨著互動式和智慧型織物的發展，藉由將金屬型纖維與織物整合為一種方法，電路已經改變了材料與傳導的電流如何工作。導電性位準在許多可用的材料中不同，並且這還增加了不同程度的固有空氣阻力和絕緣，或者材料相對於導電部件的重量電阻。
在兩個高導電材料層之間具有這種導電性位準的差異在示例性實施方式中消除了對中間電阻材料層之需要，因為這種差異有效地充當完整電路的屏障並且在功能上執行與中間電阻層相同的目的。反過來，在示例性實施方式中，中間層的這種消除降低了生產成本。從具有較低導電性位準的材料透過的電流當與具有較高導電性位準的材料接觸時將永遠不會達到比其自身電容高的位準。在兩種材料進一步接觸的壓力施加期間，可以測量和監測電容差異。
在示例性實施方式中，感測器或裝置可以由用於每個導電路徑的一個或多個剛性層來支撐。剛性係指不可壓縮表面或具有足夠剛性和低彈性的表面，以便被感知為不可壓縮，而不會使感測器裝置彎曲或拉伸。
在用於檢測施加到撓性導電裝置的力或壓力的根據示例性實施方式的所述裝置的一個實施方式中，所述裝置包括具有第一導電性位準的第一導電路徑和具有不同於第一導電性位準的第二導電性位準的第二導電路徑。第一導電路徑和第二導電路徑被定位成使得它們彼此接觸。所述裝置還包括多個感測器區域。只要第一導電路徑接觸第二導電路徑並且電連通，則該等接觸相交點中的每一個產生感測器區域，所述感測器區域產生對應於所施加的力或壓力的訊號。
如本文所使用的，“導電路徑”係指電傳導路徑。在示例性實施方式中，導電路徑由以特定圖案佈置的導電織物或織物製成。替代地，可以使用導電線來產生導電路徑；然而在一些示例性實施方式中不使用導電線，因為它們對於一定距離(對於一些導電線，長度大約超過10釐米)的導電路徑在保持電壓強度方面具有限制。在一些實施方式中，導電路徑由導電織物和絲線 的組合製成以克服該限制。用導電線連接導電織物充當具有較大表面積的一個導電路徑。在示例性實施方式中，導電路徑被提供為層或支撐在層上，並且被放置為與第二這樣的導電路徑層接觸，從而形成感測器片形式的撓性導電裝置。
如本文所使用的，“感測器區域”係指第一導電路徑與第二導電路徑電接觸以完成電路的相交點或接觸區域。每個感測器區域產生對應於所施加的力或壓力的訊號。
撓性導電裝置與傳統電線相反地起作用。導電部件與非導電部件混合以產生導電路徑，這提供了一定程度的表面積電阻率。每個感測器區域的表面積越大，當從第一導電路徑透過到達第二導電路徑時，電流經歷的電阻越小。然後對電路完成時產生的訊號進行處理，以確定施加的力/壓力的量。
導致導電路徑之間的百分之百的接觸的所施加的力或壓力將產生完整電路的最大閾值。另一方面，由於導電路徑的自然表面積電阻，小於百分之百的電接觸導致小於最大閾值的完整電路。這可以藉由改變材料的導電性位準來實現。當導電部件與非導電部件組合時，材料規格不同，從而產生自然的空氣阻力和絕緣。反過來，不同的材料需要施加不同的量的力來使電路完成並達到其最大閾值。
在撓性導電裝置的一個實施方式中，多個感測器區域中的任何一個處的第一導電路徑和第二導電路徑之間的完全電接觸將產生最大訊號。在多個感測器區域中的任何一個處第一導電路徑和第二導電路徑之間存在部分電接觸的情況下，這將產生小於最大訊號的訊號。
導電材料
需要至少兩個導電路徑進行接觸並完成電路。可以藉由使用具有不同的電阻率位準的不同材料來調節撓性導電裝置對力或壓力的靈敏度，以形成導電路徑，這也導致不同的表面積電阻率位準。選擇不同的材料將產生具有不同靈敏度位準的撓性導電裝置，並且由此產生不同的導電性和因此不同的表面積電阻率。例如，對於兩個導電路徑中的一個使用具有較低導電性和較高表面積電阻率的材料將降低裝置的靈敏度位準，因為對於完成電路，存在更大的電阻。在其中在兩個導電路徑之間提供導電層的替代實施方式中，使用具有比兩個導電路徑更低的導電性和更高的表面積電阻率的材料，這也將降低裝置的靈敏度位準。
導電路徑設計
在二維平面中，可以在圖案上操縱導電路徑的設計，使得當導電路徑被提供為層或支撐在層上時，存在導電區域和非導電區域。例如，在一些實施方式中，導電路徑線性地延伸，每個線性段之間具有間隙。轉向圖1，在所示實施方式中，垂直導電路徑與網格圖案中的位準導電路徑重疊。將兩個導電路徑電接觸時的所得感測器區域佈置成矩陣。在其他實施方式中，可以使用重複圖案和單元(如圖2A、圖2B、圖2C、圖2D、圖2E和圖2F所示的)，或者由非導電區域的空間分開的其他變化或形狀。可以定製其他圖案和形狀(比如正方形、矩形、菱形和圓形設計)以滿足需要。在一些實施方式中，導電路徑的電路設置包括一對多工器(MUX)，其中功率訊號被輸入到一個(MUX)中，並且從另一MUX讀取輸出訊號。也可以使用多工器的單個和多個組合。
轉向圖2D，在二維平面的一個實施方式中，第一導電路徑具有重複的螺旋設計，以將所使用材料的量減半。在一些實施方式中，第二導電路徑也具有圖案設計。在示例性實施方式中，為了使每個接觸點或感測器區域的表面積最大化，第二導電路徑被提供為連續片。在另一示例性實施方式中，第二導電路徑具有重複的正方形設計，其中第二導電路徑的重複正方形設計的每個正方形單元與第一導電路徑的重複螺旋設計的螺旋單元重疊。以這種方式，所有感測器區域的總表面積由螺旋導電路徑的表面積決定。當在所有感測器區域處(以及沿著螺旋導電路徑的整個表面區域)存在100%接觸時，產生最大訊號。因此，當施加壓力/力並且兩個導電路徑接觸從而完成電路時，輸出訊號值讀數與接觸的感測器區域的總表面積成比例。
在三維平面中，導電路徑和感測器區域的曲率和/或輪廓係在三維空間中可辨別的輸出訊號值的變化的決定因素。例如，在撓性導電裝置作為用於機器人手的人造外表皮層的應用中，可以在伸直的手指或彎曲的手指之間區分定位。手指尖處的曲率將讀取不同的訊號值，從而將伸直的手指與彎曲的手指進行區分。另一示例性應用係基於施加在感測器區域上的力/壓力的量的三維映射的視覺化。由於每個感測器區域可以區分施加的力/壓力的量，可以畫出三維圖像從而演示人造外部皮膚層可以在一個示例中確定物體在機器人手上存在的位置以及該物體可能是多重。
根據一般的電路，電荷的流動具有與光速相比以相對快的速度行進的電壓。對設計和行進路徑的操縱可以改變單個電路中的電行進速度的結果，並產生路徑中的延遲，並減慢電行進速度，這對人眼係可見的。對設計進行操縱以改變電行進速度的結果的示例係：如果設置對於感測器區域112只具 有一個接觸點(在這裡需要存在連接以使電去往其目的地)，與光速相比，行進速度將相對較快。藉由對設計進行操縱，需要三個接觸點306進行連接的示例，具有電輸出訊號的完成的電路將取決於接觸的點的數量。(參見圖3)
為了進一步增加在完成的電路中對電荷到達其目的地的時間的操縱，具有不同導電性位準的材料也可以影響行進速度。
感測器區域
每個感測器區域在每個相交點處或接觸點處係唯一的。可以藉由施加的力或施加的壓力來操縱由每個感測器區域產生的訊號。類似地，施加的力或壓力在重量秤上的位置將影響重量讀數。例如，站在重量秤的邊緣將輸出與站在重量秤中心區域不同的值。增加每個感測器區域的表面積以及修改導電路徑的設計將改變電路完成時訊號的輸出值(參見下表1)。由於每個感測器區域的增加的表面區域與重量秤的表面區域類似地起作用，所以藉由監測由於施加的壓力/力或感測器區域上的接觸的重新分佈而導致的輸出訊號的變化來檢測移動。相比而言，靜止物體將輸出一致的訊號值。
硬體和資料系統
在系統的一個示例性實施方式中，撓性導電裝置702附接到硬體單元704。硬體單元具有用於從每個感測器區域接收訊號的接收器以及用於將訊號處理成壓力資料的處理器。然後將壓力資料儲存和分析在每個包括一個或多個資料庫的資料庫網路706和708中。示例性系統在圖7中示出。
在一些實施方式中，撓性導電裝置連接到硬體單元，所述硬體單元包括部件，所述部件包括微控制器、包括無線和有線網路能力的單板電腦、處理器、多工器、類比-數位轉換器、放大器、警報設備、揚聲器、蜂鳴 器、LED條、加速度計、陀螺儀或其組合。藉由微控制器和微處理器讀取訊號，並且視情況藉由放大器、電阻器和運算放大器來放大訊號，所述訊號被轉換為數位訊號。訊號視情況透過帶通濾波器，從而濾波高頻和低頻訊號。
在示例性實施方式中，系統具有感覺回饋系統。例如，系統可以具有用於使用者互動和資訊傳送的嵌入的燈和聲音(參見圖7)。用於使用者互動的這種感覺回饋系統的示例可以是結果710，例如作為可以在諸如跌倒或心臟病發作或中風的健康相關事件的情況下設置的警報。替代結果712的另一示例可以用於在X秒無移動之後經歷呼吸暫停的嬰兒，裝置可以啟動警報。可以根據需要定製結果以適合合適的應用。
感覺回饋係可定製的，以適應不同的狀況和接收回饋的使用者的需要。硬體單元還可以視情況包括LED燈和揚聲器，其可以被啟動以指示和/或傳達不同的呼吸、姿勢、位置和移動狀況。例如，正常範圍內的呼吸可以指示中性色，例如綠色，而高於或低於正常的呼吸速率可以是橙色或紅色以表示警告。
圖11示出了用於使用撓性導電裝置702和系統700的具有燈和聲音的感覺回饋系統的方法之示例性流程圖1100。由於每個感測器係唯一的並且可以測量施加的壓力的變化，可以包括燈和/或聲音的透過輸出設備的回饋可以設置為具有基於用戶交互的結果。
在事件1102處，確定在撓性導電裝置702的矩陣上任何點被按壓。然後，向輸出設備輸出指示碼以用訊號通知使用者，例如事件1104，用於開啟特定的燈顏色，和/或事件1106，用於從程式庫(library)中檢索特定的聲音檔並輸出到揚聲器。在事件處，確定在撓性導電裝置702的矩陣上按壓的點 被釋放。對應的燈熄滅(事件1110)和/或對應的聲音停止(事件1112)。在事件1114處，確定撓性導電裝置702的矩陣上的相同點是否被連續按壓。如果是，則在事件1116處，特定的燈顏色開啟(可以不同於事件1104處的特定燈)和/或在事件1118處從程式庫中拉出第二聲音檔並輸出到揚聲器。如果不是，則在事件1120處收集資料，並將其儲存和/或發送到資料庫網路706、708。在事件1122處，流程圖1100藉由重複到事件1102而循環。
在一些實施方式中，再次參考圖7，藉由從硬體單元704到資料庫網路706、708的有線或無線連接來實現壓力資料到資料網路的收集和傳輸。有線或無線網路可以多於一種類型的無線網路(例如，LAN、WLAN、無線電、藍牙)。由每個單獨的感測器區域處的接收器藉由時間戳記和位置(X、Y和/或Z座標)對輸入值進行分類。例如，當在感測器區域處產生接觸輸入時，該感測器的變化值以及所施加的力/壓力的時間、位置和量被記錄。此外，諸如使用者資訊的使用者輸入的資料可以與使用者的感測器資訊(例如，使用者的年齡和人口統計資訊)一起保存到資料庫網路706、708的資料庫。資料被儲存到資料庫中並且可以被本地託管或視情況還託管到雲端伺服器。來自資料庫的資料用於多個目的，包括例如：1)用於檢測設定的無改變或改變的持續時間超過感測器記錄的值的設定閾值的通知系統；2)即時回饋應用；以及3)用於預測模型的來自接觸輸入的資料的分析。然後所有處理的資料被儲存到新資料庫中並且所有的資料庫被加密。
來自功能性織物器械的原始輸入可以在進入資料庫之前被分組，以提供對輸入的更快的收集。所有傳入的原始輸入可以設定為指定範圍，並且可以預先確定用值(增加的值或減小的值)來表示的指示壓力。
在將資料儲存到資料庫網路706、708之前，電訊號的原始資料可以在用於數位訊號處理的硬體單元704上進行處理。這包括任何誤差校正，以標記異常值，以及包括使用用於訊號處理的統計計算。
在示例性實施方式中，可以實現誤差檢測和異常值檢測。如果每個感測器的傳入值隨著時間的推移不變，或者如果值保持在總最大值的指定百分比內，則確定誤差檢測。如果值超出了指定的值範圍和任何不規則的字元(比如由於從微控制器採樣而產生的字母和特殊字元)，則確定誤差。例如，如果傳入值設定為0到1024並且傳入值出現在0或1024之外，或者在0-5(1024的大約0.5%)之間波動，則在一個示例中，這被認為是感測器中的誤差。校正感測器的位置，因此，感測器中的任何誤差可以指示墊的哪個位置被停用。
藉由使用諸如移動視窗、檢查殘差以確定值是否大於指定的四分位數範圍或者檢查大於指定閾值的值(比如特定標準差或使用傅立葉變換和頻譜密度計算)等技術來確定異常值。
也可以執行校正和常態化。當感測器上沒有物體或人時藉由讀取原始訊號來在初始時間視窗(例如，前30秒)內收集校正。使用針對每個感測器收集的原始訊號，執行校正技術。一種技術係收集最大值、最小值、平均值、標準誤差以計算標準化分數以及每個感測器的標準化殘差。一種用於常態化的技術係在時間視窗內計算每個感測器的最大值、最小值，並從每個值中減去最小值，並將其除以時間視窗內值的範圍。這將使每個感測器值在0和1的範圍之間。
移動和無移動的分類
返回到圖6A，使用從撓性導電裝置702收集的電訊號來確定移動的存在或不存在。該示例性實施方式將示出對正在使用撓性導電裝置702的生命的移動和無移動的檢測。
步驟(1)“接觸”與“無接觸”的檢測。例如，一種技術係基於對滿足跨越所有感測器區域的絕對閾值並且滿足檢查每個感測器區域的值的變化的差閾值的計算。計算前幾百個值以給出初始平均值、中值和初始變化閾值。之後，對於每個感測器區域，總是比較過去值(x-1)和當前值(x)。對於每個感測器區域，以指定秒數的每個間隔取滾動平均值和滾動標準差。如果該值小於預定的平均閾值(例如，<100)，則被認為是“無接觸”。如果傳入值大於該感測器的差閾值並且該值大於平均閾值，則該值被認為是“接觸”。也可以對所有傳入訊號應用變換和基線校正(例如，當無接觸時減去前幾百個值的變化)以減少傳入訊號的“雜訊”。其他技術包括傅立葉變換和功率譜密度，這也對所有感測器訊號執行，從而將訊號分解為正弦函數。然後將每個感測器的正弦函數相對於其他對應的感測器進行比較。具有最大或最多的指定頻率的峰值振幅的那些也將指示何時有接觸。每個感測器的所有傅立葉變換的平均值被積分，以便每個時間點產生一個訊號。變換為訊號允許放大訊號以提供對訊號的更好的區分。
步驟(2)每個給定時間的所有“接觸”感測器區域被分類並分成多個區域。例如，集中區域包括捕獲呼吸移動的軀幹區域或提供更強指示輸出訊號的區域。在檢查隨著時間的推移每個感測器區域的平均值和變化後，確定具有最低平均值、中值和殘差以及最小變化的感測器區域。具有最大平均值和最大變化的感測器區域也被確定。關於該等識別的感測器的區域可另外被映 射成圖形表示，例如熱圖，以確定關心的位置。最大的變化被認為是移動的特徵，最小的變化被認為是更接近於無移動。此外，可以使用可以確定關心的區域的傅立葉變換、功率譜密度計算、相關方法、自迴歸模型、功率譜密度和聚類分析來藉由計算針對呼吸和其他生命徵象(比如心率)指定特定頻率。
步驟(3)突出顯示目的地區域以監測移動。重要的是，與無移動的讀數相比，確定移動的檢測。計算移動與無移動的平均值和變化。當無移動時，變化閾值小於有移動時。視情況，還藉由感測器位置以及使用迴歸模型和機器學習模型來映射目的地區域以確定呼吸活動。呼吸和移動的頻率也不相同，並且也可以被指定以瞭解移動。
計時器/警報系統
在一些示例性實施方式中，系統可另外包括用於基於預定的一組參數來發起視覺或聽覺通知的計時器系統。例如，計時器和警報系統，其中在檢測到指定秒數的無移動之後發出警報。為了檢測移動的不存在，考慮幾個程式。或者在另一示例中，在檢測到高於或低於設定的參數範圍(等於所確定的施加的力/壓力的量)的訊號之後發出警報。例如，在必須保持一定量的壓力以停止創傷性出血的壓縮器械中，肌肉傾向可能隨著時間的推移而收縮，並且如果需要重新緊固壓縮器械以防止靜脈和/或動脈出血，則可以發出警報。如果長時間施用壓縮器械，計時器也會發出聲音，以通知並防止永久性損害的風險。
當與目的地區域相對應的所有感測器區域顯示無移動時，即，在指定的預定間隔內具有值的最小變化，可以發出聽覺和/或視覺警報。在指定間隔內跨越目的地區域中的感測器區域的最小變化將向硬體設備發送訊號，並 在應用的監視器上觸發聽覺聲音和/或視覺警報。針對每次反覆運算進行對最小變化的這種檢查。針對每次反覆運算將計時器設定為指定的秒數。
設備相容性
所述系統對於用於流覽器和移動設備兩者都是相容的。即時監測應用程式介面可以提供關於使用者、狀況、計時器、警報、呼吸率、呼吸分析、施加的壓力、缺乏所需的壓力或可以藉由接觸輸入來檢測變化的任何這種變化的資訊和圖形表示。該介面還允許使用者輸入使用者資訊，所述使用者資訊將連結到從硬體輸出的感測器資訊。該即時監測應用程式介面將從資料庫網路中檢索資訊。
物體與人的檢測
隨時間推移確定訊號的平均值、變化、頻率是否存在顯著變化。如果“接觸”感測器的值隨時間推移顯示無變化或最小變化並且如果原始輸入值在一個小範圍內，則這將觸發靜止物體的可能性。
以下示例進一步說明了示例性實施方式的各種方面。
撓性導電裝置702可以使用具有不同導電性質的組合的材料的各種組合來製造，這只取決於來自硬體部件的靈敏度的期望位準。
5伏電源連接到撓性導電裝置702，基於以相同的施加的力/壓力的量從完成的電路測量最大閾值而在(在一個示例中)0至1024的範圍內記錄輸出值。不同的材料將基於力/壓力的量輸出不同的最大閾值，其中高導電材料將達到高於具有較低導電性位準的材料的最大閾值(參見下表1)。由於閾值因為使用不同的材料組合和施加的力/壓力的量而不同，也可以藉由使用改進的2層系統而不是3層系統來調整靈敏度。
由於閾值因為載流導體的自然電阻元素而基於5V的輸入將不會達到最大值(例如1024)，材料的順序和組合可以產生電路完成的時間差。
導電路徑設計
示例性設計1：用於檢測平坦的不可壓縮表面的壓力的系統的撓性導電裝置設置的示例係兩層設計，其具有將導電線和非導電線相組合的導電織物，所述絲線被“編織/針織”為網格狀圖案，其中非導電線提供與導電線的分離，其中第一導電路徑302被設置為在一個方向上延伸並且第二導電路徑被設置為在相交方向304上延伸，由此當兩個導電路徑重疊時，形成網格圖案，其中每個相交點形成感測器區域112，所述感測器區域可以基於分離第一層與第二層的非導電線的第一位準的電阻以及來自在同一層上分離導電線的非導電線的第二位準的電阻來測量變化。由於與導電線分離，來自外力的施加壓力將壓縮兩個層，從而使不同點306處的相交的導電路徑接觸，從而允許與施加的壓力的量相關地測量電訊號的變化。
示例性設計2：用於檢測具有變化的形狀因子的表面(例如床)的壓力的系統的撓性導電裝置設置的示例性實施方式係三層設計，其中第一導體504和第二導體508藉由中間電阻層506分離。中間電阻層506對於諸如如果撓性導電裝置的多個部分被緊密地束縛的情況藉由來自完全接觸的第一導體504和第二導體508的分散來提供電阻。
示例性設計3：第三示例係其中一個層具有導電路徑螺旋設計204，其產生用於較低表面積導電性的間隙。相對層200將具有更高的表面積導電性以消除間隙，從而可以根據接觸的點確定變化。如果所描述的示例被翻 轉，則在存在間隙的區域處產生的小的接觸點可能不會讀取與先前示出的示例類似的輸出值。
示例性設計4：第四個示例包括藉由對導電織物和絲線進行組合而使用較少材料的有效方法：一個示例係1.27釐米(0.5英吋)的導電織物212和導電線214，其以將增加相當於2.54釐米(1.0英吋)的導電織物的表面積但使用較少的材料(例如，參見圖2E和圖2F)的圖案連接。
圖12示出了在示例性實施方式中使用撓性導電裝置702和系統700進行呼吸分析和檢測正常設定參數之外的條件的演算法的流程圖1200。與沒有呼吸的讀數相比，軀幹被突出顯示(見圖6C)作為監測呼吸活動的目的地區域。在確定誤差和異常值並從呼吸的分析中排除之後，確定軀幹區域。計算呼吸與無呼吸的變化。在示例性實施方式中，還針對所有感測器點的每個訊號進行傅立葉變換。
在事件1202處，每個撓性導電裝置702的感測器被校正和標準化。例如，當撓性導電裝置702上沒有物體或外部壓力存在時，可以確定基線訊號。在事件1204處，撓性導電裝置702的一個或多個感測器檢測到接觸輸入。在事件1206處，從撓性導電裝置702的感測器收集原始資料。在事件1208處，處理所述原始資料。在事件1210處，確定傳入值是否大於或小於設定的正常參數。如果是，那麼在事件1212處，時間開始。此外，在事件1214處，確定值是否大於或小於設定的正常參數指定的時間段，例如，秒數。如果不是，則該方法循環到事件1206。再次參考事件1214，如果是，則在事件1216處將用戶回饋發送到諸如揚聲器、燈或視覺顯示器的輸出設備，並且然後資料進行到事件1218。在示例性實施方式中，所有事件被捕獲到資料庫網路706、708中。
再次參考事件1210，如果不是，則在事件1218處，經處理的資料被傳送到資料庫網路706、708。在事件1220處，執行可以基於當前患者受試者歷史資訊、其他患者、大資料等的長期分析，在事件1222處，輸出長期資料趨勢。在示例性實施方式中，也可以在資料庫網路706、708中捕獲長期分析資料。在事件1224處，流程圖1200藉由重複到事件1204而循環。
圖13示出了使用附接到作戰應用止血帶的撓性導電裝置系統700來監測壓力的演算法之流程圖1300。在事件1302處，系統700一旦被啟動被配置成校正到由施加器設定的相應的壓力位準，或藉由在事件1304處建立施加的壓力的基線的自動設定。在事件1306處，確定傳入值是否偏離設定的參數，例如壓力損失。如果是，則在事件1310處，如果止血帶有壓力損失，則系統700可以被配置成藉由輸出設備來報警，直到再次達到正確的壓力位準。如果不是，則在事件1308處，流程圖1300藉由重複事件1306而循環。
來自實驗受控環境的呼吸分析的結果示於圖14A中。曲線圖1402、1404、1406、1408描繪了跨越所有感測器的所有資料的平均值與時間間隔值。曲線圖1402示出了描繪當撓性導電裝置上沒有物體時的具有平均的初始基線讀數的相對穩定的訊號。曲線圖1404示出了描繪當有人躺在墊上並且不費力地呼吸時的變化的改變。曲線圖1406示出了描繪來自進行深呼吸的人的變化的改變。曲線圖1408示出了描繪人躺在墊上從正常呼吸到屏住呼吸時。曲線圖1404、1406和1408表示從曲線圖1402的基線值減去的檢測值的平均值。
圖14B和圖14C示出了源自實驗受控環境的電訊號的進一步結果，其被轉換成活動監測曲線圖1410和呼吸曲線圖1418。圖14B中示出了描繪由訊號1412指示的當撓性導電裝置上存在物體之前和之後的活動以及指示由打 噴嚏引起的突然移動的訊號中的尖峰1414之監測曲線圖1410。例如可以藉由大於常態化環境並且小於由以更高頻率出現的打噴嚏引起的大尖峰1414的訊號中的尖峰來確定咳嗽。圖14C中示出了描繪在來自圖14B的結果的相同實驗受控環境中人的呼吸模式之曲線圖1418。在線形曲線1420上示出原始訊號，經濾波和處理的訊號在線形圖1422上示出。
變化(諸如深呼吸曲線圖1406的變化)之間存在的顯著差異大於正常呼吸曲線圖1404並且大於基線曲線圖1402或屏住呼吸曲線圖1408。
圖15A和圖15B示出了使用撓性導電裝置的示例性實施方式來監測呼吸模式的臨床控制環境下的另一組實驗結果，示出了隨著時間的推移的讀數或訊號值。使用具有由空氣壓縮機充氣的人造肺的高科技人體模型類比呼吸模式，呼吸速率為零(“BR0”)。曲線圖1502中示出了沒有物體時的基線讀數與有人體模型放置在撓性導電裝置上時的比較。曲線圖1504中示出了空氣壓縮機關閉時的基線讀數。曲線圖1506中示出了空氣壓縮機打開但所有生命徵象設定為0時的基線讀數，同時顯示檢測到來自控制高科技人體模型的空氣壓縮機的輕微振動。空氣壓縮機的電機位於距感測器一定距離的地板上，證明了撓性導電裝置的靈敏度。
轉到圖15B，其為使用具有人造肺的人體模型來類比呼吸(呼吸速率為十(“BR10”))的另一組實驗結果的曲線圖1508。使用空氣壓縮機控制人造肺內的空氣體積，這使人造肺充氣和放氣以模擬呼吸。曲線圖1508中示出了來自空氣壓縮機打開並且模擬呼吸設定為每分鐘10次呼吸時的結果。訊號1510中示出了來自空氣壓縮機打開並且模擬呼吸設定為每分鐘10次呼吸時的額外的結果。
圖16A示出診斷為淋巴瘤的犬的生命徵象的受控測試，呼吸速率為19(“BR：19”)。曲線圖1602示出了隨著時間推移的訊號值，其在曲線圖1602中描繪了在一個實施方式中從最初在撓性導電裝置上躺下開始在受控條件下的犬的活動，其中所述裝置確定從沒有檢測到物體到檢測到物體的存在的初始變化，然後在犬在所述裝置上躺下之後開始顯示生理訊號。曲線圖1604示出了隨時間推移的訊號值，其顯示具有偶爾的呼吸困難的相同犬，其中具有前60秒的所記錄手動呼吸計數，其具有相對穩定的呼吸模式。圖16B示出60秒後的相同犬，在曲線圖1606中顯示不規則的呼吸模式，包括在變化間隔期間具有對完整的呼吸循環的多次呼吸嘗試的段。呼吸頻率為22(“BR：22”)。曲線圖進一步示出了描繪在去往撓性導電裝置並且去到上面和從上面下來的受控條件下的曲線圖1608中的犬的活動。
在示例性實施方式中，類似的分析和/或方法可以應用於監測和檢測心率和溫度。
示例實施方式係一種回應於所施加的外力之可變導電裝置，所述可變導電裝置包括：第一導電路徑，所述第一導電路徑包括第一導電表面；第二導電路徑，所述第二導電路徑包括第二導電表面，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的一部分具有與所述第一導電表面的一部分導電接觸的導電接觸表面積，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的另一部分與所述第一導電表面的另一部分分離，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的所述導電接觸表面積，從而使得所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的導電性增大。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述第一導電路徑用於從電源接收電力，並且所述第二導電路徑根據所述導電性產生可檢測訊號。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述接收到的電力為DC電壓。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，當沒有所施加的外力時，所述可檢測訊號小於由所述電源界定的最大訊號。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述可檢測訊號由於所述導電性的所述增大而與所述所施加的外力相關地增大。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，當施加使所述導電接觸表面積最大化的外力從而產生最大化導電性時，所述可檢測訊號係由所述電源界定的最大訊號。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，進一步包括所述電源。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，進一步包括用於檢測所述檢測訊號之檢測器。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，進一步包括用於對所述第一導電表面和所述第二導電表面的至少一部分進行分離的至少一個層。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式，其中，所述至少一個層包括為所述導電接觸表面積提供附加接觸表面積的導電線。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述至少一個層進一步包括非導電線。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述至少一個層包括絕緣層。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述絕緣層包括空氣。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述至少一個層包括可壓縮層。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，進一步包括用於接收所述所施加的外力並支撐所述第一導電路徑或所述第二導電路徑的支撐層，其中，所述支撐層包括至少一個剛性層。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述導電接觸表面積的增加包括所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的附加接觸點。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述導電接觸表面積的增加包括當沒有所施加的外力時現有導電接觸點的接觸表面積之增加。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述所施加的外力減小所述第一導電表面的所述另一部分與所述第二導電表面的所述另一部分之間的距離。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述導電接觸表面積與所述所施加的外力相關地增加，從而使得所述導電性增大。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述第一導電路徑包括具有第一導電性的材料，其中，所述第二導電路徑包括具有不同於所述第一導電性的第二導電性之材料。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述第一導電路徑大致垂直於所述第二導電路徑，並且所述第一和第二導電路徑以柵格狀圖案重疊。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述第一導電路徑或所述第二導電路徑中的至少一個為螺旋圖案。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面的所述另一部分與所述第二導電表面的所述另一部分之間的導電接觸表面積。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述所施加的力包括振動。
在上述可變導電裝置中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述第一導電路徑和所述第二導電路徑由導電織物和/或絲線組成。
示例實施方式係一種包括一個或多個層和多個感測器之感測器片，所述感測器中的每一個包括：上述可變導電裝置中的任何一個可變導電裝置；用於向所述第一導電路徑提供電力之電源；以及用於根據所述可變導電裝置的導電性對來自所述第二導電路徑的可檢測訊號進行檢測之檢測器。
在上述感測器片中的任何一個之示例實施方式中，其中，每個感測器與其他感測器中的至少一個感測器的所述第一導電路徑共用所述對應的第一導電路徑，並且其中，每個感測器與其他感測器中的不同的至少一個感測器的所述第二導電路徑共用所述對應的第二導電路徑，其中，電力可一次一個地選擇性地對所述第一導電路徑中的每一個係可啟動的，並且來自所述第二導電路徑中的一個或多個第二導電路徑的可檢測訊號使得知道所述感測器中的哪個感測器正在接收所述所施加的外力。
在上述感測器片中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述感測器被安排成陣列。
在上述感測器片中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述感測器的所述第一導電路徑被安排成列，並且所述感測器的所述第二導電路徑被安排成行，其中，電力可一次一個地選擇性地對所述第一導電路徑中的每一個係可啟動的，並且來自所述第二導電路徑中的一個或多個第二導電路徑的可檢測訊號使得知道所述感測器中的哪個感測器正在接收所述所施加的外力。
在上述感測器片中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述至少一個層包括至少一個撓性層。
在上述感測器片中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述至少一個層包括至少一個剛性層。
另一示例實施方式係一種可變壓力感測器，包括：上述可變導電裝置中的任何一個；用於向所述第一導電路徑提供電力之電源；以及用於根據所述可變導電裝置的導電性對來自所述第二導電路徑的可檢測訊號進行檢測之檢測器。
另一示例實施方式係一種包括上述可變導電裝置中的任何一個的印刷電路板或微晶片，所述印刷電路板或微晶片被配置用於由於所述可變導電裝置的導電性的動態範圍而藉由多於兩個的訊號狀態在所述可變導電裝置上執行數位通訊。
另一示例實施方式係一種用於監測外力之系統，所述系統包括：電源；一個或多個可變壓力感測器，每個可變壓力感測器包括用於從所述電源接收電力的上述可變導電裝置中的任何一個；檢測器，用於根據所述可變導電裝置的導電性對來自所述可變導電裝置之可檢測訊號進行檢測；處理器，用於將所述可檢測訊號處理為外力資料並將所述外力資料發送到用於對所述外力資料進行儲存和分析之資料庫或伺服器；以及輸出設備，由所述處理器控制以回應於所述可檢測訊號或所述經分析之外力資料而傳送輸出。
在上述系統中的任何一個之示例實施方式中，進一步包括微控制器、包括無線和有線網路能力的單板電腦、一個或多個多工器、一個或多個類比-數位轉換器、一個或多個放大器、警告設備、一個或多個揚聲器、一個或多個蜂鳴器、一個或多個LED、一個或多個LED條、或其組合或子組合。
在上述系統中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述輸出設備進一步包括用於藉由所述輸出設備進行使用者互動的感覺回饋系統。
在上述系統中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述感覺回饋系統包括用於警告事件的警報。
在上述系統中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述資料庫係雲端伺服器的一部分。
在上述系統中的任何一個之示例實施方式中，進一步包括用於基於預定的一組參數來發起通知的計時器系統。
在上述系統中的任何一個之示例實施方式中，其中，所述資料庫進一步包括用於分析所述外力資料的處理器。
另一示例實施方式係一種使用上述系統中的任何一個來監測移動之方法，所述方法包括：當沒有施加到所述可變導電裝置的外力時，確定基線外力值；獲得具有高於所述基線外力值的值之訊號；計算所述所獲得的訊號與所述基線外力值之間的差；以及對具有大於差閾值的差的一個或多個訊號進行標識；基於所述對所述一個或多個訊號何時具有大於所述差閾值的差的所述標識，向所述輸出設備輸出資訊。
在上述方法中的任何一種方法之示例實施方式中，其中，所述基線外力值為平均值。
在上述方法中的任何一種方法之示例實施方式中，其中，所述基線外力值係每個可變壓力感測器之對應值。
示例實施方式係使用上述系統中的任何一個來監測受試者的呼吸、監測受試者的心率、監測受試者的移動、監測並追蹤受試者的位置或監測壓縮儀器中的壓力位準。
示例實施方式係使用上述系統中的任何一個來監測壓縮儀器止血帶中的壓力位準。
示例實施方式係在貨架中使用上述系統中的任何一個來監測庫存位準。
示例實施方式係在人造外部皮膚中使用上述系統中的任何一個來為機器人部件提供觸覺。
雖然根據方法描述了本發明實施方式中的一些，但是熟習該項技術者將理解本發明實施方式還涉及包括用於執行所描述的方法的至少一些方面和特徵的部件的諸如處理器、電路和控制器的各種裝置，無論是藉由硬體部件、軟體或二者的任何組合，還是以任何其他方式(如適用)。
在附圖中，如適用，所示出的子系統或塊中的至少一些或全部可包括執行儲存在記憶體或非瞬態電腦可讀介質中的指令的處理器或由這樣的處理器控制。可以對一些示例實施方式進行變化，這可以包括上述實施方式中的任何一個的組合和子組合。上面呈現的各種實施方式僅僅是示例，無論如何並不打算限制本公開的範圍。本文所述的創新的變化將對受益於示例性實施方式的熟習該項技術者是顯而易見的，這種變化在本公開的預期範圍內。特別地，可以選擇來自上述實施方式中的一個或多個的特徵來創建上文中可能未明確描述的由特徵的子組合組成的替代實施方式。此外，可以選擇和組合來自上述實施方式中的一個或多個的特徵來創建由上文中可能未明確描述的特徵的組合組成的替代實施方式。適用於這樣的組合和子組合的特徵對於審閱了整個本公開內容的熟習該項技術者來說將是顯而易見的。本文所述的主題旨在涵蓋和包含所有合適的技術變化。
可以對所描述的實施方式進行某些調適和修改。因此，上述實施方式被認為是說明性的而不是限制性的。

Claims (78)

  1. 一種回應於所施加的外力之可變導電裝置，所述可變導電裝置包括：第一導電路徑，所述第一導電路徑包括第一導電表面；第二導電路徑，所述第二導電路徑包括第二導電表面，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的一部分具有與所述第一導電表面的一部分導電接觸的導電接觸表面積，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的另一部分與所述第一導電表面的另一部分分離，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的所述導電接觸表面積，從而使得所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的導電性增大；以及至少一個層，所述至少一個層用於分離對所述第一導電表面和所述第二導電表面的至少一部分，所述至少一個層包括為所述導電接觸表面積提供附加接觸表面積的導電線。
  2. 如請求項1所述之可變導電裝置，進一步包括一電源，其中，所述第一導電路徑用於從所述電源接收電力，並且所述第二導電路徑產生根據所述導電性而變化的可檢測訊號。
  3. 如請求項2所述之可變導電裝置，其中，所述電源為DC電壓電源。
  4. 如請求項2所述之可變導電裝置，其中，當沒有所施加的外力時，所述可檢測訊號小於由所述電源界定的最大訊號。
  5. 如請求項4所述之可變導電裝置，其中，所述可檢測訊號增大係由於所述導電性的增大而與所述所施加的外力相關。
  6. 如請求項2所述之可變導電裝置，其中，當施加使所述導電接觸表面積最大化的外力從而產生最大化導電性時，所述可檢測訊號係由所述電源界定的最大訊號。
  7. 如請求項2所述之可變導電裝置，進一步包括用於檢測所述檢測訊號之檢測器。
  8. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述至少一個層進一步包括非導電線。
  9. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述至少一個層包括可壓縮層。
  10. 如請求項1所述之可變導電裝置，進一步包括用於接收所述所施加的外力並支撐所述第一導電路徑或所述第二導電路徑的支撐層，其中，所述支撐層包括至少一個剛性層。
  11. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述導電接觸表面積的增加包括所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的附加接觸點。
  12. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，當沒有所施加的外力時，所述導電接觸表面積的增加包括現有導電接觸點的接觸表面積之增加。
  13. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述所施加的外力減小所述第一導電表面的所述另一部分與所述第二導電表面的所述另一部分之間的距離。
  14. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述導電接觸表面積與所述所施加的外力相關地增加，從而使得所述導電性增大。
  15. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述第一導電路徑包括具有第一導電性的材料，其中，所述第二導電路徑包括具有不同於所述第一導電性的第二導電性之材料。
  16. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述第一導電路徑大致垂直於所述第二導電路徑，並且所述第一和第二導電路徑以柵格狀圖案重疊。
  17. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述第一導電路徑及所述第二導電路徑中的至少一個為螺旋圖案。
  18. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面的所述另一部分與所述第二導電表面的所述另一部分之間的導電接觸表面積。
  19. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述所施加的力包括振動。
  20. 如請求項1所述之可變導電裝置，其中，所述第一導電路徑和所述第二導電路徑由導電織物和/或線組成。
  21. 一種包括一個或多個層和多個感測器之感測器片，所述感測器中的每一個包括：如請求項1所述之可變導電裝置；用於向每個可變導電裝置的所述第一導電路徑提供電力之電源；以及用於對來自每個可變導電裝置的所述第二導電路徑的可檢測訊號進行檢測之檢測器，其中所述可檢測訊號根據所述可變導電裝置的導電性而變化。
  22. 如請求項21所述之感測器片，其中，每個感測器與其他感測器中的至少一個感測器的所述第一導電路徑共用所述對應的第一導電路徑，並且其中，每個感測器與其他感測器中的不同的至少一個感測器的所述第二導電路徑共用所述對應的第二導電路徑，其中，電力可一次一個地選擇性地對所述第一導電路徑中的每一個為可啟動的，並且來自所述第二導電路徑中的一個或多個第二導電路徑的可檢測訊號使得可得知所述感測器中的哪個感測器正在接收所述所施加的外力。
  23. 如請求項21所述之感測器片，其中，所述感測器被安排成陣列。
  24. 如請求項21所述之感測器片，其中，所述感測器的所述第一導電路徑被安排成列，並且所述感測器的所述第二導電路徑被安排成行，其中，電力可一次一個地選擇性地對所述第一導電路徑中的每一個為可啟動的，並且來自所述第二導電路徑中的一個或多個第二導電路徑的可檢測訊號使得可得知所述感測器中的哪個感測器正在接收所述所施加的外力。
  25. 如請求項21所述之感測器片，其中，所述至少一個層包括至少一個撓性層。
  26. 如請求項21所述之感測器片，其中，所述至少一個層包括至少一個剛性層。
  27. 一種可變壓力感測器，包括：如請求項1中所述之可變導電裝置；用於向所述第一導電路徑提供電力之電源；以及用於對來自所述第二導電路徑的可檢測訊號進行檢測之檢測器，其中所述可檢測訊號根據所述可變導電裝置的導電性而變化。
  28. 一種包括如請求項1所述之可變導電裝置之印刷電路板，由於所述可變導電裝置之導電性的動態範圍，所述印刷電路板被配置藉由多於兩個的訊號狀態在所述可變導電裝置上執行數位通訊。
  29. 一種包括如請求項1所述之可變導電裝置之微晶片，由於所述可變導電裝置之導電性的動態範圍，所述微晶片被配置藉由多於兩個的訊號狀態在所述可變導電裝置上執行數位通訊。
  30. 一種用於監測外力之系統，所述系統包括：電源；一個或多個可變壓力感測器，每個可變壓力感測器包括如請求項1或3至20中任一項所述之用於從所述電源接收電力的可變導電裝置；檢測器，用於對來自所述可變導電裝置之可檢測訊號進行檢測，其中所述可檢測訊號根據所述可變導電裝置的導電性而變化；處理器，用於將所述可檢測訊號處理為外力資料，並將所述外力資料發送到用於對所述外力資料進行儲存和分析之資料庫或伺服器；以及輸出設備，由所述處理器控制以回應於所述可檢測訊號或所述經分析之外力資料而傳送輸出。
  31. 如請求項30所述之系統，進一步包括微控制器、包括無線和有線網路能力的單板電腦、一個或多個多工器、一個或多個類比-數位轉換器、一個或多個放大器、警告設備、一個或多個揚聲器、一個或多個蜂鳴器、一個或多個LED、一個或多個LED條、或其組合或子組合。
  32. 如請求項30所述之系統，其中，所述輸出設備進一步包括用於藉由所述輸出設備進行使用者互動的感覺回饋系統。
  33. 如請求項32所述之系統，其中，所述感覺回饋系統包括用於警告事件的警報。
  34. 如請求項30所述之系統，其中，所述資料庫係雲端伺服器的一部分。
  35. 如請求項30所述之系統，進一步包括用於基於預定的一組參數來發起通知的計時器系統。
  36. 如請求項30所述之系統，其中，所述資料庫進一步包括用於分析所述外力資料的處理器。
  37. 一種使用如請求項30所述之系統來監測移動之方法，所述方法包括：當沒有施加到所述可變導電裝置的外力時，確定基線外力值；獲得具有高於所述基線外力值的值之訊號；計算所述所獲得的訊號與所述基線外力值之間的差；對具有大於差閾值的差的一個或多個訊號進行標識；以及基於所述當所述一個或多個訊號具有大於所述差閾值的差時進行的所述標識，向所述輸出設備輸出資訊。
  38. 如請求項37所述之方法，其中，所述基線外力值為平均值。
  39. 如請求項37所述之方法，其中，所述基線外力值係每個可變壓力感測器之對應值。
  40. 一種如請求項30所述之系統之用途，其係用於監測受試者的呼吸、監測受試者的心率、監測受試者的移動、監測並追蹤受試者的位置或監測壓縮儀器中的壓力位準。
  41. 一種如請求項30所述之系統之用途，其係用於監測壓縮儀器止血帶中的壓力位準。
  42. 一種如請求項30所述之系統之用途，其係在貨架中用於監測庫存位準。
  43. 一種如請求項30所述之系統之用途，其係在人造外部皮膚中用於為機器人部件提供觸覺。
  44. 一種回應於所施加的外力之壓縮儀器止血帶，所述壓縮儀器止血帶包括：第一導電路徑，所述第一導電路徑包括第一導電表面；以及第二導電路徑，所述第二導電路徑包括第二導電表面，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的一部分具有與所述第一導電表面的一部分導電接觸的導電接觸表面積，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的另一部分與所述第一導電表面的另一部分分離，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的所述導電接觸表面積，從而使得所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的導電性增大。
  45. 一種回應於所施加的外力之可變導電裝置，所述可變導電裝置包括：第一導電路徑，所述第一導電路徑包括第一導電表面；以及第二導電路徑，所述第二導電路徑包括第二導電表面，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的一部分具有與所述第一導電表面的一部分導電接觸的導電接觸表面積，當沒有所施加的外力時，所述第二導電表面的另一部分與所述第一導電表面的另一部分分離，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的所述導電接觸表面積，從而使得所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的導電性增大，其中，所述導電接觸表面積的增加包括所述第一導電表面與所述第二導電表面之間的附加接觸點。
  46. 如請求項45所述之可變導電裝置，進一步包括一電源，其中，所述第一導電路徑用於從所述電源接收電力，並且所述第二導電路徑產生根據所述導電性而變化的可檢測訊號。
  47. 如請求項46所述之可變導電裝置，其中，所述電源為DC電壓電源。
  48. 如請求項46所述之可變導電裝置，其中，當沒有所施加的外力時，所述可檢測訊號小於由所述電源界定的最大訊號。
  49. 如請求項48所述之可變導電裝置，其中，所述可檢測訊號增大係由於所述導電性的增大而與所述所施加的外力相關。
  50. 如請求項46所述之可變導電裝置，其中，當施加使所述導電接觸表面積最大化的外力從而產生最大化導電性時，所述可檢測訊號係由所述電源界定的最大訊號。
  51. 如請求項46所述之可變導電裝置，進一步包括用於檢測所述檢測訊號之檢測器。
  52. 如請求項45所述之可變導電裝置，進一步包括用於分離對所述第一導電表面和所述第二導電表面的至少一部分的至少一個層。
  53. 如請求項52所述之可變導電裝置，其中，所述至少一個層包括為所述導電接觸表面積提供附加接觸表面積的導電線。
  54. 如請求項53所述之可變導電裝置，其中，所述至少一個層進一步包括非導電線。
  55. 如請求項52所述之可變導電裝置，其中，所述至少一個層包括絕緣層。
  56. 如請求項55所述之可變導電裝置，其中，所述絕緣層包括空氣。
  57. 如請求項52所述之可變導電裝置，其中，所述至少一個層包括可壓縮層。
  58. 如請求項45所述之可變導電裝置，進一步包括用於接收所述所施加的外力並支撐所述第一導電路徑或所述第二導電路徑的支撐層，其中，所述支撐層包括至少一個剛性層。
  59. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，當沒有所施加的外力時，所述導電接觸表面積的增加包括現有導電接觸點的接觸表面積之增加。
  60. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，所述所施加的外力減小所述第一導電表面的所述另一部分與所述第二導電表面的所述另一部分之間的距離。
  61. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，所述導電接觸表面積與所述所施加的外力相關地增加，從而使得所述導電性增大。
  62. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，所述第一導電路徑包括具有第一導電性的材料，其中，所述第二導電路徑包括具有不同於所述第一導電性的第二導電性之材料。
  63. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，所述第一導電路徑大致垂直於所述第二導電路徑，並且所述第一和第二導電路徑以柵格狀圖案重疊。
  64. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，所述第一導電路徑及所述第二導電路徑中的至少一個為螺旋圖案。
  65. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，所述所施加的外力增加所述第一導電表面的所述另一部分與所述第二導電表面的所述另一部分之間的導電接觸表面積。
  66. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，所述所施加的力包括振動。
  67. 如請求項45所述之可變導電裝置，其中，所述第一導電路徑和所述第二導電路徑由導電織物和/或線組成。
  68. 一種包括一個或多個層和多個感測器之感測器片，所述感測器中的每一個包括：如請求項45所述之可變導電裝置；用於向每個感測器的所述第一導電路徑提供電力之電源；以及用於對來自每個感測器的所述第二導電路徑的可檢測訊號進行檢測之檢測器，其中所述可檢測訊號根據所述可變導電裝置的導電性而變化。
  69. 如請求項68所述之感測器片，其中，每個感測器與其他感測器中的至少一個感測器的所述第一導電路徑共用所述對應的第一導電路徑，並且其中，每個感測器與其他感測器中的不同的至少一個感測器的所述第二導電路徑共用所述對應的第二導電路徑，其中，電力可一次一個地選擇性地對所述第一導電路徑中的每一個為可啟動的，並且來自所述第二導電路徑中的一個或多個第二導電路徑的可檢測訊號使得可得知所述感測器中的哪個感測器正在接收所述所施加的外力。
  70. 如請求項68所述之感測器片，其中，所述感測器被安排成陣列。
  71. 如請求項68所述之感測器片，其中，所述感測器的所述第一導電路徑被安排成列，並且所述感測器的所述第二導電路徑被安排成行，其中，電力可一次一個地選擇性地對所述第一導電路徑中的每一個為可啟動的，並且來自所述第二導電路徑中的一個或多個第二導電路徑的可檢測訊號使得可得知所述感測器中的哪個感測器正在接收所述所施加的外力。
  72. 如請求項68所述之感測器片，其中，所述至少一個層包括至少一個撓性層。
  73. 如請求項68所述之感測器片，其中，所述至少一個層包括至少一個剛性層。
  74. 一種可變壓力感測器，包括：如請求項45中所述之可變導電裝置；用於向所述第一導電路徑提供電力之電源；以及用於對來自所述第二導電路徑的可檢測訊號進行檢測之檢測器，其中所述可檢測訊號根據所述可變導電裝置的導電性而變化。
  75. 一種包括如請求項45所述之可變導電裝置之印刷電路板，由於所述可變導電裝置之導電性的動態範圍，所述印刷電路板被配置藉由多於兩個的訊號狀態在所述可變導電裝置上執行數位通訊。
  76. 一種包括如請求項45所述之可變導電裝置之微晶片，由於所述可變導電裝置之導電性的動態範圍，所述微晶片被配置藉由多於兩個的訊號狀態在所述可變導電裝置上執行數位通訊。
  77. 一種用於監測外力之系統，所述系統包括：電源；一個或多個可變壓力感測器，每個可變壓力感測器包括如請求項45或47至67中任一項所述之用於從所述電源接收電力的可變導電裝置；檢測器，用於對來自所述可變導電裝置之可檢測訊號進行檢測，其中所述可檢測訊號根據所述可變導電裝置的導電性而變化；處理器，用於將所述可檢測訊號處理為外力資料，並將所述外力資料發送到用於對所述外力資料進行儲存和分析之資料庫或伺服器；以及輸出設備，由所述處理器控制以回應於所述可檢測訊號或所述經分析之外力資料而傳送輸出。
  78. 一種使用如請求項77所述之系統來監測移動之方法，所述方法包括：當沒有施加到所述可變導電裝置的外力時，確定基線外力值；獲得具有高於所述基線外力值的值之訊號；計算所述所獲得的訊號與所述基線外力值之間的差；對具有大於差閾值的差的一個或多個訊號進行標識；以及基於所述當所述一個或多個訊號具有大於所述差閾值的差時進行的所述標識，向所述輸出設備輸出資訊。
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