本申請要求2015年8月25日提交的名為“BistableCompositeTextileHapticSignalActuator(雙穩(wěn)態(tài)復合紡織品觸覺信號致動器)”的美國臨時專利申請第62/209,792的權益，其公開內容通過全文引用引入本申請。
技術領域：
：本公開涉及觸覺致動器，其包括雙穩(wěn)態(tài)材料，用于向用戶提供觸覺反饋。這種觸覺致動器可用于結構材料中，諸如衣物或配件的元件。
背景技術：
：：電子裝置制造商們致力于為用戶生產(chǎn)豐富的界面。常規(guī)裝置利用視覺和聽覺提示為用戶提供反饋。在一些界面裝置中，動覺反饋(諸如主動力反饋和阻力反饋)和/或觸覺反饋(諸如振動、質地和熱量)也被提供給用戶。觸覺反饋可以提供增強并簡化用戶界面的提示。當針對功耗規(guī)格進行評估時，現(xiàn)有觸覺裝置可能無法為用戶提供可接受類型及水平的觸覺效果，且可能成本過高，生產(chǎn)復雜。因此，需要開發(fā)新材料用于觸覺技術中，以提供各種提供觸覺反饋的方法。過去，主要是電磁電機ERM(偏心轉動質量)、LRA(線性諧振致動器)或SMA(形狀記憶合金)已被用于提供觸覺反饋。由于個人數(shù)據(jù)裝置演進成更小的形狀系數(shù)，當存在預定義條件或閾值時，需要實現(xiàn)這種觸覺效果的功耗以及向用戶信號通知的創(chuàng)新方法。技術實現(xiàn)要素：本文提供了觸覺反饋發(fā)生器，其包括雙穩(wěn)態(tài)材料，用于向用戶提供觸覺反饋，包括作為衣物或配件商品的元件。本文提供的實施例中為觸覺反饋發(fā)生器，其可包括結構材料、配置成處于第一雙穩(wěn)態(tài)配置中且與結構材料相關聯(lián)的雙穩(wěn)態(tài)材料、耦合至雙穩(wěn)態(tài)材料且當激活時使得雙穩(wěn)態(tài)材料從第一雙穩(wěn)態(tài)配置移動至第二雙穩(wěn)態(tài)配置從而產(chǎn)生觸覺反饋的第一致動器，以及一旦接收到第一致動器激活信號就開始激活第一致動器的第一致動器激活信號接收器。還提供了向用戶提供觸覺反饋的方法。在實施例中，這種方法包括：接收來自源的觸覺啟動信號、當從源接收到觸覺啟動信號時激活耦合至雙穩(wěn)態(tài)材料(包括與結構材料相關聯(lián)的雙穩(wěn)態(tài)材料)的第一致動器，以及一旦激活第一致動器就將雙穩(wěn)態(tài)材料從第一雙穩(wěn)態(tài)配置移動至第二雙穩(wěn)態(tài)配置從而向用戶提供觸覺反饋。附圖說明通過以下實施例描述以及附圖中所示，能夠更好地理解本技術的前述以及其它特征和方面。附圖并入本文并作為說明書的一部分，進一步用于說明本技術的原理。附圖中的各部件不必按照比例繪制。圖1A至圖1B示出了根據(jù)本文實施例的觸覺反饋發(fā)生器。圖1C示出了沿C-C截取的圖1A的剖面圖。圖2A至圖2C示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料。圖3A至圖3C示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料。圖4A至圖4B示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料。圖5A至圖5B示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料的變形狀態(tài)。圖6示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料的變形狀態(tài)。圖7示出了根據(jù)本文實施例的觸覺反饋發(fā)生器，具體實施為衣物。圖8示出了根據(jù)本文實施例的觸覺反饋發(fā)生器，具體實施為衣物。圖9A至圖9C示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料的變形狀態(tài)。圖10A至圖10D示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料的變形狀態(tài)。圖11A至圖11D示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料的變形狀態(tài)。圖12A至圖12C示出了根據(jù)本文實施例的作為觸摸板的元件的雙穩(wěn)態(tài)材料。圖13示出了根據(jù)本文實施例的觸摸板。圖14示出了根據(jù)本文實施例的進一步的雙穩(wěn)態(tài)材料。圖15A至圖15B示出了根據(jù)本文實施例的觸摸板。圖16A至圖16D示出了根據(jù)本文實施例的作為鉸鏈的雙穩(wěn)態(tài)材料。圖17示出了根據(jù)本文實施例的三穩(wěn)態(tài)材料的能量曲線圖。圖18示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈。圖19A至圖19C示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈。圖20A至圖20B示出了根據(jù)本文實施例的雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈。具體實施方式通過以下實施例描述以及附圖中所示，能夠更好地理解本技術的前述以及其它特征和方面。附圖并入本文并作為說明書的一部分，進一步用于說明本技術的原理。附圖中的各部件不必按照比例繪制。在實施例中，例如圖1A至圖1B中所示，本文提供了觸覺反饋發(fā)生器100，其能夠向用戶提供觸覺反饋。在示例性實施例中，觸覺反饋發(fā)生器100包括結構材料102、配置成處于第一雙穩(wěn)態(tài)配置且可與結構材料相關聯(lián)的雙穩(wěn)態(tài)材料104(參見圖1A)、耦合至雙穩(wěn)態(tài)材料104且當激活時使得雙穩(wěn)態(tài)材料從第一雙穩(wěn)態(tài)配置(圖1A)移動至第二雙穩(wěn)態(tài)配置(圖1B)從而產(chǎn)生觸覺反饋的致動器106(本文也稱為多個致動器)。在實施例中，觸覺反饋發(fā)生器100還包括致動器激活信號接收器110，其一旦接收到第一致動器激活信號就開始激活致動器106。如本文所使用的，“觸覺反饋”是指諸如振動、質地和/或熱量等信息，其經(jīng)由觸感從如本文所述的結構材料傳遞至用戶。觸覺反饋在本文中也可稱為“觸覺反饋信號”或“觸覺信號”。如本文所使用的，“結構材料”意思是用于構造衣物、個人配件、行李箱等的材料。結構材料的示例包括織物和紡織品，諸如棉、絲、羊毛、尼龍、人造纖維、合成織物、法蘭絨、亞麻布、聚酯、紡織物或這些織物的混合等；皮革；絨面革；諸如箔的柔軟金屬；凱夫拉(Kevlar)等。衣物的示例包括：衣服；鞋類；諸如假肢的假體；諸如帽子和頭盔的帽類；穿在身上的運動裝備；以及諸如護甲、頭盔和其它身體盔甲的保護設備。個人配件包括：眼鏡；領帶和圍巾；皮帶和吊襪帶；諸如手鐲、項鏈和手表(包括表帶和條帶)的珠寶；以及錢包、皮夾、行李標簽等。行李箱包括：手提包、錢包、旅行包、手提箱、背包，包括這些物品的提手等。圖1A和圖1B所示的結構材料102簡化示為僅矩形材料的一部分，雙穩(wěn)態(tài)材料104與其相關聯(lián)。結構材料102根據(jù)需要可為任何形狀、尺寸、配置和柔性，且在圖1A和圖1B中示出僅以說明雙穩(wěn)態(tài)材料104與結構元件相關聯(lián)。可使用各種機構用于將雙穩(wěn)態(tài)材料104關聯(lián)至結構材料102。例如，雙穩(wěn)態(tài)材料104可集成到結構材料102中。在結構材料102的形成期間，諸如在紡織品的編織或縫紉期間等，雙穩(wěn)態(tài)材料104還可部分由結構材料102制成。在另外的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)材料104可固定地附接至結構材料102。在這些實施例中，雙穩(wěn)態(tài)材料104可膠合、膠帶粘合、縫合、粘附、釘合、粘合或以其它方式附接至結構材料102。雙穩(wěn)態(tài)材料104還可集成到各種基底中或基底上，例如，諸如橡膠、硅酮、硅酮彈性體、特氟綸、塑料聚(對苯二甲酸乙二醇酯)等聚合物，其以補片、條帶或帶的形式然后可附接至(例如，粘附或縫合至)結構材料102。這些實施例允許雙穩(wěn)態(tài)材料104輕易地在不止一種結構材料上移除和使用，例如，從一種衣物制品轉移到另一種衣物制品。在另外的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)材料104可包封在封裝材料中，適當?shù)貫榉浪牧匣蚓酆衔?，從而允許諸如在衣物洗滌過程中，或在有可能有水存在的衣物制品的穿著過程中雙穩(wěn)態(tài)材料104與水接觸。用作封裝材料的示例性材料包括各種聚合物，諸如橡膠、硅酮、硅酮彈性體、特氟綸、塑料聚(對苯二甲酸乙二醇酯)等。當借助于很小的力(激活力)進行激活時，雙穩(wěn)態(tài)材料104可被制造成發(fā)生快速變形(突變屈曲)。在實施例中，碳纖維在層中定向(適當?shù)貫樘祭w維嵌入在聚合物基體中)，使得第一層具有處于第一定向的碳纖維，而碳纖維或層以第二定向嵌入在第二層中(適當?shù)貫樵诘诙酆衔锘w中)，第二定向與第一層中的碳纖維的方向約成90°(例如，交叉定向)，以實現(xiàn)各向異性結構。各向異性結構以及制造過程中引入材料的殘余應力使得最終的兩層為復合的、雙穩(wěn)態(tài)的。如本文所使用的，“雙穩(wěn)態(tài)”和“雙穩(wěn)態(tài)材料”是指以兩者不同穩(wěn)態(tài)配置(本文也稱為雙穩(wěn)態(tài)配置)存在的材料的性質，其中每種配置處于能量拐點之間的最小能量處。參見圖2A至圖2B，圖2A示出了第一穩(wěn)態(tài)配置，圖2B示出了第二穩(wěn)態(tài)配置。雙穩(wěn)態(tài)材料和結構可由金屬(例如，鈹青銅)、聚合物復合材料(碳纖維、纖維玻璃等)以及形狀記憶聚合物(SMP)制成。雙穩(wěn)態(tài)材料適當?shù)卮鎯堄鄳?，其施加到在制造過程中如此制備的雙穩(wěn)態(tài)結構的每一層。例如，復合材料陣列/層設計成使得沿第一軸(參見圖2B和圖2C的Y軸202)的層的機械性質不同于沿垂直于第一軸/層的第二軸(參見圖2A和圖2C的X軸204)的第二層的機械性質。雙穩(wěn)態(tài)材料中的兩個層然后定向成使得具有不同機械性質的層的軸以垂直定向(例如，0和90度、-45和45度、-60和30度等)進行定向。在實施例中，雙穩(wěn)態(tài)材料104最初模制成繞雙穩(wěn)態(tài)材料104的第一軸204(例如，X軸)的彎曲配置，諸如在圖2A中。在由致動器106激活之后，雙穩(wěn)態(tài)材料104移動至繞雙穩(wěn)態(tài)材料104的第二軸202(例如，Y軸)的第二彎曲配置，諸如在圖2B中。如本文所述，雙穩(wěn)態(tài)材料104可包括兩個聚合物層，參見例如圖1C，其示出了穿過雙穩(wěn)態(tài)材料104的剖面圖。每一層(例如，圖1C的150、160)適當?shù)貫閱屋S定向且粘合至另一層，其中兩個聚合物層之一的單軸定向與兩個聚合物層之中另一個層的單軸定向成90°。示例性致動器(106)也可描述成雙穩(wěn)態(tài)材料致動器，其包括各種熱源以及形狀記憶材料合金(SMA)和宏觀纖維復合材料(MFC)，其耦合至雙穩(wěn)態(tài)材料104。將致動器106耦合至雙穩(wěn)態(tài)材料104的方法包括使用各種粘合劑和膠、諸如訂書釘或圖釘?shù)臋C械機構、焊接、共熔等。宏觀纖維復合材料由夾在粘合劑、電極和聚酰亞胺薄膜的層之間的矩形壓電陶瓷桿構成。電極以相互交叉模式附接至薄膜，其將所施加的電壓MFC-結構直接傳遞至帶狀桿且從帶狀桿傳遞。該組件允許密封、耐用、即可使用包裝中的平面內極化、致動和感測。作為表面貼合的薄片，它可以應用到(通常為粘合到)各種類型的結構或嵌入到復合結構中，諸如本文所述的雙穩(wěn)態(tài)材料。如果施加電壓，其將彎曲或扭曲材料、抵消振動或產(chǎn)生振動。如果不施加電壓，其可用作非常敏感的應變儀，用于感測變形、噪音和振動。MFC還是一種從振動中獲取能量的優(yōu)良裝置。在另外的實施例中，致動器106為形狀記憶聚合物(SMP)，其允許聚合物編程以改變形狀。SMP從一種配置轉變到第二種配置適當?shù)赝ㄟ^控制SMP相對于其玻璃轉變溫度(Tg)的溫度來控制。通過加熱而將SMP的溫度升至其Tg之上將使得SMP轉變到其第二(記憶或原始)配置，從而使雙穩(wěn)態(tài)材料激活以及從第一配置(例如，圖1A、圖2A)移動或轉變至第二配置(例如，圖1B、圖2B)。示例性形狀記憶聚合物包括各種嵌段共聚物，諸如各種聚(氨酯)、聚(異戊二烯)和聚(醚-酯)。雙穩(wěn)態(tài)材料104適當?shù)亟?jīng)過加工(制備)成使得其幾何形狀和材料性質以一配置定向以實現(xiàn)期望的雙穩(wěn)態(tài)功能。例如，在雙穩(wěn)態(tài)金屬的情況下，金屬的幾何形狀應選擇成在第一配置(例如，圖2A)中在一個方向上產(chǎn)生扭矩(彎曲力矩)，且當材料轉變至第二配置(例如，圖2B)時在不同方向上產(chǎn)生扭矩。如本文所述的，實施例中的雙穩(wěn)態(tài)材料具有沿著兩條不同曲率線的兩種雙穩(wěn)態(tài)配置，一種沿著寬度(例如，軸204)且另一種橫跨寬度(例如，軸202)。這可通過將兩個粘合金屬(作為雙穩(wěn)態(tài)材料)在具有半徑R和曲率角β(如在圖2C中)的預彎曲模具中進行模制來完成。圖3A至圖3C提供了幾何形狀從雙穩(wěn)態(tài)材料104的初始狀態(tài)(圖3A)經(jīng)過(圖3B)至第二配置(圖3C)的轉變過程的圖示。X、Y和Z軸被示出且在附圖中提供了參考定向。圖4A和圖4B示出了雙穩(wěn)態(tài)材料104的初始穩(wěn)態(tài)配置(圖4A)以及在其轉變或激活至第二配置之后的雙穩(wěn)態(tài)材料104的第二(圖4B)穩(wěn)態(tài)配置的另一定向。圖5A和圖5B示出了演示與雙穩(wěn)態(tài)材料的兩個層之間的厚度比相比較的如本文所述的示例性雙穩(wěn)態(tài)材料的曲率的曲線。應注意，不止兩個層可用來制備本文所述的雙穩(wěn)態(tài)材料(例如，3、4、5、6、7、8、9、10個等)，其適當?shù)夭贾靡援a(chǎn)生具有不同性質且彼此垂直布置的兩個不同的材料層。圖6示出了與示例性雙穩(wěn)態(tài)材料從第一初始穩(wěn)定雙穩(wěn)態(tài)配置至第二雙穩(wěn)態(tài)配置的運動相關聯(lián)的力分布。當使用復合材料來制備雙穩(wěn)態(tài)材料104時，可應用模制過程。如本文所述，兩個聚合物基體層內部的纖維應準確對準，即，彼此成90°。作為示例，纖維的定向可在第一和第二層中分別設定為0度和90度。也可使用其它定向，諸如-45度和+45度或-30度和+60度等。在利用SMP的實施例中，聚合物材料適當?shù)厥紫缺患訜嶂疗銽g之上，然后變形至其期望形狀(即，模制)。然后SMP材料淬火至低于Tg的溫度。當SMP材料再次加熱到其Tg之上時，SMP移動至其預設定的(期望或編程的)形狀。產(chǎn)生驅動力以激活(或移動)材料的能量是外部熱源。溫度升高(也稱為熱量或熱能)可以在這些材料中間接地產(chǎn)生，例如，通過使用磁場、磁源、光、電力、電場和超聲源。溫度升高還可通過添加成分/填料至SMP中來實現(xiàn)，該成分/填料對于上述源敏感且可產(chǎn)生熱。SMP形狀改變可配置成可逆，使得無需針對下一致動/形狀改變再次對材料進行編程。典型的示例是液晶聚合物(LCP)，當加熱時其幾何形狀(形狀)以可逆的方式改變。這種液晶聚合物可用作如本文所述的雙穩(wěn)態(tài)材料。當材料被加熱時，其膨脹，且當材料被冷卻時，其收縮，反之亦然。雙穩(wěn)態(tài)材料104還可由第一層中的彼此相鄰的一系列平行線(例如，聚合纖維或金屬纖維或線)以及第二層中的彼此相鄰的與第一平行線的軸成90°方向上的第二系列平行線構成。在示例性實施例中，為雙穩(wěn)態(tài)材料104形式的SMP材料可在制造過程中被引入結構材料102(例如，紡織品)中，例如，以單個纖維的形式，其已小心定向以使得其記憶形狀與紡織品中相鄰纖維的記憶形狀相匹配。當使用SMP時，在將SMP設計幾何形狀配置成使得其適于多種不同結構、結構布置及配置方面有很大的靈活性。雙穩(wěn)態(tài)材料104的激活根據(jù)與所選雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的每個特定配置相關聯(lián)的力機構的性質而發(fā)生變化。形狀記憶材料合金(或形狀記憶合金)(SMA)、宏觀纖維復合材料(MFC)或電磁電機可以適當?shù)赜脕砑せ铍p穩(wěn)態(tài)材料104，其包括雙穩(wěn)態(tài)復合材料或金屬。進一步地，作為示例，可采用熱激活來激活雙穩(wěn)態(tài)材料104(熱應力)。適當?shù)?，致動?06配置成使得雙穩(wěn)態(tài)材料104的移動是可逆的。即，在觸覺反饋通知/接收之后，雙穩(wěn)態(tài)材料104可自動返回至其原始位置或系統(tǒng)配置，或可通過用戶返回至原始系統(tǒng)配置?；谝言诓牧现行纬傻臍堄鄳Γ疚乃龅碾p穩(wěn)態(tài)材料適當?shù)刈冃?。材料準備好變形，通常僅需要很小的激活。適當?shù)兀牧现写嬖谝恍?，但其不足以迫使材料變形。這種雙穩(wěn)態(tài)材料通常能夠節(jié)省能量，或使用較少能量來致動。例如，僅僅施加少許壓力至雙穩(wěn)態(tài)材料，即，來自用戶手指的壓力，材料適當?shù)靥?snap)且產(chǎn)生高加速度和變形。因此，與電磁致動器相比，該致動機構消耗更少功率且沒有噪音。材料可為如本文所述的平、薄、輕的材料。另外，材料可編程或形成為具有特定形狀。例如，如果材料是平的，其可具有條帶狀或其可具有不同配置。雙穩(wěn)態(tài)材料可設計成具有S形。對于雙穩(wěn)態(tài)材料而言，僅需要很小的驅動力來將材料中的應力升至閾值(即，激活能量)以上，使得其可跌至新的低能量狀態(tài)或跳至其其它的穩(wěn)態(tài)配置?？赏ㄟ^將壓電材料或形狀記憶材料附接至雙穩(wěn)態(tài)材料104并激活該壓電或形狀記憶材料來施加這種力。在示例性實施例中，可通過連接機械彈簧來提供雙穩(wěn)態(tài)材料104的可逆性，使得當激活除去時，變形復原(反轉)。機械彈簧機構可用來使得該過程可逆。在進一步的實施例中，雙層材料104可與兩個致動器106(例如，MFC的或壓電元件)相關聯(lián)。在這種實施例中，當一個致動器106激活時，例如在雙穩(wěn)態(tài)材料104的上表面上(參見圖4的402)，雙穩(wěn)態(tài)材料104變形，然后第二致動器106(例如與雙穩(wěn)態(tài)材料104的底表面相關聯(lián)(參見圖4的404))激活且雙穩(wěn)態(tài)材料104返回至其初始狀態(tài)(即，可逆)。雙穩(wěn)態(tài)材料104的機械性質為使得一個層應適當?shù)夭煌诹硪粋€層，且它們的定向應交叉(即，彼此垂直)。在示例性實施例中，聚合雙穩(wěn)態(tài)材料可通過拉伸一個聚合物層使得其在第一(一個)方向(軸)(例如204)上強勁來產(chǎn)生。然后，另外的聚合物層(片)可在與初始層成90°的方向上拉伸。然后兩種聚合材料適當?shù)卦诰哂衅谕实哪＞咧薪Y合在一起(參見圖2C)，且雙層材料104的形狀使用熱壓來設定，從而將材料成形至其初始曲率。這種過程也可用于包括金屬的雙穩(wěn)態(tài)材料。所得的雙穩(wěn)態(tài)材料具有如圖1C所示的剖面，其中第一層150在垂直于第二層160的方向上。在進一步的示例中，纖維加強復合材料(例如，環(huán)氧樹脂或熱塑性塑料)可以用作雙穩(wěn)態(tài)材料104。作為說明性示例，考慮到由于制造，雙穩(wěn)態(tài)材料104的一個層已經(jīng)具有內置于材料的50N(殘余應力)。但該殘余應力不足以將雙穩(wěn)態(tài)材料104從一種穩(wěn)態(tài)配置推動到另一種穩(wěn)態(tài)配置。當從外部添加5N時，材料內的總應力上升至55或60N，然后雙穩(wěn)態(tài)材料移動至另一穩(wěn)態(tài)配置并這樣保持。但是再次地，在第二配置中，雙穩(wěn)態(tài)材料104具有一些殘余應力，且再次地其需要外部力移動回至第一穩(wěn)態(tài)配置，例如通過施加由電機、SMA或MFC產(chǎn)生的驅動力，從而推動材料返回至其第一配置，然而，不需要太多添加的力。在比較雙穩(wěn)態(tài)材料和無源材料中，例如當使用無源材料時，由于無源材料的機械性質，需要施加50或60N以使材料變形。當使用雙穩(wěn)態(tài)材料時，所需能量以及所添加力的量得以節(jié)省和減少，因為在材料內部已經(jīng)有50N殘余應力。因此，例如，僅需要額外的10N來達到將材料組件移動至其其它配置所需的閾值水平。雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)尋求其最低能量狀態(tài)，其是兩種穩(wěn)態(tài)配置之一。本文所述的各種雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)允許從一種穩(wěn)態(tài)配置快速變形至第二穩(wěn)態(tài)配置。在實施例中，這種變形的速度比使用電機或其它機械致動器可完成的速度更快，其中相當大距離范圍內的位移(毫米至厘米)可在幾毫秒內發(fā)生。在本文所述的另外的實施例中，結構材料102可進一步包括耦合至雙穩(wěn)態(tài)材料104的第二(或第三，或第四，或第五等)致動器106，其當激活時使雙穩(wěn)態(tài)材料104從第二雙穩(wěn)態(tài)配置移動至第一雙穩(wěn)態(tài)配置。如本文所述，這種另外的致動器106可用來驅動雙穩(wěn)態(tài)材料的可逆性質。在實施例中，一旦接收到第二致動器激活信號，第二致動器激活信號接收器110就開始激活第二致動器106，結果是從第二配置移動(返回)至第一配置。如本文所述，在實施例中，結構材料102為衣物的一部分，且例如，結構材料可為紡織品、布料等。例如，觸覺反饋發(fā)生器100(即，雙穩(wěn)態(tài)材料104+致動器106(例如，聚合物復合材料+SMA或MFC))可以在男士領帶(參見圖7)或襯衫袖套或衣領(參見圖8)或用戶衣物物品(例如，紡織品)的其它部分中實施，以提供觸覺反饋。例如，包括觸覺反饋發(fā)生器100的領帶可具有沿第一軸704的曲率。當致動器106接收到信號(例如，用戶電話上的呼叫/信息)時，領帶材料中的觸覺反饋發(fā)生器100可沿著軸702向外卷或彎曲，通知穿著者與觸覺信號激活(即，來自電話的信號)相關聯(lián)的條件已經(jīng)發(fā)生。用戶然后可拉直領帶或SMA或MFC以“重置”觸覺反饋發(fā)生器100，使得其配置成再次執(zhí)行功能。當使用SMP時，存在更多激活源的選擇，例如，熱、加熱、光、激光、UV、磁、超聲等，所有這些可用來激活雙穩(wěn)態(tài)材料。在示例性實施例中，紡織品穿著者注意到紡織品一部分(例如，他的領帶)中的快速變形，其中諸如手機的外部裝置已將信號傳遞至致動器激活信號接收器110，然后其根據(jù)用戶對輸入信號進行編程的方式警告用戶(例如，用戶已接收到新的郵件消息)。用戶可在其袖套中(例如，圖8)具有觸覺反饋發(fā)生器100，例如，袖套材料內的一種條帶。在進一步的實施例中，用戶的表帶可結合本文所述的觸覺反饋發(fā)生器100。在這種實施例中，用戶然后可感測到例如表帶的形狀何時從圓形變到卵形，或橢圓形，對用戶手腕提供觸覺反饋。適當?shù)?，本文所述的觸覺反饋涉及形狀改變而非振動。然而，觸覺反饋發(fā)生器100可在振動模式下使用，例如，通過利用兩個(或多個)致動器106在穩(wěn)態(tài)配置之間快速移動雙穩(wěn)態(tài)材料104，產(chǎn)生振動響應。如圖8中所示，結構材料102(例如，在袖口中結合觸覺反饋發(fā)生器100的男士襯衫)由外部信號802(例如，手機或其它信號啟動裝置(電腦、平板電腦、轎車等))致動。在進一步的實施例中，本文提供了向用戶提供觸覺反饋的方法。在實施例中，該方法適當?shù)匕ń邮諄碜栽吹挠|覺啟動信號。當從源接收到觸覺啟動信號時，響應于該觸覺啟動信號，耦合至雙穩(wěn)態(tài)材料(包括與結構材料相關聯(lián)的雙穩(wěn)態(tài)材料)的第一致動器被激活。然后，一旦激活第一致動器，通過將雙穩(wěn)態(tài)材料從第一雙穩(wěn)態(tài)配置移動至第二雙穩(wěn)態(tài)配置而向用戶提供觸覺反饋。如本文所述，適當?shù)?，如果雙穩(wěn)態(tài)材料與結構材料相關聯(lián)，則其可為衣物的一部分。在實施例中，雙穩(wěn)態(tài)材料包括嵌入在聚合物基體中的碳纖維。適當?shù)?，碳纖維包含在至少第一層和第二層中，且第一層和第二層中的碳纖維彼此成約90°定向。在進一步的實施例中，如本文所述，雙穩(wěn)態(tài)材料可包括兩個聚合物層，每個層均已單軸定向且粘合至另一個層，其中兩個聚合物層中之一的單軸定向與兩個聚合物層中另一個的單軸定向成90°。適當?shù)?，雙穩(wěn)態(tài)材料最初模制成沿著雙穩(wěn)態(tài)材料的第一軸的彎曲配置，且其中當由第一致動器激活之后，雙穩(wěn)態(tài)材料移動至沿著雙穩(wěn)態(tài)材料的第二軸的第二彎曲配置。在實施例中，致動器為耦合至雙穩(wěn)態(tài)材料的形狀記憶材料合金(SMA)或宏觀纖維復合材料(MFC)。在另外的實施例中，致動器為熱源。如本文所述，適當?shù)?，致動器配置成使得雙穩(wěn)態(tài)材料的移動是可逆的。圖9A至圖9C示出了包括本文所述的雙穩(wěn)態(tài)材料且具有平行四邊形配置的雙穩(wěn)態(tài)梁900。在實施例中，雙穩(wěn)態(tài)梁包括頂表面，其平行于底表面，其中中點如圖所示固定在一起。圖9A是頂視圖中的第一穩(wěn)態(tài)位置，其中致動力(圖9B)引起偏轉，且結構跳變至圖9C，而無需進一步的致動力。圖10A至圖10D示出了梁或柱(例如，雙穩(wěn)態(tài)梁900)的壓縮(圖10B)使得其轉變至屈曲模式1(圖10C)。屈曲模式具有如圖10D所示的第二配置，其可能不穩(wěn)定。圖11A至圖11D示出了保持在兩個固定點之間的屈曲梁(例如，雙穩(wěn)態(tài)梁900)的切換時序。由于力矩(圖11B中的M)被施加到雙穩(wěn)態(tài)梁900，梁出現(xiàn)變形且發(fā)生向下的運動(圖11C)。隨著運動繼續(xù)且進一步的力矩被施加，圖11D中存在跳變至第二穩(wěn)態(tài)配置。在圖12A至圖12C所示的設計中，雙穩(wěn)態(tài)材料104(例如，為桿或板的形式)使用兩個支柱1204附接至觸摸板1202。雙穩(wěn)態(tài)材料104可使用本文所述的不同激活系統(tǒng)從狀態(tài)A切換至狀態(tài)B。例如，MFC材料可附接至雙穩(wěn)態(tài)片以將其從狀態(tài)A驅動至狀態(tài)B。一個或多個雙穩(wěn)態(tài)桿可嵌入在電活性聚合物(EAP)中。EAP基體施加力到雙穩(wěn)態(tài)桿上，且因此迫使桿從狀態(tài)A移動至狀態(tài)B。雙穩(wěn)態(tài)桿的每一側均可附接至旋轉電機。例如，在兩個圓柱形支柱的端部，雙穩(wěn)態(tài)材料附接/固定至電機的齒輪。作為旋轉的結果(順時針和逆時針)，雙穩(wěn)態(tài)材料104可從一種狀態(tài)移動至另一種狀態(tài)。當雙穩(wěn)態(tài)材料104從一種穩(wěn)定狀態(tài)移動至另一種穩(wěn)定狀態(tài)時，其產(chǎn)生很大的力，該力可傳遞至觸摸板1202。通常，由于雙穩(wěn)態(tài)材料104在短時間內具有很大位移(雙穩(wěn)態(tài))，其顯現(xiàn)出高加速度。一些質量塊也可附接至雙穩(wěn)態(tài)材料104以提高合力。圖13示出了經(jīng)典的激活和抑制系統(tǒng)，其模制在觸摸板M1以及標識為M2的筆記本電腦載體的質量塊的電路之后。這可以提供圖12A至圖12C所示的質量塊元件的驅動力和抑制特性的模型。在進一步的實施例中，還提供了基于雙穩(wěn)態(tài)材料1400的致動器。圖14中示出了一個示例，例如，磁鐵1406可附接至雙穩(wěn)態(tài)材料104。磁鐵1406適當?shù)赜删€圈1404(例如，空心線圈)吸引或排斥，該線圈1404適當?shù)囟ㄎ换蛟O計在殼體1402的底表面上。再次，由于較大位移，產(chǎn)生了很大加速度和力。圖14中所示的基于雙穩(wěn)態(tài)材料1400的致動器可直接實施為諸如觸摸板的任何設計。其可以從它的殼體以與LRA或SRA用在觸覺致動器技術中的類似的方式附接至系統(tǒng)。雙穩(wěn)態(tài)材料104和致動器106也可用來產(chǎn)生可變形表面。例如，通過使用單獨激活的雙穩(wěn)態(tài)材料的部分或塊，從而產(chǎn)生具有相對于其它元件變形或改變的元件的表面。例如，尺寸為毫米數(shù)量級(1mm至10mm至20mm等)的雙穩(wěn)態(tài)材料的部分可用來形成可變形表面。在進一步的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)材料104可直接附接至如圖15A至圖15B所示的觸摸板1202。如果用戶“輕輕地”按壓，雙穩(wěn)態(tài)材料104可用作彈性材料，意味著它變平然后返回至其原始/初始狀態(tài)。在這種情況下，它用作無源彈性材料。例如，用戶僅使用觸摸板1202在物件上點擊。這在感覺上類似于使用鍵盤時的情形，例如當按壓鍵且壓下鍵下面的金屬以及當鍵被釋放時，其返回至其初始狀態(tài)。這在圖15A中示出。換句話說，圖15A所示的觸摸板1202僅向下移動然后返回(無雙穩(wěn)態(tài)動作)。在另一種情形下，例如，用戶想要保持某個物品且在有關觸摸屏應用方面拖動該物品。在這種情況下，用戶輸入較高的力且雙穩(wěn)態(tài)材料104從一種穩(wěn)定狀態(tài)移動至另一種穩(wěn)定狀態(tài)，且保持在第二狀態(tài)。這在圖15B中示出。只要用戶繼續(xù)拖動動作，雙穩(wěn)態(tài)材料104就會保持在該第二穩(wěn)定狀態(tài)中。一旦用戶釋放觸摸，即，停止拖動動作，雙穩(wěn)態(tài)材料104就會再次返回至初始狀態(tài)(圖15A)，在這種情況下，用戶可再次按壓以將雙穩(wěn)態(tài)材料推動至第二狀態(tài)用于進一步的動作。在實施例中，釋放機構可由外部驅動系統(tǒng)執(zhí)行。從圖15A至圖15B，系統(tǒng)適當?shù)卦O計成將用戶接觸用作驅動力且用于釋放機構。適當?shù)兀斢脩粢呀?jīng)完成他們的拖動動作時，致動器設計成從雙穩(wěn)態(tài)材料104下的一位置(例如，1502)致動以推動其到達其原始狀態(tài)。本文所述的各種雙穩(wěn)態(tài)材料，例如形狀記憶聚合物，也可用作鉸鏈。例如，螺紋形材料可由形狀記憶聚合物連接至其它部件，類似于鉸鏈。在實施例中，當形狀記憶聚合物被激活時，彎曲力被激活。這種配置適當?shù)厥拐麄€結構在第一方向上彎曲，然后在先前所述的可逆過程中恢復。在這種實施例中，包括形狀記憶聚合物的雙穩(wěn)態(tài)材料可用作柔性鉸鏈。當激活時，其變形至例如90°的角度，且當過程反轉時，形狀記憶聚合物的形狀可為平的。雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈1602的示例在圖16A至圖16D中示出。觸摸板1202經(jīng)由支柱1604適當?shù)匕惭b在雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈1602或條帶(也可以是多穩(wěn)態(tài)，即，具有兩個或多個穩(wěn)態(tài)配置)上。鉸鏈可具有兩個或多個穩(wěn)態(tài)配置且可適當?shù)貫檩d體1606的一部分。觸覺反饋可適當?shù)卦诜钦駝踊蛘駝幽Ｊ街型ㄟ^雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈1602提供至用戶。例如，當用戶接觸觸摸板1202時，雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈1602被強制成為其向上或向下穩(wěn)定(雙穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)配置之一)位置然后返回至它們的原始狀態(tài)(參見圖16B)，而不會延遲許久(幾毫秒)，從而提供“點擊”或其它觸覺反饋(信號)效果。圖16C和圖16D示出了附接至雙穩(wěn)態(tài)鉸鏈1602的端部的支柱1604(諸如圖16B中所示)的放大視圖。雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈1602適當?shù)馗浇又凛d體板1606的頂部，允許運動且延伸進空腔(參見圖16C)中。雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈1602可固定地或通過一些可輕易機械旋轉裝置附接至支柱1604，且支柱1604然后向下或向上驅動鉸鏈的端部(如圖16C和圖16D所示)，使得可存在垂直改變Δ。圖17示出了三穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)1702的機構位移與勢能之間的關系圖。構造三穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的一種方法是使用雙穩(wěn)態(tài)材料鉸鏈1602，如圖18和圖19A至圖19C所示。當如圖19A至圖19C所示那樣層疊在一起時，當鉸鏈端部如圖19A所示向下降時、當其如圖19B所示近乎平坦時，以及當其如圖19C所示上升時，該鉸鏈端部可以是穩(wěn)定的。在進一步的實施例中，本文所述的雙穩(wěn)態(tài)材料可在電話殼體2002中實施。例如，圖20A和圖20B示出了移動電話殼體一部分(頂部或底部)側的典型示例。當用戶接收到電話/信息時，電話殼體202中的雙穩(wěn)態(tài)材料被激活且改變形狀。在如圖20A和圖20B中所示的配置中，從20A至20B，這一情況發(fā)生(改變形狀)。例如，用戶可以將電話放在桌子上(遠離用戶的手)然后注意到電話殼體形狀發(fā)生了改變。因此，用戶知道已經(jīng)接收到了某些東西(電話呼叫、信息、郵件等)。另一種情況是：當用戶的電話在口袋里時，可以注意到由于改變電話殼體已經(jīng)對他的身體產(chǎn)生了力(觸覺信號)。結果，通知了用戶有新的活動(電話呼叫、信息、郵件等)。本文具體示出和/或描述了幾種實施例。然而，應當理解的是，在不背離本發(fā)明的精神的預期范圍內，所公開實施例的修改和變型由上述教導所涵蓋且在所附權利要求的范圍內。當前第1頁1 2 3 當前第1頁1 2 3