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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6987970
(24)【登録日】2021年12月3日
(45)【発行日】2022年1月5日
(54)【発明の名称】流体スイッチデバイス
(51)【国際特許分類】
F16K 99/00 20060101AFI20211220BHJP
【ＦＩ】
F16K99/00
【請求項の数】24
【全頁数】47
(21)【出願番号】特願2020-509074(P2020-509074)
(86)(22)【出願日】2017年9月18日
(65)【公表番号】特表2020-531760(P2020-531760A)
(43)【公表日】2020年11月5日
(86)【国際出願番号】US2017052048
(87)【国際公開番号】WO2019040088
(87)【国際公開日】20190228
【審査請求日】2020年6月24日
(31)【優先権主張番号】15/683,937
(32)【優先日】2017年8月23日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】515046968
【氏名又は名称】フェイスブック・テクノロジーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＦＡＣＥＢＯＯＫ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110002974
【氏名又は名称】特許業務法人Ｗｏｒｌｄ ＩＰ
(72)【発明者】
【氏名】ケラー， ショーン ジェイソン
(72)【発明者】
【氏名】リンゼイ， ジャック
(72)【発明者】
【氏名】ターキルマズ， セロル
(72)【発明者】
【氏名】ルチアン， ジョン マイケル
(72)【発明者】
【氏名】トゥルトゥナ， トリスタン トーマス
(72)【発明者】
【氏名】スタンレー， アンドリュー アーサー
【審査官】
橋本 敏行
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１６／００６６１５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００６−２３３９８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１７−５０６７２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０３８６９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５７−１１０８７４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ１６Ｋ ７／００−７／２０
１３／００−１３／１０
２５／００−２５／０４
２９／００−２９／０２
３３／００
９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、前記ソースは、流体が前記チャネルに入る入力部であり、前記ドレインは前記チャネル内の前記流体の出力部である、チャネルと、
ゲート内の流体圧力に応じて前記ソースと前記ドレインの間の流体流の速度を制御する、障害物の形態のゲートであって、前記障害物は、前記ゲートの低圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第１の流速を誘導し、前記ゲートの高圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第２の流速を誘導するように構成されている、ゲートと、
を備える流体デバイスであって、
前記ゲートが、前記低圧状態における第１の形状と、前記高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含み、
前記非伸張性要素は、該非伸張性要素が可撓性であるものの非伸張性となるような材料から作られており、かつ前記非伸張性要素は、該非伸張性要素内の流体圧力が増加したときに第１の方向に拡大し第２の方向に縮小することにより、前記障害物が前記チャネル内へと突出する距離が短くなり、
前記複数の非伸張性要素は、
前記低圧状態において前記第１の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第１の流速に合わせるように前記障害物が前記チャネルの中に突出し、
前記高圧状態において前記第２の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第２の流速に合わせるように前記障害物が前記チャネルの中により少なく突出する
ように構成され、
前記第１の流速は前記第２の流速よりも遅い、流体デバイス。
ゲート内の流体圧力に応じて前記ソースと前記ドレインの間の流体流の速度を制御する、障害物の形態のゲートであって、前記障害物は、前記ゲートの低圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第１の流速を誘導し、前記ゲートの高圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第２の流速を誘導するように構成されている、ゲートと、
を備える流体デバイスであって、
前記ゲートが、前記低圧状態における第１の形状と、前記高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含み、
前記非伸張性要素は、該非伸張性要素が可撓性であるものの非伸張性となるような材料から作られており、かつ前記非伸張性要素は、該非伸張性要素内の流体圧力が増加したときに第１の方向に拡大し第２の方向に縮小することにより、前記障害物が前記チャネル内へと突出する距離が短くなり、
前記複数の非伸張性要素は、
前記低圧状態において前記第１の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第１の流速に合わせるように前記障害物が前記チャネルの中に突出し、
前記高圧状態において前記第２の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第２の流速に合わせるように前記障害物が前記チャネルの中により少なく突出する
ように構成され、
前記第１の流速は前記第２の流速よりも遅い、流体デバイス。
【請求項2】
前記ゲートが、前記チャネルを少なくとも部分的に阻止するブロックを含み、前記複数の非伸張性要素が、前記ブロックに結合されているカーリングアクチュエータに取り付けられ、前記カーリングアクチュエータが、前記ゲート内の前記流体圧力に一部基づいて前記チャネル内の前記ブロックの場所を調整する、請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項3】
前記障害物がＴブロックであって、該Ｔブロックは、
少なくとも部分的に前記チャネルの中に突出するバリア部と、
前記チャネルの外側に位置し、１つまたは複数のゲートアクチュエータと相互作用するように構成されているアクチュエータ部と
を備え、前記流体圧力が、前記１つまたは複数のゲートアクチュエータにより前記Ｔブロックの前記アクチュエータ部に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記バリア部とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項１に記載の流体デバイス。
少なくとも部分的に前記チャネルの中に突出するバリア部と、
前記チャネルの外側に位置し、１つまたは複数のゲートアクチュエータと相互作用するように構成されているアクチュエータ部と
を備え、前記流体圧力が、前記１つまたは複数のゲートアクチュエータにより前記Ｔブロックの前記アクチュエータ部に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記バリア部とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項4】
前記障害物が、前記チャネル内で前記ソースと前記ドレインの間に位置するバックル壁であり、前記バックル壁が前記チャネル内で前記ゲート内の前記流体圧力によって湾曲するように構成されており、前記バックル壁が、前記ゲートの前記低圧状態において前記ソースから前記ドレインへの流体流を実質的に阻止し、前記ゲートの前記高圧状態においては、前記バックル壁が前記チャネル内で湾曲して前記ドレインが前記ソースから直接流れる流体に曝される、請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項5】
前記障害物が、
インターフェース部に剛直に結合されている弁部を備えるエリア弁であり、前記弁部が、前記ゲートによって前記インターフェース部に印加される圧力に応じて、前記ソースと前記ドレインの間の流体流を増分的に増加させる、請求項１に記載の流体デバイス。
インターフェース部に剛直に結合されている弁部を備えるエリア弁であり、前記弁部が、前記ゲートによって前記インターフェース部に印加される圧力に応じて、前記ソースと前記ドレインの間の流体流を増分的に増加させる、請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項6】
前記チャネルからのそれぞれの分枝である複数のローブをさらに備え、前記チャネルからの流体は、前記ローブのまわりを流れた後に、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の方向とは少なくとも一部反対の方向で前記チャネルに再び入り、前記ゲートが前記複数のローブのそれぞれの中の流体流を制御する、請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項7】
前記障害物が、前記チャネルの中に少なくとも部分的に突出する予負荷弁であり、前記流体圧力が、前記ゲートにより前記予負荷弁に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記予負荷弁とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項8】
第１の圧力で流体を輸送する高圧レールと、
前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力で流体を輸送する低圧レールと、
前記高圧レールおよび前記低圧レールに結合された流体デバイスと
を備える複合流体デバイスであって、前記流体デバイスが、
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、前記ソースは、流体が前記チャネルに入る入力部であり、前記ドレインは前記チャネル内の前記流体の出力部である、チャネルと、
ゲート内の流体圧力に応じて前記ソースと前記ドレインの間の流体流の速度を制御する、障害物の形態のゲートであって、前記障害物は、前記ゲートの低圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第１の流速を誘導し、前記ゲートの高圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第２の流速を誘導するように構成されている、ゲートと
を備え、
前記ゲートが、前記低圧状態における第１の形状と、前記高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含み、
前記非伸張性要素は、該非伸張性要素が可撓性であるものの非伸張性となるような材料から作られており、かつ前記非伸張性要素は、該非伸張性要素内の流体圧力が増加したときに第１の方向に拡大し第２の方向に縮小することにより、前記障害物が前記チャネル内へと突出する距離が短くなり、
前記複数の非伸張性要素は、
前記低圧状態において前記第１の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第１の流速に合わせるように前記障害物が前記チャネルの中に突出し、
前記高圧状態において前記第２の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第２の流速に合わせるように前記障害物が前記チャネルの中により少なく突出する
ように構成され、
前記第１の流速は前記第２の流速よりも遅い、複合流体デバイス。
前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力で流体を輸送する低圧レールと、
前記高圧レールおよび前記低圧レールに結合された流体デバイスと
を備える複合流体デバイスであって、前記流体デバイスが、
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、前記ソースは、流体が前記チャネルに入る入力部であり、前記ドレインは前記チャネル内の前記流体の出力部である、チャネルと、
ゲート内の流体圧力に応じて前記ソースと前記ドレインの間の流体流の速度を制御する、障害物の形態のゲートであって、前記障害物は、前記ゲートの低圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第１の流速を誘導し、前記ゲートの高圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第２の流速を誘導するように構成されている、ゲートと
を備え、
前記ゲートが、前記低圧状態における第１の形状と、前記高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含み、
前記非伸張性要素は、該非伸張性要素が可撓性であるものの非伸張性となるような材料から作られており、かつ前記非伸張性要素は、該非伸張性要素内の流体圧力が増加したときに第１の方向に拡大し第２の方向に縮小することにより、前記障害物が前記チャネル内へと突出する距離が短くなり、
前記複数の非伸張性要素は、
前記低圧状態において前記第１の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第１の流速に合わせるように前記障害物が前記チャネルの中に突出し、
前記高圧状態において前記第２の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第２の流速に合わせるように前記障害物が前記チャネルの中により少なく突出する
ように構成され、
前記第１の流速は前記第２の流速よりも遅い、複合流体デバイス。
【請求項9】
前記ゲートが、前記チャネルを少なくとも部分的に阻止するブロックを含み、前記複数の非伸張性要素が、前記ブロックに結合されているカーリングアクチュエータに取り付けられ、前記カーリングアクチュエータが、前記ゲート内の前記流体圧力に一部基づいて前記チャネル内の前記ブロックの場所を調整する、請求項８に記載の複合流体デバイス。
【請求項10】
前記障害物がＴブロックであって、該Ｔブロックは、
少なくとも部分的に前記チャネルの中に突出するバリア部と、
前記チャネルの外側に位置し、１つまたは複数のゲートアクチュエータと相互作用するように構成されているアクチュエータ部と
を備え、前記流体圧力が、前記１つまたは複数のゲートアクチュエータにより前記Ｔブロックの前記アクチュエータ部に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記バリア部とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項８に記載の複合流体デバイス。
少なくとも部分的に前記チャネルの中に突出するバリア部と、
前記チャネルの外側に位置し、１つまたは複数のゲートアクチュエータと相互作用するように構成されているアクチュエータ部と
を備え、前記流体圧力が、前記１つまたは複数のゲートアクチュエータにより前記Ｔブロックの前記アクチュエータ部に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記バリア部とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項８に記載の複合流体デバイス。
【請求項11】
前記障害物が、前記チャネル内で前記ソースと前記ドレインの間に位置するバックル壁であり、前記バックル壁が前記チャネル内で前記ゲート内の流体圧力によって湾曲するように構成されており、前記バックル壁が、前記ゲートの前記低圧状態において前記ソースから前記ドレインへの流体流を実質的に阻止し、前記ゲートの前記高圧状態においては、前記バックル壁が前記チャネル内で湾曲して前記ドレインが前記ソースから直接流れる流体に曝される、請求項８に記載の複合流体デバイス。
【請求項12】
前記障害物が、インターフェース部に剛直に結合されている弁部を備えるエリア弁であり、前記弁部が、前記ゲートによって前記インターフェース部に印加される圧力に応じて、前記ソースと前記ドレインの間の流体流を増分的に増加させる、請求項８に記載の複合流体デバイス。
【請求項13】
前記チャネルからのそれぞれの分枝である複数のローブをさらに備え、前記チャネルからの流体は、前記ローブのまわりを流れた後に、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の方向とは少なくとも一部反対の方向で前記チャネルに再び入り、前記ゲートが前記複数のローブのそれぞれの中の流体流を制御する、請求項８に記載の複合流体デバイス。
【請求項14】
前記障害物が、前記チャネルの中に少なくとも部分的に突出する予負荷弁であり、前記流体圧力が、前記ゲートにより前記予負荷弁に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記予負荷弁とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項８に記載の複合流体デバイス。
【請求項15】
前記流体が液体である、請求項８に記載の複合流体デバイス。
【請求項16】
少なくとも１つのチャンバで構成されているゲートであって、その容積が前記チャンバ内の流体圧力によって拡大して前記チャンバの容積を増加させ、前記ゲートの高圧状態が第１のチャンバサイズに対応し、前記ゲートの低圧状態が前記第１のチャンバサイズよりも小さい第２のチャンバサイズに対応する、ゲートと、
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、前記ソースは、流体が前記チャネルに入る入力部であり、前記ドレインは前記チャネル内の前記流体の出力部である、チャネルと、
前記ゲート内の前記流体圧力に応じて前記ソースと前記ドレインの間の流体流の速度を制御する障害物であって、前記ゲートの前記低圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第１の流速を誘導し、前記ゲートの前記高圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第２の流速を誘導するように構成された障害物と
を備える流体デバイスであって、
前記障害物が前記ゲートであり、前記ゲートが、前記低圧状態における第１の形状と、前記高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含み、前記低圧状態において、前記複数の非伸張性要素が前記第１の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第１の流速に合わせるように前記ゲートが前記チャネルの中に突出し、前記高圧状態において、前記複数の非伸張性要素が前記第２の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第２の流速に合わせるように前記ゲートが前記チャネルの中により少なく突出し、前記第１の流速が前記第２の流速より小さい、流体デバイス。
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、前記ソースは、流体が前記チャネルに入る入力部であり、前記ドレインは前記チャネル内の前記流体の出力部である、チャネルと、
前記ゲート内の前記流体圧力に応じて前記ソースと前記ドレインの間の流体流の速度を制御する障害物であって、前記ゲートの前記低圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第１の流速を誘導し、前記ゲートの前記高圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第２の流速を誘導するように構成された障害物と
を備える流体デバイスであって、
前記障害物が前記ゲートであり、前記ゲートが、前記低圧状態における第１の形状と、前記高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含み、前記低圧状態において、前記複数の非伸張性要素が前記第１の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第１の流速に合わせるように前記ゲートが前記チャネルの中に突出し、前記高圧状態において、前記複数の非伸張性要素が前記第２の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第２の流速に合わせるように前記ゲートが前記チャネルの中により少なく突出し、前記第１の流速が前記第２の流速より小さい、流体デバイス。
【請求項17】
第１の圧力で流体を輸送する高圧レールと、
前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力で流体を輸送する低圧レールと、
前記高圧レールおよび前記低圧レールに結合された流体デバイスと
を備える複合流体デバイスであって、
前記流体デバイスが、
少なくとも１つのチャンバで構成されているゲートであって、その容積が前記チャンバ内の流体圧力によって拡大して前記チャンバの容積を増加させ、前記ゲートの高圧状態が第１のチャンバサイズに対応し、前記ゲートの低圧状態が前記第１のチャンバサイズよりも小さい第２のチャンバサイズに対応する、ゲートと、
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、前記ソースは、流体が前記チャネルに入る入力部であり、前記ドレインは前記チャネル内の前記流体の出力部である、チャネルと、
前記ゲート内の前記流体圧力に応じて前記ソースと前記ドレインの間の流体流の速度を制御する障害物であって、前記ゲートの前記低圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第１の流速を誘導し、前記ゲートの前記高圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第２の流速を誘導するように構成された障害物と
を備え、
前記障害物が前記ゲートであり、前記ゲートが、前記低圧状態における第１の形状と、前記高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含み、前記低圧状態において、前記複数の非伸張性要素が前記第１の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第１の流速に合わせるように前記ゲートが前記チャネルの中に突出し、前記高圧状態において、前記複数の非伸張性要素が前記第２の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第２の流速に合わせるように前記ゲートが前記チャネルの中により少なく突出し、前記第１の流速が前記第２の流速より小さい、複合流体デバイス。
前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力で流体を輸送する低圧レールと、
前記高圧レールおよび前記低圧レールに結合された流体デバイスと
を備える複合流体デバイスであって、
前記流体デバイスが、
少なくとも１つのチャンバで構成されているゲートであって、その容積が前記チャンバ内の流体圧力によって拡大して前記チャンバの容積を増加させ、前記ゲートの高圧状態が第１のチャンバサイズに対応し、前記ゲートの低圧状態が前記第１のチャンバサイズよりも小さい第２のチャンバサイズに対応する、ゲートと、
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、前記ソースは、流体が前記チャネルに入る入力部であり、前記ドレインは前記チャネル内の前記流体の出力部である、チャネルと、
前記ゲート内の前記流体圧力に応じて前記ソースと前記ドレインの間の流体流の速度を制御する障害物であって、前記ゲートの前記低圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第１の流速を誘導し、前記ゲートの前記高圧状態に応じて前記チャネル内の前記流体の第２の流速を誘導するように構成された障害物と
を備え、
前記障害物が前記ゲートであり、前記ゲートが、前記低圧状態における第１の形状と、前記高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含み、前記低圧状態において、前記複数の非伸張性要素が前記第１の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第１の流速に合わせるように前記ゲートが前記チャネルの中に突出し、前記高圧状態において、前記複数の非伸張性要素が前記第２の形状を取ることで、前記チャネル内の流体流を前記第２の流速に合わせるように前記ゲートが前記チャネルの中により少なく突出し、前記第１の流速が前記第２の流速より小さい、複合流体デバイス。
【請求項18】
前記ゲートが、前記チャネルを少なくとも部分的に阻止するブロックを含み、前記複数の非伸張性要素が、前記ブロックに結合されているカーリングアクチュエータに取り付けられ、前記カーリングアクチュエータが、前記ゲート内の前記流体圧力に一部基づいて前記チャネル内の前記ブロックの場所を調整する、請求項１６または１７に記載の流体デバイス。
【請求項19】
前記障害物がＴブロックを含み、
少なくとも部分的に前記チャネルの中に突出するバリア部と、
前記チャネルの外側に位置し、１つまたは複数のゲートアクチュエータと相互作用するように構成されているアクチュエータ部と
を備え、前記流体圧力が、前記１つまたは複数のゲートアクチュエータにより前記Ｔブロックの前記アクチュエータ部に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記バリア部とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項１６または１７に記載の流体デバイス。
少なくとも部分的に前記チャネルの中に突出するバリア部と、
前記チャネルの外側に位置し、１つまたは複数のゲートアクチュエータと相互作用するように構成されているアクチュエータ部と
を備え、前記流体圧力が、前記１つまたは複数のゲートアクチュエータにより前記Ｔブロックの前記アクチュエータ部に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記バリア部とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項１６または１７に記載の流体デバイス。
【請求項20】
前記障害物が、前記チャネル内で前記ソースと前記ドレインの間に位置するバックル壁を含み、前記バックル壁が前記チャネル内で前記ゲート内の前記流体圧力によって湾曲するように構成されており、前記バックル壁が、前記ゲートの前記低圧状態において前記ソースから前記ドレインへの流体流を実質的に阻止し、前記ゲートの前記高圧状態においては、前記バックル壁が前記チャネル内で湾曲して前記ドレインが前記ソースから直接流れる流体に曝される、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の流体デバイス。
【請求項21】
前記障害物が、
インターフェース部に剛直に結合されている弁部を備えるエリア弁を含み、前記弁部が、前記ゲートによって前記インターフェース部に印加される圧力に応じて、前記ソースと前記ドレインの間の流体流を増分的に増加させる、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の流体デバイス。
インターフェース部に剛直に結合されている弁部を備えるエリア弁を含み、前記弁部が、前記ゲートによって前記インターフェース部に印加される圧力に応じて、前記ソースと前記ドレインの間の流体流を増分的に増加させる、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の流体デバイス。
【請求項22】
前記チャネルからのそれぞれの分枝である複数のローブをさらに備え、前記チャネルからの流体は、前記ローブのまわりを流れた後に、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の方向とは少なくとも一部反対の方向で前記チャネルに再び入り、前記ゲートが前記複数のローブのそれぞれの中の流体流を制御する、請求項１６から２１のいずれか一項に記載の流体デバイス。
【請求項23】
前記障害物が、前記チャネルの中に少なくとも部分的に突出する予負荷弁を含み、前記流体圧力が、前記ゲートにより前記予負荷弁に加えられた圧力を制御し、前記加えられた圧力が、前記ソースと前記ドレインの間の流体流の前記速度を、前記予負荷弁とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御する、請求項１６から２２のいずれか一項に記載の流体デバイス。
【請求項24】
前記流体が液体である、請求項１６から２３のいずれか一項に記載の流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は一般に、ヘッドマウント表示装置（ＨＭＤ）用の流体デバイスに関し、より詳細には、仮想現実システム、拡張現実システム、および／または複合現実システムに使用するための流体スイッチデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
仮想現実（ＶＲ）は、コンピュータ技術によって作り出されるシミュレーション環境であり、ＶＲシステムなどによってユーザに提示される。一部のＶＲシステムでは、ウェアラブルデバイス（たとえば、グローブ）により、ユーザが仮想オブジェクトと対話できるようになる。このようなウェアラブルデバイスの回路構成は複雑になり、かさばり、場合によっては重くなることがある。その結果、従来のウェアラブルデバイスは、ＶＲシステムとのユーザの体験を損ねることがある。
【発明の概要】
【0003】
開示された本発明の諸実施形態は、ＶＲシステム、拡張現実（ＡＲ）システム、および／または複合現実（ＭＲ）システムに使用される流体デバイスを含む。流体デバイスは、電子デバイス（たとえば、電気トランジスタ、電気ダイオード、抵抗、コンデンサなど）と同様に機能する流体処理デバイスである。たとえば、流体デバイスは、流体トランジスタとして動作するように設計することができる。加えて、流体デバイスは構成可能であり、これは、複数の流体デバイスを結合して複合流体デバイス（たとえば、デコーダ）を形成できることを意味する。いくつかの実施形態では、流体デバイスの群が結合して、ＶＲシステムのウェアラブルデバイス（たとえば、触覚グローブ）上の触覚装置のコントローラとして機能する。
【0004】
流体デバイスは一般に、入力部（たとえば、ソース）および出力部（たとえば、ドレイン）を含むチャネルを含む。チャネルは、流体（たとえば、液体または気体）を入力部から出力部へ導く。流体デバイスはまた、チャネル内の流体の流れに影響を及ぼすゲートを含む。たとえば、いくつかの実施形態では、閾値ゲート圧力に達すると（すなわち、高圧状態）、ゲートはチャネル内の流体流を制限することができる。代替実施形態では、チャネル内の流れは、ゲートの閾値圧力（すなわち、高圧状態）に達するまで制限される。
【0005】
いくつかの実施形態では、流体デバイスはゲート、チャネル、および障害物を備える。ゲートは少なくとも１つのチャンバを備え、その容積がチャンバ内の流体圧力と共に拡大する。特定の実施形態では、ゲートの高圧状態が第１のチャンバサイズに対応し、ゲートの低圧状態が、第１のチャンバサイズよりも小さい第２のチャンバサイズに対応する。チャネルは、流体をソースからドレインへ輸送するように構成されている。いくつかの実施形態では、ソースはチャネルに入る流体の入力部であり、ドレインはチャネル内の流体の出力部である。障害物は、ゲート内の流体圧力に応じてソースとドレインの間の流体流の速度を制御する。いくつかの実施形態では、障害物は少なくとも、ゲートの低圧状態に応じたチャネル内の流体の第１の流速と、ゲートの高圧状態に応じたチャネル内の流体の第２の流速とを誘導するように構成されている。
【0006】
いくつかの実施形態では、流体デバイスは、チャネル、ゲート、およびチャネル隔壁を備える。チャネルは、流体をソースからドレインまで輸送するように構成されている。いくつかの実施形態では、ソースは流体がチャネルに入る入力部であり、ドレインはチャネル内の流体の出力部である。ゲートは、少なくとも１つのゲート弁、およびゲート膜を備える。ゲート弁は、ソースとゲートの間の流体圧力差を変える。ゲート膜の位置は、ソースとゲートの間の流体圧力差に基づいて変えられる。たとえば、いくつかの実施形態では、小さい流体圧力差がゲート膜の第１の位置に対応し、大きい流体圧力差がゲート膜の第２の位置に対応する。ゲート膜の第２の位置は、ゲート膜の第１の位置よりもチャネル隔壁から遠い。チャネル隔壁は、ゲート膜の位置に応じてソースとドレインの間の流体流の速度を制御する。たとえば、いくつかの実施形態では、チャネル隔壁は、ゲート膜の第１の位置に応じて、多くてもチャネル内の流体の第１の流速と、ゲート膜の第２の位置に応じて、少なくともチャネル内の流体の第２の流速とを誘導するように構成されている。
【0007】
いくつかの実施形態では、流体デバイスは、チャネル、ゲート、および代替路を備える。チャネルは、流体をソースからドレインまで輸送するように構成されている。いくつかの実施形態では、ソースは流体がチャネルに入る第１の入力部であり、ドレインはチャネル内の流体の第１の出力部である。ゲートは流体をチャネル内に輸送するように構成されている。すなわち、ゲートは流体がチャネルに入る第２の入力部である。代替路は、流体をチャネルから外へ輸送するように構成されている。すなわち、代替路はチャネル内の流体の第２の出力部である。代替路はチャネルに対して、ゲートからチャネルに入る流体がソースから進む流体と混ざり合えるように位置付けられている。また、ゲートからチャネルに入る流体の流速により、ドレインへの流体の流速、および代替路へ向かう流体の流速が制御される。
【0008】
いくつかの実施形態では、流体デバイスがチャネルおよびゲートを備える。チャネルは、流体をソースからドレインまで輸送するように構成されている。いくつかの実施形態では、ソースは流体がチャネルに入る入力部であり、ドレインはチャネル内の流体の出力部である。ゲートは、チャネルとゲートの間の流体圧力差によって形態を変える少なくとも１つの膜を備える。いくつかの実施形態では、小さい流体圧力差が膜の第１の形態に対応し、大きい流体圧力差が膜の第２の形態に対応する。さらなる実施形態では、膜の第２の形態は、膜の静止形態に対して膜の第１の形態よりも大きく変形している。いくつかの実施形態では、このような流体デバイスを触覚デバイスに組み込むことができる。
【0009】
１つの実施形態では、ウェアラブルデバイスが、そのデバイスを着用するユーザにＶＲ、ＡＲ、ＭＲ、またはこれらの何らかの組み合わせの体験を提供するためのシステムに実装される。より詳細には、ウェアラブルデバイスは、システムのコンソールからの命令に応答して、ユーザに触覚フィードバックを与える。ウェアラブルデバイスは、少なくとも１つのアクチュエータ、およびコントローラを含む。コントローラは、本明細書に記載された少なくとも１つの流体デバイスを含む複数の流体デバイスから構成される。いくつかの実施形態では、複数の流体デバイスが結合されて１つまたは複数の複合流体デバイスを形成する。たとえば、複合デバイスは、少なくとも１つのアクチュエータをアドレス指定するために使用されるデコーダとすることができる。
【0010】
本発明による諸実施形態は特に、流体デバイスおよび複合流体デバイスを対象とする添付の特許請求の範囲に開示されており、１つの請求項カテゴリ（たとえばシステム、すなわち流体デバイスまたは複合流体デバイス）で述べられているいずれの特徴もまた、別の請求項カテゴリ（たとえば方法、記憶媒体、およびコンピュータプログラム製品）に特許請求され得る。添付の特許請求の範囲の従属または前に戻って参照することは、形式的な理由だけで選ばれている。しかし、先行するいずれかの請求項を意図的に前に戻って参照することにより得られるいずれの主題（特に多数の従属事項）もまた特許請求することができ、それにより、請求項およびその特徴の任意の組み合わせが開示されることになり、添付の特許請求の範囲において選ばれている従属事項にかかわらず特許請求され得る。特許請求できる主題は、添付の特許請求の範囲に詳述された特徴の組み合わせだけでなく、特許請求の範囲の任意の他の特徴の組み合わせも含み、特許請求の範囲に述べられている各特徴を、特許請求の範囲の任意の他の特徴または他の特徴の組み合わせと組み合わせることができる。さらに、本明細書に説明または描写された実施形態および特徴のいずれも、別個の請求項として、および／または本明細書に説明または描写された任意の実施形態もしくは特徴との、または添付の特許請求の範囲の特徴のいずれかとの任意の組み合わせとして、特許請求することができる。
【0011】
本発明による一実施形態では、流体デバイスが、少なくとも１つのチャンバで構成されているゲートであって、その容積がチャンバ内の流体圧力によって拡大してチャンバの容積を増加させ、ゲートの高圧状態が第１のチャンバサイズに対応し、ゲートの低圧状態が、第１のチャンバサイズよりも小さい第２のチャンバサイズに対応する、ゲートと、
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、ソースは、流体がチャネルに入る入力部であり、ドレインはチャネル内の流体の出力部である、チャネルと、
ゲート内の流体圧力に応じてソースとドレインの間の流体流の速度を制御する障害物であって、ゲートの低圧状態に応じてチャネル内の流体の第１の流速を誘導し、ゲートの高圧状態に応じてチャネル内の流体の第２の流速を誘導するように構成された障害物とを備えることができる。
【0012】
障害物はゲートとすることができ、このゲートは、低圧状態における第１の形状と、高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含むことができ、第１の形状と第２の形状の断面の面積は実質的に等しくすることができ、低圧状態において、複数の非伸張性要素が第１の形状を取ってゲートがチャネルの中に、チャネル内の流体流を第１の流速に合わせるように突出することができ、高圧状態において、複数の非伸張性要素が第２の形状を取ってゲートがチャネルの中に、チャネル内の流体流を第２の流速に合わせるようにより少なく突出することができ、第１の流速は第２の流速より小さくすることができる。
【0013】
ゲートは、チャネルを少なくとも部分的に阻止するブロックを含むことができ、複数の非伸張性要素は、ブロックに結合されているカーリングアクチュエータに取り付けることができ、カーリングアクチュエータは、ゲート内の流体圧力に一部基づいてチャネル内のブロックの場所を調整することができる。
【0014】
障害物は、少なくとも部分的にチャネルの中に突出するバリア部と、
チャネルの外側に位置し、１つまたは複数のゲートアクチュエータと相互作用するように構成されているアクチュエータ部とを備えるＴブロックとすることができ、流体圧力は、１つまたは複数のゲートアクチュエータがＴブロックのアクチュエータ部に加えられた圧力を制御し、この加えられた圧力は、ソースとドレインの間の流体流の速度を、バリア部とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御し、第１の流速は第２の流速よりも小さい。
【0015】
障害物は、チャネル内でソースとドレインの間に位置するバックル壁とすることができ、このバックル壁は、チャネル内でゲート内の流体圧力によって湾曲するように構成することができ、またバックル壁は、ゲートの低圧状態においてソースからドレインへの流体流を実質的に阻止することができ、ゲートの高圧状態においては、バックル壁はチャネル内で湾曲してドレインをソースから直接流れる流体に曝すことができ、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0016】
障害物は、インターフェース部に剛直に結合されている弁部を備えるエリア弁とすることができ、弁部は、ゲートによってインターフェース部に印加される圧力に応じて、ソースとドレインの間の流体流を増分的に増加させることができ、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0017】
本発明による一実施形態では、流体デバイスが、チャネルからのそれぞれの分枝である複数のローブを備えることができ、チャネルからの流体は、ローブのまわりを流れた後に、ソースとドレインの間の流体流の方向とは少なくとも一部反対の方向でチャネルに再び入ることができ、ゲートは、複数のローブのそれぞれの中の流体流を制御することができ、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0018】
障害物は、チャネルの中に少なくとも部分的に突出する予負荷弁とすることができ、流体圧力は、ゲートが予負荷弁に加えられた圧力を制御し、この加えられた圧力は、ソースとドレインの間の流体流の速度を、予負荷弁とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御することができ、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0019】
本発明による一実施形態では、流体デバイスが、流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、ソースは、流体がチャネルに入る入力部であり、ドレインはチャネル内の流体の出力部である、チャネルと、
ソースとゲートの間の流体圧力差を変える少なくとも１つのゲート弁で構成されるゲートと、ソースとゲートの間の流体圧力差によって位置が変わるゲート膜とを備えることができ、第１の流体圧力差がゲート膜の第１の位置に対応し、第１の流体圧力差よりも大きい第２の流体圧力差が、ゲート膜の第１の位置よりもチャネル隔壁から遠いゲート膜の第２の位置に対応し、流体デバイスはさらに、
ゲート膜の位置に応じてソースとドレインの間の流体流の速度を制御するチャネル隔壁を備えることができ、このチャネル隔壁は、ゲート膜の第１の位置に応じてチャネル内の流体の第１の流速を誘導し、ゲート膜の第２の位置に応じてチャネル内の流体の第２の流速を誘導するように構成されている。
【0020】
本発明による一実施形態では、流体デバイスが、流体がソースからゲートへ流れるようにするブリード弁を備えることができる。
【0021】
流体デバイスは、第１の圧力で流体を輸送する高圧レールと、
第１の圧力より小さい第２の圧力で流体を輸送する低圧レールと、
少なくとも１つの他の流体デバイスと
を含み得る複合流体デバイスの構成要素とすることができ、流体デバイスは高圧レールおよび低圧レールに結合されている。
【0022】
本発明による一実施形態では、複合流体デバイスは、第１の圧力で流体を輸送する高圧レールと、
第１の圧力よりも小さい第２の圧力で流体を輸送する低圧レールと、
高圧レールおよび低圧レールに結合された流体デバイスと
を備えることができ、この流体デバイスは、
少なくとも１つのチャンバで構成されているゲートであって、その容積がチャンバ内の流体圧力によって拡大してチャンバの容積を増加させ、ゲートの高圧状態が第１のチャンバサイズに対応し、ゲートの低圧状態が、第１のチャンバサイズよりも小さい第２のチャンバサイズに対応する、ゲートと、
流体をソースからドレインへ輸送するように構成されたチャネルであって、ソースは、流体がチャネルに入る入力部であり、ドレインはチャネル内の流体の出力部である、チャネルと、
ゲート内の流体圧力に応じてソースとドレインの間の流体流の速度を制御する障害物であって、ゲートの低圧状態に応じてチャネル内の流体の第１の流速を誘導し、ゲートの高圧状態に応じてチャネル内の流体の第２の流速を誘導するように構成された障害物とを備えることができる。
【0023】
障害物はゲートとすることができ、このゲートは、低圧状態における第１の形状と、高圧状態における第２の形状とを有する複数の非伸張性要素を含むことができ、第１の形状と第２の形状の断面の面積は実質的に等しくすることができ、低圧状態において、複数の非伸張性要素が第１の形状を取ってゲートがチャネルの中に、チャネル内の流体流を第１の流速に合わせるように突出することができ、高圧状態において、複数の非伸張性要素が第２の形状を取ってゲートがチャネルの中に、チャネル内の流体流を第２の流速に合わせるようにより少なく突出することができ、第１の流速は第２の流速より小さくすることができる。
【0024】
ゲートは、チャネルを少なくとも部分的に阻止するブロックを含むことができ、複数の非伸張性要素は、ブロックに結合されているカーリングアクチュエータに取り付けることができ、カーリングアクチュエータは、ゲート内の流体圧力に一部基づいてチャネル内のブロックの場所を調整することができる。
【0025】
障害物はＴブロックとすることができ、このＴブロックは、少なくとも部分的にチャネルの中に突出するバリア部と、
チャネルの外側に位置することができ、１つまたは複数のゲートアクチュエータと相互作用するように構成することができるアクチュエータ部と
を備えることができ、流体圧力は、１つまたは複数のゲートアクチュエータがＴブロックのアクチュエータ部に加えられた圧力を制御し、加えられた圧力は、ソースとドレインの間の流体流の速度を、バリア部とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御し、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0026】
障害物は、チャネル内でソースとドレインの間に位置するバックル壁とすることができ、バックル壁は、チャネル内でゲート内の流体圧力によって湾曲するように構成することができ、またバックル壁は、ゲートの低圧状態においてソースからドレインへの流体流を実質的に阻止することができ、ゲートの高圧状態においては、バックル壁はチャネル内で湾曲してドレインをソースから直接流れる流体に曝すことができ、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0027】
障害物はエリア弁とすることができ、このエリア弁は、インターフェース部に剛直に結合できる弁部を備えることができ、弁部は、ゲートによってインターフェース部に印加される圧力に応じて、ソースとドレインの間の流体流を増分的に増加させることができ、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0028】
本発明による一実施形態では、複合流体デバイスが、チャネルからのそれぞれの分枝である複数のローブを備えることができ、チャネルからの流体は、ローブのまわりを流れた後に、ソースとドレインの間の流体流の方向とは少なくとも一部反対の方向でチャネルに再び入ることができ、ゲートは、複数のローブのそれぞれの中の流体流を制御することができ、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0029】
障害物は、チャネルの中に少なくとも部分的に突出する予負荷弁とすることができ、流体圧力は、ゲートが予負荷弁に加えられた圧力を制御することができ、この加えられた圧力は、ソースとドレインの間の流体流の速度を、予負荷弁とチャネル壁の間の距離を調整することによって制御していてもよく、第１の流速は第２の流速よりも小さくすることができる。
【0030】
流体は、液体とすることができる。
【0031】
流体デバイスは、複合流体デバイスとすることができる。
【0032】
本発明のさらなる実施形態では、１つまたは複数のコンピュータ可読の非一時的記憶媒体が、本発明または上に述べた実施形態のいずれかによるシステムにおいて実行されたときに実施するように動作可能であるソフトウェアを具現化することができる。
【0033】
本発明のさらなる実施形態では、コンピュータで実施される方法により、本発明または上に述べた実施形態のいずれかによるシステムを使用することができる。
【0034】
本発明のさらなる実施形態では、好ましくはコンピュータ可読の非一時的記憶媒体を備えるコンピュータプログラム製品が、本発明または上に述べた実施形態のいずれかによるシステムにおいて使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】一実施形態による、複合流体デバイスの例示的な図である。
【図2】一実施形態による、ＮＯＴ機能を実施するように構成された双対論理ゲートの例示的な図である。
【図3A】一実施形態による、ゲートを含む高流速流体デバイスの、ゲートが高圧状態にある断面図である。
【図4A】一実施形態による、低圧状態のゲートを含む流体デバイスの、ゲートが複数の非伸張性要素を含む断面図である。
【図5A】一実施形態による、低圧状態のゲートを含む流体デバイスの、カーリングアクチュエータに取り付けられた複数の非伸張性要素をゲートが含む断面図である。
【図6A】一実施形態による、低圧状態のゲートを含むジェット偏向増幅流体デバイスの断面図である。
【図7A】一実施形態による、低圧状態のリフトＴゲートを含む流体デバイスの断面図である。
【図8A】一実施形態による、ゲートおよびＮＦＥＴバックル壁を含む流体デバイスの、ゲートが低圧状態にある、ｙ−ｘ平面における側面図である。
【図9A】一実施形態による、ゲートおよびＮＦＥＴピンチチューブチャネルを含む流体デバイスの、ゲートが低圧状態にある断面図である。
【図10A】一実施形態による、ゲートおよびエリア弁を含む流体デバイスの、ゲートが低圧状態にある断面図である。
【図11A】一実施形態による、複数のＮＦＥＴテスラゲートを低圧状態で含む流体デバイスの断面図である。
【図12A】一実施形態による、ゲートおよび予負荷ＮＦＥＴ弁を含む流体デバイスの、ゲートが低圧状態にある断面図である。
【図13A】一実施形態による、ベンチュリゲート１３１０を含む流体デバイスの図である。
【図14】一実施形態による、ヘッドマウントデバイス（ＨＭＤ）システムのブロック図である。
【図15】一実施形態による、仮想オブジェクトと対話するための例示的な触覚グローブの図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
図は、本開示の諸実施形態を単に説明の目的で描写している。当業者には、以下の説明から、本明細書に示された構造および方法の代替実施形態が、本明細書に記載された開示の原理、またはうたわれている利益から逸脱することなく使用され得ることが容易に理解されよう。
【0037】
流体デバイスは、電子デバイス（たとえば、電気トランジスタ、電気ダイオード、抵抗、コンデンサなど）と同様に機能する流体処理デバイスである。微小な流体（たとえば、液体または気体）デバイスが、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、および／または複合現実（ＭＲ）システムに使用される。高レベルにおいて、流体デバイスは、ソースからドレインへのチャネルを通る液体の流れをゲート圧で調整できるように、従来のトランジスタと類似したように機能する。流体デバイスは、たとえば、高流速弁、非伸張性ゲート弁、カーリングアクチュエータ付き非伸張性ゲート弁、ジェット偏向増幅器、リフトＴゲート、ＮＦＥＴバックル壁弁、ＮＦＥＴピンチチューブ弁、ＮＦＥＴ相対エリア弁、ＮＦＥＴテスラ弁、ＮＦＥＴ相対エリア弁、予負荷ＮＦＥＴ弁、およびベンチュリ弁として機能することができる。流体デバイスの様々な実施形態について、以下で図３Ａ〜１３Ｂに関して詳細に論じる。
【0038】
加えて、流体デバイスは、複数の流体デバイスを結合してより大きい構造物を生成できるという点で、「構成可能」である。流体デバイスは、たとえば流体トランジスタとして動作するように設計できるので、多数の流体デバイスを結合して複合デバイスを作り出すことができ、この複合デバイスは、論理機能（たとえば、ＡＮＤゲート）を実施する電気回路を形成するように一緒に使用されるトランジスタと同様に、特定の論理機能を実施する。それゆえに、複合流体デバイスは、たとえば、ＡＮＤ機能、ＮＯＴ機能、ＮＡＮＤ機能、ＯＲ機能、ＮＯＲ機能、排他的ＯＲ機能、何か他の論理機能、またはこれらの何らかの組み合わせを含む、様々な論理機能を実施することができる。その上、多数の複合デバイスを結合して、いっそう大きい流体回路（たとえば、デコーダ、触覚グローブのコントローラなど）を形成することもできる。複合流体デバイスは、組み合わせ論理、順序論理、または両方を実施するように構造化することができ、あるいは値を渡すように構成することができる（たとえば、パストランジスタまたはパスゲート）。
【0039】
図１は、一実施形態による、複合流体デバイス１００の例示的な図である。複合流体デバイス１００は、高圧レール１１０、低圧レール１２０、１つまたは複数の流体デバイス１３０Ａおよび１３０Ｂ、入力インターフェース１４２、および出力インターフェース１４４を含む。図１に示された図１００は、単なる一例であり、図示されていない代替実施形態では、図１００は、追加の／より少数の、または別の流体デバイスを高圧レール１１０と高圧レール１２０の間に含むことがある。同じく、図１００の様々なエンティティは、別の実施形態では異なることがある。
【0040】
高圧レール１１０は、流体を固定圧力で供給する構造物である。この構造物は、この圧力では容易に変形しない材料から作られ、あるいは他の実施形態では、構造物は十分に容量性であるので、変形によりデバイスが故障することがない。たとえば、構造物は、たとえば高ジュロメータポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）および他のポリマーから構成することができる。いくつかの実施形態では、構造物は可撓性とすることができる。構造物は円形断面、長方形断面、または何か他の断面を有することができる。別法として、構造物は剛性または半剛性とすることができる。固定圧力は相対的に一定である。いくつかの実施形態では、高圧レール１１０は、高圧レール１１０内の流体が第１の圧力にあることを確実にするために使用できる加圧流体源、１つもしくは複数のポンプ、または何か他のデバイスに連結される。流体は液体でも気体でもよい。たとえば、流体は水、脱イオン水、アルコール、油、標準的な油圧油、空気、および窒素でよい。高圧レール１１０内の流体の圧力は、電気システムのトランジスタ用のレール電圧と同様であり、そのため、レール電圧が電気回路の他の部分に電位を与えるのとほとんど同じように、流体が高圧レール１１０から低圧力のエリアに向かって流れる。たとえば、高圧レール１１０内の流体の典型的な動作圧力は、１〜１００ＰＳＩ（１平方インチ当たりポンド）とすることができる。
【0041】
低圧レール１２０は、流体を送る別の構造物である。低圧レール１２０は、第１の圧力より低い、かつ一般に複合流体デバイス１００の内部の最低圧力である、第２の圧力で流体を供給する。この構造体は、第１の圧力では変形しない材料から作られる。たとえば、構造体は、たとえば高ジュロメータＰＤＭＳ、および他のポリマーから構成することができる。低圧レール１２０は一般に、低圧レール１２０に結合された複合流体デバイス１００の他の部分からの流体が低圧レール１２０に向かって流れるように、低圧ゾーンとして機能する。低圧レール１２０内の流体の圧力は、電気システムの電気的アースと同様である。たとえば、低圧レール１２０内の流体の圧力は、高真空から１５ＰＳＩの範囲とすることができる。高真空は、たとえば１．４５×１０−５ＰＳＩ以下の絶対圧力でよい。１つの実施形態では、低圧レール圧力値の上限は、高圧レールとの差として定義することができ、この場合の上限は、高レールの絶対圧力値にかかわらず、たとえば高レールの５ＰＳＩ下とすることができる。
【0042】
流体デバイス１３０Ａ、１３０Ｂは、電気システムのトランジスタ、たとえばＰチャネル電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）、またはＮチャネル電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）と同様に機能する流体デバイスである。図１に示されるように、流体デバイス１３０Ａおよび１３０Ｂのそれぞれは、ソース、ドレイン、およびゲートを含む。いくつかの実施形態では、流体が充填されたチャネルがソースとドレインの間にあり、ソース内の流体の圧力はドレイン内の流体の圧力よりも高く、それにより、チャネルが開いているときに、チャネル内の流れがソースからドレインへ流れることができる。１つの実施形態では、ゲートが低圧状態にあるときにチャネルは開いており、ゲートが高圧状態にあるときにチャネルは閉じている。他の実施形態では、ゲートが高圧状態にあるときにチャネルは開状態にあり、ゲートが低圧状態にあるときにチャネルは閉状態にある。
【0043】
チャネルの「開」状態とは、チャネル内の流体が一方の端部（たとえば、ソース）から他方の端部（たとえば、ドレイン）まで、ある開閾値速度で流れている状態を指す。たとえば、開閾値速度は１０ｃｃ／ｓであり得る。本明細書全体を通して用いられる測定値「ｃｃ／ｓ」は、「立方センチメートル／秒」を指す。対照的に、チャネルの「閉」状態とは、チャネル内の流体の流れが、ある閉閾値速度未満のときの状態を指す。いくつかの実施形態では、閉閾値速度はゼロ流量とすることができる。別法として、閉閾値速度は、開閾値速度よりも低い、ある流速とすることができる。たとえば、閉閾値速度は０．１ｃｃ／ｓとすることができる。加えて、チャネルが開状態から閉状態へ、または閉状態から開状態へ移行するときに「移行」状態が生じる。チャネルの「開」状態はまた、流体デバイスの「ＯＮ」状態とも呼ばれ、チャネルの「閉」状態はまた、流体デバイスの「ＯＦＦ」状態とも呼ばれる。
【0044】
本明細書に記載の「高圧」および「低圧」は、流体デバイス構造体、および流体デバイスを充填する流体の圧力によって決まる。一般に、「低圧」とは、ある低圧範囲に入る流体の圧力であり、「高圧」とは、ある高圧範囲に入る流体の圧力である。低圧範囲は「０」と考えることができ、高圧範囲は「１」と考えることができる。それゆえに、流体デバイス１３０Ａ、１３０Ｂは、別々の圧力の流体を使用してデジタル的に動作することができる。その上、流体デバイスの別の構成要素が、別々の高圧範囲および別々の低圧範囲を有することができる。たとえば、ゲートの高圧範囲は、ソースの高圧範囲よりも大幅に低くすることができる。チャネルが開く、または閉じるための応答時間の範囲は、０．１ｍｓから３０ｍｓとすることができる。
【0045】
入力インターフェース１４２は、流体デバイス１３０Ａ、１３０Ｂが入力を受け取ることができるようにするインターフェースである。１つの実施形態では、流体デバイス１３０への入力は、流体デバイスを「ＯＮ」または「ＯＦＦ」状態にできる流体デバイスの特定の部分に印加される、特定の圧力の流体である。１つの例として、入力は、流体デバイス１３０Ａ、１３０Ｂのゲートに印加される、特定の圧力の流体であり得る。類似して、出力インターフェース１４４は、流体デバイス１３０Ａ、１３０が出力を与えることができるようにするインターフェースである。
【0047】
一般に、双対論理ゲートは２つの異なる制御入力を受け取る。２つの異なる制御入力は、相互に排他的である。いくつかの実施形態では、第１の入力は第２の入力と等しくない。双対論理ゲートを使用する１つの利点は、このゲートは１つの弁形を使用できるが、さらに、たとえばＡＮＤ機能、ＮＯＴ機能、ＮＡＮＤ機能、ＯＲ機能、ＮＯＲ機能、排他的ＯＲ機能、何か他の論理機能、またはこれらの何らかの組み合わせを含む、様々な論理機能も実施できることである。たとえば、図２に描写された双対論理ゲートは、「ＮＯＴ」機能を実施する。加えて、多数の弁を使用することによって、複数の低圧入力を容易に組み合わせて、増幅された高圧出力を作り出すことができる。これにより、回路のエネルギー効率が向上する。
【0048】
図２の「ＮＯＴ」機能などの論理ゲートは、トランジスタおよび抵抗などのより大きい回路要素を構築するために使用される基本的な構築ブロックである。使用される論理ゲートの組み合わせおよび順序付けに応じて、異なるトランジスタおよび抵抗を構築することができる。図２に描写された論理ゲートの実施形態では、回路の媒体は電気である。しかし、回路の他の可能な媒体は、任意の種類の流体である。実際、本開示の主題は、流体トランジスタに焦点を当てている。さらなる実施形態では、流体トランジスタはまた、簡単な論理ゲートを使用して構築することもできる。言い換えると、電子トランジスタおよび抵抗を異なる電気論理ゲートの組み合わせを使用して構築できるように、流体トランジスタおよび抵抗もまた、異なる流体論理ゲートの組み合わせを使用して構築することができる。
【0049】
図３Ａは、一実施形態による、ゲート３１０を含む高流速流体デバイス３０５の、ゲート３１０が高圧状態にある断面図である。流体デバイス３０５は、ゲート３１０と、流体をソース３３０から受け取り流体をドレイン３４０へ出力するチャネル３２０とを含む。チャネル３２０は、チャネル３２０を通る流体流を少なくとも部分的に阻止できるチャネル隔壁３４５を含む。ゲート３１０は、ゲート３１０内の流体の入力部および／または出力部として働き、かつゲート３１０とソース３３０の間の圧力差を要求に合わせることができるゲート弁３１５を含む。ゲート３１０はまた、ゲート膜３３５を含む。流体デバイス３０５は、少量の流体が比較的遅い速度でソース３３０からゲート３１０まで進むことができるようにする少なくとも１つのブリード弁３２５を含む。いくつかの実施形態では、流体デバイス３０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース３３０、ドレイン３４０、およびゲート３１０はそれぞれ、電気システムにおける電界効果トランジスタのソース、ドレイン、およびゲートと同様に機能する。
【0050】
チャネル３２０は、ソース３３０およびドレイン３４０と呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル３２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル３２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル３２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル３２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル３２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0051】
チャネル３２０は、チャネル３２０を通る流体流を少なくとも部分的に阻止できるようにソース３３０とドレイン３４０の間に位置付けられているチャネル隔壁３４５を含む。具体的には、チャネル隔壁３４５が図３Ａで分かるようにゲート膜３３５と同じ高さにある場合、ソース３３０からドレイン３４０への流体流が全く阻止される。チャネル隔壁３４５が図３Ｂで分かるようにゲート膜３３５と同じ高さにない場合は、流体がチャネル隔壁３４５のまわりを巡ってドレイン３４０に到達できるので、ソース３３０からドレイン３４０への流体流は部分的にしか妨げられない。チャネル隔壁３４５に対するゲート膜３３５の配置については、より詳細に以下で論じる。
【0052】
ゲート３１０は流体デバイス３０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。ゲート３１０は、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。ゲート３１０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。
【0053】
ゲート３１０は、ゲート弁３１５およびゲート膜３３５を含む。ゲート弁３１５は、ゲート３１０内の流体の出力部として働き、ゲート３１０とソース３３０の間の圧力差を要求に合わせることができる。いくつかの実施形態では、ゲート弁３１５はまた、ゲート３１０への流体の入力部としても働く。図を簡単にするために、ゲート弁３１５の入力部および出力部は図３Ａおよび図３Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、ゲート弁３１５への入力は、何か他の流体デバイスからのものとすることができる。同じく、いくつかの実施形態では、ゲート弁３１５の出力部は他の流体デバイスに結合されてもよい。図３Ａのゲート３１０は、単一のゲート弁を含有する。代替実施形態では、ゲート３１０は複数のゲート弁３１５を含有することがある。さらなる実施形態では、複数のゲート弁３１５のそれぞれが別々の機能を果たす。たとえば、一方のゲート弁３１５が流体の入力部として働くことができ、他方のゲート弁３１５が流体の出力部として働くことができる。図３Ａのゲート弁３１５は円形断面を有し、ゲート３１０の、ゲート膜３３５に隣接する領域に埋設される。代替実施形態では、ゲート弁３１５の断面は、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。ゲート膜３３５は、ゲート３１０とチャネル３２０の間に位置する可撓性材料である。ゲート膜３３５は、その形状を変えることが可能であり、また移動させることが可能である。
【0054】
ゲート膜３３５は、少なくとも１つのブリード弁３２５を含む。ブリード弁３２５は、流体がソース３３０からゲート３１０に流れ込むことを可能にする。ブリード弁３２５を通り抜ける流体の流れにより、ゲート３１０とソース３３０の間の圧力差を少なくとも部分的に要求に合わせることができる。具体的には、ブリード弁３２５は、ソース３３０とゲート３１０の間の圧力を平衡に保つことを可能にする。チャネル３２０に対してゲート弁３１５を小さくすることのトレードオフは、チャネル３２０がもっと遅く開くことになることであり、ゲート弁３１５に対してブリード弁３２５を小さくすることのトレードオフは、チャネル３２０がもっと遅く閉じることになることである。ブリード弁３２５のサイズおよび数量により、流体デバイス３０５の「ＯＦＦ」状態から「ＯＮ」状態への移行を要求に合わせる。具体的に、流体デバイス３０５が「ＯＦＦ」状態から「ＯＮ」状態へ移行するためには、ブリード弁３２５が、次の条件が当てはまるようにサイズ設定される。すなわち、ＥＰ（ｇ（ｏｐｅｎ））×ＳＡ（ｇｍ（ｏｐｅｎ））＜Ｐ（ｓ）×ＳＡ（ｇｍ（ｏｕｔｓｉｄｅ））＋ＤＰ（ｃｌｏｓｅｄ）×ＳＡ（ｇｍ（ｉｎｓｉｄｅ）） （１）
ここで、ＥＰ（ｇ（ｏｐｅｎ））は、ゲート弁３１５が開いた状態のゲート３１０の平衡圧力であり、ＳＡ（ｇｍ（ｏｐｅｎ））はゲート膜３３５の総面積であり、Ｐ（ｓ）はソース３３０の圧力であり、ＳＡ（ｇｍ（ｏｕｔｓｉｄｅ））は、チャネル隔壁３４５の外側のゲート膜３３５の面積であり、ＤＰ（ｃｌｏｓｅｄ）は、閉じているときのドレイン３４０の圧力であり、ＳＡ（ｇｍ（ｉｎｓｉｄｅ））は、チャネル隔壁３４５の内側のゲート膜３３５の面積である。ＥＰ（ｇ（ｏｐｅｎ））は、ゲート弁３１５のサイズとブリード弁３２５のサイズの比に基づいている。ＤＰ（ｃｌｏｓｅｄ）は、ゼロまたはほぼゼロのゲージ圧、すなわち大気圧になっている。
【0055】
ブリード弁３２５のサイズおよび数量によりまた、ソース３３０とゲート３１０の間の圧力が平衡状態になることができる速度、すなわち、流体デバイス３０５が「ＯＦＦ」状態に戻ることができる速度を要求に合わせる。ブリード弁３２５がより多くより大きい流体デバイスは、ブリード弁３２５がより少なくより小さい流体デバイスよりも速く圧力を平衡させること、および「ＯＦＦ」状態にリセットすることが可能である。ブリード弁３２５のサイズおよび数量は、ゲート弁３１５のサイズおよびチャネル３２０のサイズによって決まる。いくつかの実施形態では、ブリード弁３２５の数量は１〜１０個の範囲にあり、各ブリード弁３２５の直径は５μｍから１ｍｍの範囲にある。
【0056】
図３Ａに示された流体デバイス３０５の実施形態では、ゲート弁３１５が閉じられており、ゲート弁３１５を通り抜ける流体流は閾値速度未満である（たとえば、流体流がない）。ソース３３０からの流体は、ブリード弁３２５を通り抜けて進むことが可能である。ゲート弁３１５が閉じており、かつ流体がブリード弁３２５を通り抜けて流れることが可能であるので、ソース３３０の流体の圧力はゲート３１０の流体の圧力と等しい。言い換えると、圧力平衡の状態がソース３３０とゲート３１０の間に存在する。この状態では、ゲート膜３３５はチャネル隔壁３４５と同じ高さにあり、そのためチャネル３２０は閉じたままであり、流体がソース３３０からドレイン３４０へ流れることが不可能である。すなわち、流体デバイス３０５は「ＯＦＦ」状態にある。
【0057】
図３Ｂは、一実施形態による、図３Ａに示された流体デバイス３０５の、ゲート３１０が低圧状態にある断面図３５０である。図３Ｂで、ゲート弁３１５の出力部を開くと、ゲート３１０の圧力がソース３３０の圧力に対して低下することになる。具体的には、ゲート弁３１５の出力部が、流体がゲート３１０から流れることが可能なように開放されると、ゲート３１０とソース３３０の間に圧力差が作り出される。これは、ソース３３０からブリード弁３２５を通り抜けてゲート３１０に入る流体流が継続して生じている間に、ブリード弁３２５を通り抜ける流体の流れが、ゲート弁３１５から出る流体の流れと比べて非常に遅い速度で生じ、したがってソース３３０とゲート３１０の間に圧力差が作り出されるために起こる。この圧力差およびゲート３１０における圧力が相対的に低いことの結果として、ゲート膜３３５はゲート３１０に向かってチャネル３２０から離れ、そのためゲート膜３３５は、もはやチャネル３２０のチャネル隔壁３４５と同じ高さにはなく、流体デバイス３０５が「ＯＮ」状態になるように、流体がソース３３０からドレイン３４０へ開閾値速度で流れることができる。
【0058】
流体デバイス３０５は、ソース３３０とゲート３１０の間に流体圧力差を作り出すことによって、閉状態（図３Ａ）から開状態（図３Ｂ）に遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート３１０とソース３３０の間の圧力差は徐々に増加し、ゲート膜３３５は徐々にゲート３１０へ向かってチャネル３２０から徐々に離れて、ソース３３０からドレイン３４０へ流れる流体の速度が増加する。流体流が開閾値に達するとき、流体デバイス３０５は「ＯＮ」状態にある。
【0059】
図４Ａは、一実施形態による、低圧状態のゲート４１０を含む流体デバイス４０５の断面図４００であり、ゲートは複数の非伸張性要素４１５を含む。流体デバイス４０５は、ゲート４１０と、ソース４３０から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン４４０へ出力するチャネル４２０とを含む。ゲート４１０は、流体を受けること、および／または解放することができる複数の非伸張性要素４１５を含む。いくつかの実施形態では、流体デバイス４０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース４３０、ドレイン４４０およびゲート４１０は、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0060】
チャネル４２０は、ソース４３０およびドレイン４４０と呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル４２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル４２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル４２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル４２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル４２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0061】
ゲート４１０は流体デバイス４０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。ゲート４１０は、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの実施形態では、ゲート４１０は、ゲート４１０が可撓性および伸張性になるような材料で作られる。それゆえに、ゲート４１０のサイズおよび形状は変わり得る。ゲート４１０は、ソース４３０とドレイン４４０の間の流体流を少なくとも部分的に遮ることができるようにチャネル４２０内にはめ込まれる。
【0062】
ゲート４１０は、流体を入力することによって膨張させることができ、かつ／または流体を出力することによって収縮させることができる複数の非伸張性要素４１５を含む。図を簡単にするために、非伸張性要素４１５の入力部および出力部は図４Ａおよび図４Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、非伸張性要素４１５への入力部は、何か他の流体デバイスから流体を受け取ることができる。同じく、いくつかの実施形態では、非伸張性要素４１５の出力部は、他の流体デバイスに結合することができる。非伸張性要素４１５のそれぞれは、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの実施形態では、非伸張性要素４１５は、非伸張性要素４１５が可撓性ではあるものの非伸張性になるような材料で作られる。それゆえに、非伸張性要素４１５は、形状を変えることは可能であるが、サイズを変えることは可能ではない。さらなる実施形態では、非伸張性要素４１５は、非伸張性要素４１５が付勢されて特定の寸法が拡大するように構成される。たとえば、図４Ａおよび図４Ｂに示された実施形態では、非伸張性要素４１５は、非伸張性要素４１５内の流体圧力が増加したときに非伸張性要素４１５が曲がり、主に横方向に拡大することが可能になるように構成される。
【0063】
図４Ａに示されるように、ゲート４１０が低圧状態にあるときに、非伸張性要素４１５は相対的に長細く、チャネル４２０内にはめ込まれたゲート４１０は、チャネル４２０の中に突出して、流れが閉閾値速度になるように、かつ流体デバイス４０５が「ＯＦＦ」状態になるように、チャネル４２０を通る流体流を事実上阻止する。
【0064】
図４Ｂは、一実施形態による、図４Ａに示された流体デバイス４０５の、ゲート４１０が高圧状態にある断面図４５０である。流体デバイス４０５は、ゲート４１０の流体圧力を増加させることによって閉状態（図４Ａ）から開状態（図４Ｂ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート４１０の非伸張性要素４１５内の流体圧力が増加されて、非伸張性要素４１５が膨張し横方向に拡大する。しかし、非伸張性要素４１５は、可撓性ではあるものの非伸張性の材料で作られているので、この非伸張性要素４１５が横に拡大することにより、非伸張性要素４１５は一定の容積を維持するために縦寸法が縮小する。こうして非伸張性要素４１５が横方向に拡大し、また非伸張性要素４１５が縦方向に縮小することにより、ゲート４１０もまた横に拡大し縦に縮小する。こうしてゲート４１０の縦寸法が縮小すると、ゲート４１０がチャネル４２０の中に突出する距離が事実上減少し、それによってチャネル４２０は、流体がソース４３０からドレイン４４０へ開閾値速度で流れることができ、それにより流体デバイス４０５が「ＯＮ」状態になるように開く。
【0065】
図５Ａは、一実施形態による、低圧状態のゲート５１０を含む流体デバイス５０５の断面図５００であり、ゲート５１０は、カーリングアクチュエータ５２５に取り付けられた複数の非伸張性要素５１５を含む。流体デバイス５０５は、ゲート５１０と、ソース５３０から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン５４０へ出力するチャネル５２０とを含む。ゲート５１０は、流体を受けること、および／または解放することができる複数の非伸張性要素５１５を含む。複数の非伸張性要素５１５は、カーリングアクチュエータ５２５に取り付けられる。いくつかの実施形態では、流体デバイス５０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース５３０、ドレイン５４０およびゲート５１０は、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0066】
チャネル５２０は、ソース５３０およびドレイン５４０と呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル５２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル５２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル５２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル５２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル５２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0067】
ゲート５１０は流体デバイス５０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。ゲート５１０は、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの実施形態では、ゲート５１０は、ゲート５１０が可撓性および伸張性になるような材料で作られる。それゆえに、ゲート５１０のサイズおよび形状は変わり得る。ゲート５１０の一部分は、ソース５３０とドレイン５４０の間の流体流を少なくとも部分的に遮ることができるようにチャネル５２０内にはめ込まれる。
【0068】
ゲート５１０は、流体を入力することによって膨張させることができ、かつ／または流体を出力することによって収縮させることができる複数の非伸張性要素５１５を含む。図を簡単にするために、非伸張性要素５１５の入力部および出力部は図５Ａおよび図５Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、非伸張性要素５１５への入力部は、何か他の流体デバイスから流体を受け取ることができる。同じく、いくつかの実施形態では、非伸張性要素５１５の出力部は、他の流体デバイスに結合することができる。非伸張性要素５１５は、チャネル５２０内にはめ込まれているゲート５１０の一部分の上方に位置する、カーリングアクチュエータ５２５（より詳細に以下で説明する）に取り付けられる。具体的には、非伸張性要素５１５は、チャネル５２０に対して遠位にあるカーリングアクチュエータ５２５の一面に取り付けられる。非伸張性要素５１５のそれぞれは、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの実施形態では、非伸張性要素５１５は、非伸張性要素５１５が可撓性ではあるものの非伸張性になるような材料で作られる。それゆえに、非伸張性要素５１５は、形状を変えることは可能であるが、サイズを変えることは可能ではない。さらなる実施形態では、非伸張性要素５１５は、非伸張性要素５１５が付勢されて特定の寸法が拡大するように構成される。たとえば、図５Ａおよび図５Ｂに示された実施形態では、非伸張性要素５１５は、非伸張性要素５１５内の流体圧力が増加したときに非伸張性要素５１５が曲がり、主に横方向に拡大することが可能になるように構成される。しかし、非伸張性要素５１５は同じ容積を維持するので、このように横寸法で拡大すると非伸張性要素５１５は縦方向に縮小する。
【0069】
カーリングアクチュエータ５２５は、非伸張性要素５１５が取り付けられる材料のストリップである。カーリングアクチュエータ５２５は、非伸張性要素５１５がチャネル５２０に対して遠位にあるカーリングアクチュエータ５２５の一面に取り付けられるように、チャネル５２０内にはめ込まれているゲート５１０の一部分の上方の、チャネル５２０と非伸張性要素５１５の間に位置する。カーリングアクチュエータ５２５は、いろいろな材料から作ることができる。いくつかの実施形態では、カーリングアクチュエータ５２５は、カーリングアクチュエータ５２５が付勢されて曲がり、特定の方向に場所を変えるように構成される。たとえば、図５Ａおよび図５Ｂに示された実施形態では、カーリングアクチュエータ５２５は、非伸張性要素５１５内の流体圧力が増加されたときにカーリングアクチュエータ５２５が曲がり、チャネル５２０から離れるように構成される。このような実施形態について、より詳細に以下で論じる。
【0070】
図５Ａに示されるように、ゲート５１０が低圧状態にあるとき、非伸張性要素５１５は相対的に長細く、非伸張性要素５１５が取り付けられているカーリングアクチュエータ５２５は凹面形に配置されており、凹面形の頂部がチャネル５２０の近くに位置している。このカーリングアクチュエータ５２５の凹面配置により、ゲート５１０がチャネル５２０の中に突出し、流れが閉閾値速度になるように、かつ流体デバイス５０５が「ＯＦＦ」状態になるように、チャネル５２０を通る流体流を事実上阻止する。
【0071】
図５Ｂは、一実施形態による、図５Ａに示された流体デバイス５０５の、ゲート５１０が高圧状態にある断面図５５０である。流体デバイス５０５は、ゲート５１０の流体圧力を増加させることによって閉状態（図５Ａ）から開状態（図５Ｂ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート５１０の非伸張性要素５１５内の流体圧力が増加されて、非伸張性要素５１５が膨張し横方向に拡大する。この非伸張性要素５１５が横に拡大することにより、非伸張性要素５１５の配置は凸面配置にシフトし、凸面配置の頂部はチャネル５２０から外方に向いている。その結果、ゲート５１０は、チャネル５２０の中から少なくとも部分的に持ち上げられ、それによってチャネル５２０は、流体がソース５３０からドレイン５４０へ開閾値速度で流れることができ、それにより流体デバイス５０５が「ＯＮ」状態になるように開く。
【0072】
図６Ａは、一実施形態による、低圧状態のゲート６１０を含むジェット偏向増幅流体デバイス６０５の断面図６００である。流体デバイス６０５は、ゲート６１０と、ソース６３０から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン６４０へ出力するチャネル６２０とを含む。図６Ａおよび図６Ｂで分かるように、ゲート６１０は、流体がゲート６１０からチャネル６２０に流入できるようにチャネル６２０に連結されている。ゲート６１０に加えて、代替路６１５もまた、流体がチャネル６２０と代替路６１５の間で流れることができるようにチャネル６２０に連結されている。いくつかの実施形態では、流体デバイス６０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース６３０、ドレイン６４０およびゲート６１０は、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0073】
チャネル６２０は、ソース６３０およびドレイン６４０と呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル６２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル６２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル６２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル６２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル６２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0074】
ゲート６１０は流体デバイス６０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。上記のように、ゲート６１０は、流体がゲート６１０からチャネル６２０に流入できるようにチャネル６２０に連結されている。図を簡単にするために、ゲート６１０の入力部は図６Ａおよび図６Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、ゲート６１０への入力部は、何か他の流体デバイスから流体を受け取ることができる。１つの実施形態では、ゲート６１０は、流体が充填される可撓管とすることができる。ゲート６１０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、ゲート６１０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。ゲート６１０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。
【0075】
図６Ａおよび図６Ｂに示された実施形態では、ゲート６１０は、ゲート６１０からの流体がチャネル６２０内の流体流の方向に垂直にチャネル６２０に流入するように、チャネル６２０に９０度の角度で連結されている。しかし、代替実施形態では、ゲート６１０は、ある範囲の角度でチャネル６２０に連結されてもよい。
【0076】
代替路６１５は、流体がチャネル６２０から代替路６１５に流入できるようにやはりチャネル６２０に連結されている、流体デバイス６０５の一部分である。図を簡単にするために、代替路６１５の出力部は図６Ａおよび図６Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、代替路６１５の出力部は、何か他の流体デバイスから流体を受け取ることができる。１つの実施形態では、代替路６１５は、流体が充填される可撓管とすることができる。代替路６１５は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、代替路６１５の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。代替路６１５は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。代替路６１５は、ゲート６１０の反対側でチャネル６２０の側面の、ゲート６１０の下流（すなわち、ドレイン６４０に近い方）に位置する。さらに、代替路６１５は、ゲート６１０とチャネル６２０からの合わせた量の流体を代替路６１５に向けて方向を変えることができるような角度で、チャネル６２０に連結されている。
【0077】
図６Ａに示されているように、ゲート６１０が低圧状態にあるとき、ゲート６１０とチャネル６２０の間には流体流がない。ゲート６１０からチャネル６２０への流体流がないので、流体は、流体デバイスが「ＯＮ」状態になるように、ソース６３０からドレイン６４０へ妨げられずに開閾値速度で流れることが可能である。相対的に少量の流体がチャネル６２０から代替路６１５へ流れることがあるが、この流体の量は、ドレイン６４０に流入する流体の量と比較して無視できることに留意されたい。
【0078】
図６Ｂは、一実施形態による、図６Ａに示された流体デバイス６０５の、ゲート６１０が高圧状態にある断面図６５０である。流体デバイス６０５は、ゲート６１０の流体圧力を増加させることによって、開状態（図６Ａ）から閉状態（図６Ｂ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート６１０内の流体圧力は徐々に増加されて、ゲート６１０からチャネル６２０の中への流体流が増加する。これにより、チャネル６２０内の流体が代替路６１５に向けて方向を変えることになる。具体的には、ゲート６１０からの流体が、チャネル６２０を流れる流体に垂直な向きでチャネル６２０に入る。ゲート６１０から流れる流体の速度と、チャネル６２０を流れる流体の速度とは合わせることができ、代替路６１５に向いている平均速度が得られる。このようにして、ソース６３０にもゲート６１０にも由来する流体が代替路６１５に流入する。このように代替路６１５に向けて流体の方向を変えると、流れが閉閾値速度になるように、かつ流体デバイス６０５が「ＯＦＦ」状態になるように、ドレイン６４０への流体流が事実上阻止される。相対的に少量の流体がドレイン６４０へ流れることがあるが、この流体の量は、代替路６１５に流入する流体の量と比較して無視できることに留意されたい。
【0079】
図７Ａは、一実施形態による、低圧状態のリフトＴゲート７１０を含む流体デバイス７０５の断面図７００である。流体デバイス７０５は、Ｔゲート７１０と、ソース７３０から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン７４０へ出力するチャネル７２０とを含む。Ｔゲート７１０は、Ｔブロック７１５、ならびにゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂを含む。ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂは、Ｔブロック７１５がチャネル７２０を通る流体流を調節することが可能なようにＴブロック７１５を移動させる働きをする。いくつかの実施形態では、流体デバイス７０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース７３０、ドレイン７４０およびＴゲート７１０は、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0080】
チャネル７２０は、ソース７３０およびドレイン７４０と呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル７２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル７２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル７２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル７２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル７２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。図７Ａおよび図７Ｂで分かるように、チャネル７２０はチャネル壁７２０Ａを含む。チャネル壁７２０Ａについては、より詳細に以下で論じる。
【0081】
Ｔゲート７１０は流体デバイス７０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。Ｔゲート７１０は、Ｔブロック７１５、ならびにゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂを含む。Ｔブロック７１５は、いろいろな種類の形状、サイズを有することでき、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。図７Ａに示された実施形態では、Ｔブロック７１５は、「Ｔ」の文字に似た形状をしている。しかし、代替実施形態では、Ｔブロック７１５は他の形状を取ることもできる。たとえば、Ｔブロック７１５は、円環、「Ｘ」の文字などに似た形状であってもよい。
【0082】
Ｔブロック７１５は、チャネル壁７２０Ａの反対側に位置するチャネル７２０の開口内に位置付けられ、２つの部分、すなわちアクチュエータ部７３５およびバリア部７４５を備える。アクチュエータ部７３５は、Ｔブロック７１５の２つのアームを含んでおり、Ｔブロックの、チャネル７２０の外側に位置する部分である。Ｔブロック７１５のアクチュエータ部７３５は、より詳細に以下で説明するように、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂと相互作用する。バリア部７４５は、チャネル壁７２０Ａに向かってチャネル７２０の中に突出してチャネル７２０を少なくとも部分的に遮る、Ｔブロックの部分である。Ｔブロック７１５は、Ｔブロック７１５のバリア部７４５がチャネル７２０の中に突出する距離を増加または減少させることができるように、チャネル７２０の開口内で垂直に平行移動することが可能である。具体的には、Ｔブロック７１５は、Ｔブロック７１５のバリア部７４５とチャネル壁７２０Ａの間の距離を増加または減少させることができるように、チャネル７２０の開口内で垂直に平行移動することが可能である。Ｔブロック７１５は、チャネル７２０内の流体が開口から漏れることが不可能なようにチャネル７２０の開口に嵌合する。
【0083】
ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂは、チャネル７２０の外側に位置する。具体的には、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂのそれぞれは、チャネル７２０とＴブロック７１５のアームとの間に位置する。ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂのそれぞれは、流体を入力することによって膨張させることができ、かつ／または流体を出力することによって収縮させることができる。図を簡単にするために、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂの入力部および出力部は図７Ａおよび図７Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂへの入力部は、何か他の流体デバイスから流体を受け取ることができる。同じく、いくつかの実施形態では、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂの出力部は、他の流体デバイスに結合することができる。ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂは、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。いくつかの実施形態では、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂは、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂ内の流体の圧力を増加させることによってゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂを膨張させることができるように、可撓性および伸張性の材料で作られる。類似して、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂは、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂ内の流体の圧力を減少させることによって収縮させることができる。ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂは、いろいろな種類の形状およびサイズを有することができる。１つの例として、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂの断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。
【0084】
図７Ａに示されるように、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂが低圧状態にある間、これらは収縮している。その結果、Ｔブロック７１５のアクチュエータ部７３５のアームはチャネル７２０の近くに置かれていることになり、Ｔブロック７１５のバリア部７４５は、ソース７３０からドレイン７４０への流れが閉閾値速度になり、それにより流体デバイス７０５が「ＯＦＦ」状態になるようにチャネル７２０の中に突出し、チャネル壁７２０Ａにごく近接している。
【0085】
図７Ｂは、一実施形態による、図７Ａに示された流体デバイス７０５の、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂが高圧状態にある断面図７５０である。図７Ｂで、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂの内部の流体圧力は、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂが膨張してＴブロック７１５のアームに圧力が作用し、それによってＴブロック７１５がチャネル壁７２０Ａから事実上移動するようになったものである。Ｔブロック７１５をチャネル壁７２０Ａから外方へ押すことによって、Ｔブロック７１５は、Ｔブロック７１５のバリア部７４５がチャネル７２０の中に突出する距離が減少するようにチャネル７２０の中から部分的に持ち上げられる。このようにＴブロック７１５をチャネル７２０の中から持ち上げると、ソース７３０からドレイン７４０への流体流の経路が作り出され、チャネル７２０内の流速が、流体デバイス７０５が「ＯＮ」状態になるように開閾値速度まで増加する。
【0086】
流体デバイス７０５は、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂの流体圧力を増加させることによって閉状態（図７Ａ）から開状態（図７Ｂ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂは（増加する圧力と共に）拡大して、ソース７３０からドレイン７４０への流体流の速度が増加するようにＴブロック７１５をチャネル壁７２０Ａから、かつ部分的にチャネル７２０の中から持ち上げる。流体流が開閾値に達したとき、流体デバイス７０５は「ＯＮ」状態にある。
【0087】
図７Ａおよび図７Ｂに示されていない代替実施形態では、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂは、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂの中に印加される圧力が異なることによって拡大または縮小できる可撓性形状を有していないことがある。この場合、拡大してＴブロック７１５を持ち上げ、チャネル７２０を開く代わりに、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂの外側から追加の圧力をゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂに加えて、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５ＢをＴブロック７１５のアクチュエータ部７３５に向けて動かすことができ、それにより、Ｔブロック７１５はチャネル壁７２０Ａから離れて、チャネル７２０が開く。たとえば、共成形された材料をゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂのまわりに、ゲートアクチュエータ７２５Ａおよび７２５Ｂが実質的にＴブロック７１５のアクチュエータ部７３５の方にしか変形しないように置くことができる。共成形された材料、および流体デバイスにおけるその使用については、２０１６年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３９９，１５３号にさらに記載されており、同仮特許出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0088】
図８Ａは、一実施形態による、ゲート８１０およびＮＦＥＴバックル壁８１５を含む流体デバイス８０５の、ゲート８１０が低圧状態にある、ｙ−ｘ平面における側面図８００である。図８Ｂは、一実施形態による、図８Ａの流体デバイス８０５のｙ−ｚ平面における代替側面図である。図８Ｃは、一実施形態による、図８Ａの流体デバイス８０５の等角図である。流体デバイス８０５は、ゲート８１０と、ソース８３０から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン８４０へ出力するチャネル８２０とを含む。流体デバイス８０５はまた、チャネル８２０内でソース８３０とドレイン８４０の間に位置する壁８１５を含む。壁８１５は、ゲート８１０と一緒に作動し、チャネル８２０を通る流体流を調節するように設計されている。いくつかの実施形態では、流体デバイス８０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース８３０、ドレイン８４０およびゲート８１０は、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0089】
チャネル８２０は、ソース８３０およびドレイン８４０と呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル８２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル８２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル８２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル８２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル８２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0090】
ゲート８１０は流体デバイス８０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。ゲート８１０は、流体を入力することによって膨張させることができ、かつ／または流体を出力することによって収縮させることができる。図を簡単にするために、ゲート８１０の入力部および出力部は図８Ａ〜Ｃに示されていない。いくつかの実施形態では、ゲート８１０への入力部は、何か他の流体デバイスから流体を受け取ることができる。同じく、いくつかの実施形態では、ゲート８１０の出力部は、他の流体デバイスに結合することができる。ゲート８１０は、チャネル８２０の外側の壁８１５の上方に位置している。以下で説明するように、１つの実施形態では、ゲート８１０は壁８１５に隣接する位置にある。他の実施形態では、ゲート８１０は壁８１５に連結されることがある。ゲート８１０は、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネルゲート８１０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。１つの実施形態では、ゲート８１０は、ゲート８１０が可撓性および伸張性になるような材料で作られる。それゆえに、ゲート８１０はその形状およびサイズを変えることができる。さらなる実施形態では、ゲート８１０は、流体が充填されたときに、ゲート８１０が付勢されて特定の方向に拡大するように構成される。たとえば、図８Ａ〜Ｃに示された実施形態では、ゲート８１０は、ゲート８１０内の流体圧力が増加したときにゲート８１０が主に壁８１５に向かって拡大するように構成される。ゲート８１０におけるこのような付勢を達成するために、いくつかの実施形態では、壁８１５に対向するゲート８１０の１つまたは複数の側面は非伸張性としてもよい。このような実施形態について、より詳細に以下で論じる。
【0091】
壁８１５は、ソース８３０とドレイン８４０の間の流体流を壁８１５によって少なくとも部分的に遮ることができるように、チャネル８２０内でソース８３０とドレイン８４０の間に位置する。特定の実施形態では、壁８１５は、相対的に少量の流体をソース８３０からドレイン８４０へ壁８１５を通して漏洩させる１つまたは複数のスリット（図示せず）を含む。上記のように、いくつかの実施形態では、壁８１５はゲート８１０に隣接する位置にある。他の諸実施形態では、壁８１５はゲート８１０と、ゲート８１０に対向する位置にあるチャネル８２０の内面とに連結されることがある。壁８１５は、壁８１５が可撓性になるような材料で作られる。それゆえに、壁８１５の形状は変化することができ、壁８１５は移動および／または偏向させることができる。具体的には、壁８１５は、図８Ｄで分かるように、またより詳細に以下で論じるように、少なくとも部分的にドレイン８４０を露出するために湾曲させることが可能なように、十分に可撓性である。いくつかの実施形態では、壁８１５は、ある決まった方向に湾曲するように付勢することができる。たとえば、壁８１５は、ドレイン８４０の方へ湾曲するように付勢することができる。壁８１５が湾曲する方向を付勢するために、壁８１５は、その方向にわずかに予湾曲させることがある。代替実施形態では、壁８１５は、ある決まった方向に湾曲するように付勢されるような材料組成および／または構造を有することができる。
【0092】
図８Ａ〜Ｃに示されるように、ゲート８１０が低圧状態にあるとき、壁８１５は、ソース８３０からドレイン８４０への流体流が閉閾値速度になるように、かつ流体デバイス８０５が「ＯＦＦ」状態になるように、チャネル８２０内でソース８３０とドレイン８４０の間に固定されたままである。
【0093】
図８Ｄは、一実施形態による、図８Ａ〜Ｃに示された流体デバイス８０５の、ゲート８１０が高圧状態にある、ｙ−ｘ平面における側面図８７５である。流体デバイス８０５は、ゲート８１０の圧力を増加させ、壁８１５の偏向を生じさせることによって、閉状態（図８Ａ〜Ｃ）から開状態（図８Ｄ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート８１０内の圧力が増加して、ゲート８１０が膨張し壁８１５の方向に拡大することになる。この拡大により、圧力が壁８１５に加わることになり、これにより壁８１５は、ドレイン８４０が少なくとも部分的に露出するように、かつ流体がソース８３０からドレイン８４０へ開閾値速度で流れて、それにより流体デバイス８０５が「ＯＮ」状態になるように、チャネル８２０の中およびドレイン８４０のまわりで湾曲し偏向することになる。図８Ｃはまた、変形された壁８２５の、これが湾曲してドレイン８４０を露出した後の位置についての実施形態の１つを描写していることに留意されたい。
【0094】
図８Ａ〜Ｄに示されていない代替実施形態では、ゲート８１０は、ゲート８１０内に印加される圧力が異なることによって拡大または縮小できる可撓性形状を有していないことがある。この場合、拡大して壁８１５をドレイン８４０のまわりに移動させてチャネル８２０を開く代わりに、ゲート８１０の外側から追加の圧力をゲート８１０に加えて、ゲート８１０を壁８１５に向けて動かすことができ、それにより、壁８１５はドレイン８４０のまわりに移動して、チャネル８２０が開く。たとえば、共成形された材料をゲート８１０のまわりに、ゲート８１０が実質的に壁８１５の方にしか変形しないように置くことができる。共成形された材料、および流体デバイスにおけるその使用については、２０１６年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３９９，１５３号にさらに記載されており、同仮特許出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0095】
図９Ａは、一実施形態による、ゲート９１０およびＮＦＥＴピンチチューブチャネル９２０を含む流体デバイス９０５の、ゲート９１０が低圧状態にある断面図９００である。流体デバイス９０５は、ゲート９１０と、ソース（図示せず）から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン（図示せず）へ出力するチャネル９２０とを含む。いくつかの実施形態では、流体デバイス９０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース、ドレインおよびゲート９１０は、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0096】
チャネル９２０は、ソースおよびドレインと呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル９２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル９２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル９２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。図９Ａおよび図９Ｂに描写された実施形態では、チャネル９２０の断面は猫の目に似た形状をしており、それにより、チャネル９２０がゲート９１０からの圧力によって図９Ｂに示されるように変形しているとき、チャネル９２０全体を圧搾してチャネル９２０の内側の流体流を完全に遮断し、それによってチャネル９２０を完全に閉ざすことができる。代替実施形態では、チャネル９２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル９２０は、チャネル９２０が可撓性になるような材料で作られる。たとえば、チャネル９２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、ゲート９１０から最も遠いチャネル９２０の端部が、より詳細に以下で説明するように、圧力がゲート９１０によってチャネル９２０にかけられたときのチャネル９２０の端部の移動が最小限になるように、適所に固定される。
【0097】
ゲート９１０は、流体デバイス９０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。図９Ａおよび図９Ｂで分かるように、ゲート９１０は、側面９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃ、および９１０Ｄを有しており、チャネル９２０の上方に位置する。ゲート９１０は、流体を入力することによって膨張させることができ、かつ／または流体を出力することによって収縮させることができる。図を簡単にするために、ゲート９１０の入力部および出力部は図９Ａおよび図９Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、ゲート９１０への入力は、何か他の流体デバイスからのものとすることができる。同じく、いくつかの実施形態では、ゲート９１０の出力部は、他の流体デバイスに結合することができる。ゲート９１０は、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、ゲート９１０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。いくつかの実施形態では、ゲート９１０は、ゲート９１０内の流体の圧力を増加させることによってゲート９１０を膨張させることができるように、可撓性および伸張性の材料で作られる。類似して、ゲート９１０は、ゲート９１０内の流体の圧力を減少させることによって収縮させることができる。さらなる実施形態では、ゲート９１０は、流体が充填されたときに、ゲート９１０が付勢されて特定の方向に拡大するように構成される。たとえば、図９Ａおよび図９Ｂに示された実施形態では、ゲート９１０は、ゲート９１０内の流体圧力が増加したときにゲート９１０が主にチャネル９２０に向かって拡大するように構成することができる。ゲート９１０におけるこのような付勢を達成するために、チャネル９２０に対向するゲート９１０の側面は非伸張性とすることができる。たとえば、側面９１０Ａ、９１０Ｃ、および９１０Ｄは、チャネル９２０の方向に拡大するようにゲート９１０を付勢するために非伸張性とすることができる。
【0098】
図９Ａに示されるように、ゲート９１０は、これが低圧状態にある間は収縮している。その結果、ゲート９１０はチャネル９２０に圧力を作用させることがほとんどなく、チャネル９２０は、チャネル９２０を通る流れが閉閾値速度になるように、かつ流体デバイス９０５が「ＯＦＦ」状態になるように、狭くなっている。
【0099】
図９Ｂは、一実施形態による、図９Ａに示された流体デバイス９０５の、ゲート９１０が高圧状態にある断面図９５０である。図９Ｂで、ゲート９１０の内部の流体圧力は、ゲート９１０が膨張してチャネル９２０に圧力が作用するようになったものである。チャネル９２０に作用する圧力により、チャネル９２０は横に拡大して、チャネル９２０を通る流れが開閾値速度になるように、かつ流体デバイス９０５が「ＯＮ」状態になるように、チャネル９２０が少なくとも部分的に開くまでチャネル９２０が事実上広がることになる。
【0100】
流体デバイス９０５は、ゲート９１０の流体圧力を増加させることによって閉状態（図９Ａ）から開状態（図９Ｂ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート９１０は、（増加する圧力と共に）拡大してゲート９１０をチャネル９２０の中にさらに押し込み、チャネル９２０が、チャネル９２０を通る流体流の速度が増加するように開かれる。流体流が開閾値に達したとき、流体デバイス９０５は「ＯＮ」状態にある。
【0101】
図９Ａ〜９Ｂに示されていない代替実施形態では、ゲート９１０は、ゲート９１０内に印加される圧力が異なることによって拡大または縮小できる可撓性形状を有していないことがある。この場合、チャネル９２０に向けて拡大してチャネル９２０を開く代わりに、ゲート９１０の外側から追加の圧力をゲート９１０に加えてゲート９１０をチャネル９２０に向けて動かして、チャネル９２０を開かせることができる。たとえば、共成形された材料をゲート９１０のまわりに、ゲート９１０が実質的にチャネル９２０の方にしか変形しないように置くことができる。共成形された材料、および流体デバイスにおけるその使用については、２０１６年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３９９，１５３号にさらに記載されており、同仮特許出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0102】
図１０Ａは、一実施形態による、ゲート１０１０およびエリア弁１０１５を含む流体デバイス１００５の、ゲート１０１０が低圧状態にある断面図１０００である。流体デバイス１００５は、ゲート１０１０と、ソース１０３０から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン１０４０へ出力するチャネル１０２０とを含む。流体デバイス１００５はまた、より詳細に以下で論じるように、チャネル１０２０を通る流体流を調節するためにゲート１０１０と一緒に作動するエリア弁１０１５も含む。いくつかの実施形態では、流体デバイス１００５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース１０３０、ドレイン１０４０およびゲート１０１０は、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0103】
チャネル１０２０は、ソース１０３０およびドレイン１０４０と呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル１０２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル１０２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル１０２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル１０２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形、またはこれらの何らかの組み合わせとすることができる。チャネル１０２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0104】
エリア弁１０１５は、エリア弁１０１５がソース１０３０とドレイン１０４０の間の流体流を少なくとも部分的に遮るように、チャネル１０２０内でソース１０３０とドレイン１０４０の間に位置付けられる。エリア弁１０１５は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、エリア弁１０１５の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形、またはこれらの何らかの組み合わせとすることができる。
【0105】
エリア弁１０１５は、３つの部分、すなわち弁部１０２５、結合部１０３５、およびインターフェース部１０４５を備える。エリア弁１０１５のインターフェース部１０４５は、チャネル１０２０の外側に位置する。エリア弁１０１５のインターフェース部１０４５は、チャネル１０２０内の流体が開口から漏れることが不可能なように、チャネル１０２０の開口に嵌合する。エリア弁１０１５のインターフェース部１０４５は、より詳細に以下で説明するように、ゲート１０１０から圧力を受ける。
【0106】
エリア弁１０１５の結合部１０３５は、インターフェース部１０４５を弁部１０２５に結合する。具体的には、インターフェース部１０４５と比較して相対的に小面積の結合部１０３５により、ゲート１０１０からインターフェース部１０４５に印加される圧力が集中され、弁部１０２５に伝達できるようになる。これにより、弁部１０２５は、より詳細に以下で説明するように、チャネル１０２０内の流体圧力に反して動くことができるようになる。
【0107】
エリア弁１０１５の弁部１０２５は、チャネル１０２０の中に突出する。ゲート１０１０からインターフェース部１０４５へ、結合部１０３５へ、および最後に弁部１０２５へと伝達される圧力を用いて、エリア弁１０１５は、チャネル１０２０内の流体圧力に反して、エリア弁１０１５の弁部１０２５がチャネル１０２０の中に突出する距離を増加または減少させることができるように、チャネル１０２０の開口内で垂直に平行移動することが可能である。エリア弁１０１５の弁部１０２５は、エリア弁１０１５がチャネル１０２０の中に突出する１つまたは複数の距離においてエリア弁１０１５の弁部１０２５がチャネル１０２０を阻止し、それにより、ソース１０３０からドレイン１０４０への流体流が閉閾値速度になるように、かつ流体デバイス１００５が「ＯＦＦ」状態になるように、形作られている。逆に、エリア弁１０１５の弁部１０２５はまた、エリア弁１０１５がチャネル１０２０の中に突出する１つまたは複数の別の距離においてエリア弁１０１５の弁部１０２５がチャネル１０２０を阻止解除し、それにより、ソース１０３０からドレイン１０４０への流れが開閾値速度になるように、かつ流体デバイス１００５が「ＯＮ」状態になるように、形作られている。
【0108】
ゲート１０１０は、流体デバイス１００５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。ゲート１０１０は、チャネル１０２０の開口の外側に位置しており、またエリア弁１０１５のインターフェース部１０４５のすぐ上方に位置している。ゲート１０１０は、流体を入力することによって膨張させることができ、かつ／または流体を出力することによって収縮させることができる。図を簡単にするために、ゲート１０１０の入力部および出力部は図１０Ａおよび図１０Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、ゲート１０１０への入力は、何か他の流体デバイスからのものとすることができる。同じく、いくつかの実施形態では、ゲート１０１０の出力部は、他の流体デバイスに結合することができる。ゲート１０１０は、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、ゲート１０１０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。いくつかの実施形態では、ゲート１０１０は、ゲート１０１０内の流体の圧力を増加させることによってゲート１０１０を膨張させることができるように、可撓性および伸張性の材料で作られる。類似して、ゲート１０１０は、ゲート１０１０内の流体の圧力を減少させることによって収縮させることができる。
【0109】
図１０Ａに示されるように、ゲート１０１０は、これが低圧状態にある間は収縮している。その結果、エリア弁１０１５の弁部１０２５は、ソース１０３０からドレイン１０４０への流れが閉閾値速度になるように、かつ流体デバイス１００５が「ＯＦＦ」状態になるように、チャネル１０２０がエリア弁１０１５によって少なくとも部分的に阻止される距離だけチャネル１０２０の中に突出する。
【0110】
図１０Ｂは、一実施形態による、図１０Ａに示された流体デバイス１００５の、ゲート１０１０が高圧状態にある断面図１０５０である。図１０Ｂで、ゲート１０１０の内部の流体圧力は、ゲート１０１０が膨張してエリア弁１０１５のインターフェース部１０４５に圧力が作用するようになったものである。この圧力は、相対的に大きいインターフェース部１０４５から、相対的に小さい結合部１０３５および弁部１０２５へ伝達されて、圧力が事実上集中され、エリア弁１０１５の弁部１０２５がさらにチャネル１０２０の中に移動する。エリア弁１０１５の弁部１０２５をチャネル１０２０の中にさらに押し込むことによって、弁部１０２５は、ソース１０３０からドレイン１０４０への流れが開閾値速度になるように、かつ流体デバイス１００５が「ＯＮ」状態になるように、チャネル１０２０が弁部１０２５によって少なくとも部分的に阻止解除される距離だけチャネル１０２０の中に突出する。
【0111】
流体デバイス１００５は、ゲート１０１０の流体圧力を増加させることによって閉状態（図１０Ａ）から開状態（図１０Ｂ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート１０１０は（増加する圧力と共に）拡大してエリア弁１０１５をチャネル１０２０の中へさらに押し込み、チャネル１０２０が、ソース１０３０からドレイン１０４０への流体流の速度が増加するように阻止解除される。流体流が開閾値に達したとき、流体デバイス１００５は「ＯＮ」状態にある。
【0112】
図１０Ａ〜１０Ｂに示されていない代替実施形態では、ゲート１０１０は、ゲート１０１０内に印加される圧力が異なることによって拡大または縮小できる可撓性形状を有していないことがある。この場合、エリア弁１０１５のインターフェース部１０４５に向けて拡大してチャネル１０２０を開く代わりに、ゲート１０１０の外側から追加の圧力をゲート１０１０に加えてゲート１０１０をエリア弁１０１５のインターフェース部１０４５に向けて動かして、チャネル１０２０を開かせることができる。たとえば、共成形された材料をゲート１０１０のまわりに、ゲート１０１０が実質的にエリア弁１０１５のインターフェース部１０４５の方にしか変形しないように置くことができる。共成形された材料、および流体デバイスにおけるその使用については、２０１６年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３９９，１５３号にさらに記載されており、同仮特許出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0113】
図１１Ａは、一実施形態による、複数のＮＦＥＴテスラゲート１１１０Ａ、１１１０Ｂ、１１１０Ｃ、１１１０Ｄ、および１１１０Ｅを低圧状態で含む流体デバイス１１０５の断面図１１００である。流体デバイス１１０５は、ソース１１３０から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン１１４０へ出力するチャネル１１２０を含む。流体デバイス１１０５はまた、チャネル１１２０の分枝であるローブ１１１５Ａ〜Ｅを含む。チャネル１１２０からの流体は、ローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりを巡り、チャネル１１２０の中に戻ることができる。各ローブ１１１５Ａ〜Ｅは、ゲート１１１０Ａ〜Ｅのうちの少なくとも１つを伴う。ゲート１１１０Ａ〜Ｅは、ローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりの流体流を制限するように働く。いくつかの実施形態では、流体デバイス１１０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース１１３０、ドレイン１１４０およびゲート１１１０Ａ〜Ｅは、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0114】
チャネル１１２０は、ソース１１３０およびドレイン１１４０と呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル１１２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル１１２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル１１２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル１１２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル１１２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0115】
上記のように、ローブ１１１５Ａ〜Ｅはチャネル１１２０の分枝である。各ローブ１１１５Ａ〜Ｅは、固体コア（図１１Ａおよび図１１Ｂに縞模様のパターンで明示されている）と、流体がチャネル１１２０からローブ１１１５Ａ〜Ｅの固体コアのまわりを流れてチャネル１１２０の中に戻ることができるようにする通路とを備える。ローブ１１１５Ａ〜Ｅは、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、ローブ１１１５Ａ〜Ｅの断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。ローブ１１１５Ａ〜Ｅは、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。ローブ１１１５Ａ〜Ｅは、流体デバイス１１０５のいろいろな平面に置くことができる。
【0116】
各ローブ１１１５Ａ〜Ｅは、少なくとも１つのゲート１１１０Ａ〜Ｅを伴う。ゲート１１１０Ａ〜Ｅは、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。ゲート１１１０Ａ〜Ｅは、流体を入力することによって膨張させることができ、かつ／または流体を出力することによって収縮させることができる。図を簡単にするために、ゲート１１１０Ａ〜Ｅの入力部および出力部は図１１Ａおよび図１１Ｂに示されていない。いくつかの実施形態では、ゲート１１１０Ａ〜Ｅへの入力は、何か他の流体デバイスからのものとすることができる。同じく、いくつかの実施形態では、ゲート１１１０Ａ〜Ｅの出力部は、他の流体デバイスに結合することができる。ゲート１１１０Ａ〜Ｅは、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、ゲート１１１０Ａ〜Ｅの断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。いくつかの実施形態では、ゲート１１１０Ａ〜Ｅは、ゲート１１１０Ａ〜Ｅ内の流体の圧力を増加させることによってゲート１１１０Ａ〜Ｅを膨張させることができるように、可撓性および伸張性の材料で作られる。類似して、ゲート１１１０Ａ〜Ｅは、ゲート１１１０Ａ〜Ｅ内の流体の圧力を減少させることによって収縮させることができる。上記のように、ゲート１１１０Ａ〜Ｅはローブ１１１５Ａ〜Ｅに近接して位置しており、それによりゲート１１１０Ａ〜Ｅは、流体が進むことができるローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりの通路を圧縮することによって、ローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりの流体流の速度を制御することができる。
【0117】
図１１Ａに示されるように、ゲート１１１０Ａ〜Ｅは、これが低圧状態にある間はローブ１１１５Ａ〜Ｅに圧力を作用させない。その結果、流体はチャネル１１２０から、ローブ１１１５Ａ〜Ｅを取り囲む通路の中に進み、ローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりを循環した後に、チャネル１１２０に再び入ることが可能になる。ローブ１１１５Ａ〜Ｅがチャネル１１２０に対して位置付けられている角度のゆえに、ローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりを循環した後にチャネル１１２０に再び入る流体は、ローブ１１１５Ａ〜Ｅを回る前のようにドレイン１１４０に向かっているのではなく、ソース１１３０に向かっている。この流体の再循環により、チャネル１１２０を通る流体流が、ソース１１３０からドレイン１１４０への流れが閉閾値速度になるように妨げられ、それにより流体デバイス１１０５は「ＯＦＦ」状態になる。相対的に少量の流体が、再循環を回避しソース１１３０からドレイン１１４０へ流れることがあるが、この流体の量は、ローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりを回る流体の量と比較して無視できることに留意されたい。
【0118】
図１１Ｂは、一実施形態による、図１１Ａに示された流体デバイス１１０５の、ゲート１１１０Ａ〜Ｅが高圧状態にある断面図１１５０である。図１１Ｂで、ゲート１１１０Ａ〜Ｅ内の流体圧力は、ゲート１１１０Ａ〜Ｅが膨張してローブ１１１５Ａ〜Ｅに圧力が作用し、それによって、ローブ１１１５Ａ〜Ｅを回ることができる流体が最小限になるようにローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりの通路を事実上挟み付けるようなものである。このようなローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりの流体の循環を禁止することによって、ソース１１３０の方への流体の逆流が最少化され、流体は、流体デバイス１１０５が「ＯＮ」状態になるように、ソース１１３０から直接チャネル１１２０を通ってドレイン１１４０まで開閾値速度で、ほとんど抵抗なしに流れることができる。
【0119】
流体デバイス１１０５は、ゲート１１１０Ａ〜Ｅの流体圧力を増加させることによって閉状態（図１１Ａ）から開状態（図１１Ｂ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート１１１０Ａ〜Ｅは（増加する圧力と共に）徐々に拡大してローブ１１１５Ａ〜Ｅを挟み付け、ローブ１１１５Ａ〜Ｅまわりの流体の循環が、ソース１１３０からドレイン１１４０への流体流の速度が徐々に増加するように徐々に減少される。流体流が開閾値に達したとき、流体デバイス１１０５は「ＯＮ」状態にある。
【0120】
図１１Ａおよび１１Ｂに示されていない代替実施形態では、ゲート１１１０Ａ〜Ｅは、ゲート１１１０Ａ〜Ｅ内に印加される圧力が異なることによって拡大または縮小できる可撓性形状を有していないことがある。この場合、流体がローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりを循環することが不可能になるように拡大してローブ１１１５Ａ〜Ｅを変形させる代わりに、ゲート１１１０Ａ〜Ｅの外側から追加の圧力をゲート１１１０Ａ〜Ｅに加えてゲート１１１０Ａ〜Ｅをローブ１１１５Ａ〜Ｅに向けて動かすことができ、それによりローブ１１１５Ａ〜Ｅは、流体がローブ１１１５Ａ〜Ｅのまわりを循環することが不可能になり、したがってチャネル１１２０を通ってドレイン１１４０に向かうように変形される。たとえば、共成形された材料をゲート１１１０Ａ〜Ｅのまわりに、ゲート１１１０Ａ〜Ｅが実質的にローブ１１１５Ａ〜Ｅの方にしか変形しないように置くことができる。共成形された材料、および流体デバイスにおけるその使用については、２０１６年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３９９，１５３号にさらに記載されており、同仮特許出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0121】
図１２Ａは、一実施形態による、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂと、予負荷ＮＦＥＴ弁１２１５とを含む流体デバイス１２０５の、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂが低圧状態にある断面図１２００である。流体デバイス１２０５は、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂと、ソース（図示せず）から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン（図示せず）へ出力するチャネル１２２０とを含む。流体デバイス１２０５はまた、予負荷弁１２１５を含む。ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、予負荷弁１２１５がチャネル１２２０を通る流体流を調節することが可能なように予負荷弁１２１５を移動させる働きをする。いくつかの実施形態では、流体デバイス１２０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース、ドレイン、ならびにゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0122】
チャネル１２２０は、ソースおよびドレインと呼ばれる２つの端部を連結する構造物であり、チャネル１２２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。１つの実施形態では、チャネル１２２０は、流体が充填される可撓管とすることができる。チャネル１２２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、チャネル１２２０の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。チャネル１２２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0123】
予負荷弁１２１５は、予負荷弁１２１５がソース１２３０とドレイン１２４０の間の流体流を少なくとも部分的に遮る（またいくつかの実施形態では完全に阻止する）ように、チャネル１２２０内でソース１２３０とドレイン１２４０の間に位置付けられる。具体的には、予負荷弁１２１５は、チャネル１２２０の開口からチャネル１２２０の中に突出する。予負荷弁１２１５は、予負荷弁１２１５がチャネル１２２０の中に突出する距離を増加または減少させることができるように、チャネル１２２０の開口内でｘ軸に沿って平行移動することが可能である。予負荷弁１２１５は、チャネル１２２０内の流体が開口から漏れることが不可能なようにチャネル１２２０の開口に嵌合する。予負荷弁１２１５は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。図１２Ａおよび図１２Ｂに描写された実施形態では、予負荷弁１２１５の断面は台形である。代替実施形態では、予負荷弁１２１５の断面は、円形、楕円形、正方形、長方形、またはこれらの何らかの組み合わせとすることができる。
【0124】
ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、流体デバイス１２０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、チャネル１２２０の外側の、チャネル１２２０のどちらかの横側面に位置する。ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂはまた、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂのそれぞれの少なくとも一部分が予負荷弁１２１５の少なくとも一部分のすぐ下に位置するように位置する。したがって、ゲート１２２０の場所は、予負荷弁１２１５の形状および寸法によって決まり得る。ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂのそれぞれは、流体を入力することによって膨張させることができ、かつ／または流体を出力することによって収縮させることができる。図を簡単にするために、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの入力部および出力部は図１２Ａに示されていない。いくつかの実施形態では、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂへの入力は、何か他の流体デバイスからのものとすることができる。同じく、いくつかの実施形態では、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの出力部は、他の流体デバイスに結合することができる。ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、いろいろな形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。１つの例として、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの断面は、円形、楕円形、正方形、長方形などとすることができる。いくつかの実施形態では、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂ内の流体の圧力を増加させることによってゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂを膨張させることができるように、可撓性および伸張性の材料で作られる。類似して、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂ内の流体の圧力を減少させることによって収縮させることができる。いくつかの実施形態では、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの拡大が、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂのある決まった方向の拡大を促進するために、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの１つまたは複数の側面で制限されることがある。たとえば１つの実施形態では、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの拡大は、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂが横にではなく、予負荷弁１２１５の方へｘ軸に沿って優先的に拡大するように特定の側面で制限されることがある。
【0125】
図１２Ａに示されるように、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、これが低圧状態にある間は収縮している。その結果、予負荷弁１２１５はチャネル１２２０の中に突出し、それにより、チャネル１２２０を通る流体流は、流体デバイス１２０５が「ＯＦＦ」状態になるように閉閾値速度になる。
【0126】
図１２Ｂは、一実施形態による、図１２Ａに示された流体デバイス１２０５の、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂが高圧状態にある断面図１２５０である。図１２Ｂで、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの内部の流体圧力は、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂが膨張して予負荷弁１２１５に圧力が作用し、それによって予負荷弁１２１５が、チャネル１２２０の中に予負荷弁１２１５が突出する距離が減少するようにチャネル１２２０の中から少なくとも部分的に事実上持ち上げられるようになったものである。このように予負荷弁１２１５をチャネル１２２０の中から持ち上げると、チャネル１２２０を通る流体流の経路が作り出され、チャネル１２２０内の流速が、流体デバイス１２０５が「ＯＮ」状態になるように開閾値速度まで増加する。
【0127】
流体デバイス１２０５は、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの流体圧力を増加させることによって閉状態（図１２Ａ）から開状態（図１２Ｂ）へ遷移する。遷移期間中（図示せず）、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは（増加する圧力と共に）徐々に拡大して予負荷弁１２１５をチャネル１２２０の中から少なくとも部分的に持ち上げ、チャネル１２２０が、チャネル１２２０を通る流体流の速度が徐々に増加するように徐々に阻止解除される。流体流が開閾値に達したとき、流体デバイス１２０５は「ＯＮ」状態にある。
【0128】
図１２Ａ〜１２Ｂに示されていない代替実施形態では、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂ内に印加される流体圧力が異なることによって拡大または縮小できる可撓性形状を有していないことがある。この場合、拡大してチャネル１２２０を開く代わりに、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂの外側から追加の圧力をゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂに加えてゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂを予負荷弁１２１５に向けて動かし、これを持ち上げて、チャネル１２２０を開かせることができる。たとえば、共成形された材料をゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂのまわりに、ゲート１２１０Ａおよび１２１０Ｂが実質的に予負荷弁１２１５の方にしか変形しないように置くことができる。共成形された材料、および流体デバイスにおけるその使用については、２０１６年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３９９，１５３号にさらに記載されており、同仮特許出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0129】
図１３Ａは、一実施形態による、ベンチュリゲート１３１０を含む流体デバイス１３０５の図である。流体デバイス１３０５は、より完全には以下で説明するように、ゲート１３１０を開くように、および／または閉じるように構成される。いくつかの実施形態では、ゲート１３１０は、他の流体デバイスに結合することができる。
【0130】
流体デバイス１３０５は、ゲート１３１０と、ソース１３３０から流れる流体を受け取り、この流体をドレイン１３４０へ出力するチャネル１３２０とを含む。いくつかの実施形態では、流体デバイス１３０５は、図１に示された流体デバイス１３０Ａまたは１３０Ｂである。１つの実施形態では、ソース１３３０、ドレイン１３４０およびゲート１３１０は、電気システムの電界効果トランジスタのソース、ドレインおよびゲートと同様に機能する。
【0131】
チャネル１３２０は、ソース１３３０およびドレイン１３４０と呼ばれる２つの端部を連結し、チャネル１３２０には流体（たとえば、液体または気体）が充填される。チャネル１３２０は、いろいろな種類の形状、サイズを有することができ、かつ／またはいろいろな材料から作ることができる。図１３Ａに描写された実施形態などの特定の実施形態では、チャネル１３２０は、ゲート１３１０の近くでかなり狭くなる。このようにチャネル１３２０がゲート１３１０の近くで狭くなると、圧力差が作り出されて、より詳細に以下で説明されるように、ゲート１３１０が駆動される。チャネル１３２０は、シリコーン（一種のエラストマー）、プラスチックなどの材料から構成することができ、例示的な使用される材料は、ＰＤＭＳなどのポリマーである。サイズは、５０μｍから５ｍｍの範囲とすることができる。
【0132】
ゲート１３１０は、流体デバイス１３０５の一部分であり、電気システムの電子トランジスタのゲートと同様に機能する。上記のように、ゲート１３１０は、他の流体デバイスに結合することができる。ゲート１３１０は、特定の実施形態において、チャネル１３２０を流れる流体がゲート１３１０に入らないようにチャネル１３２０に垂直に位置付けられる。
【0133】
図１３Ｂは、一実施形態による、図１３Ａに示された流体デバイス１３０５の領域１３５０の、ｘ−ｙ平面における断面図である。図１３Ｂで、流体は、ソース１３３０からドレイン１３４０へチャネル１３２０を経由して急速度で流れる。図１３Ｂに描写されたチャネル１３２０の部分は、図１３Ａでより明確に分かるように、チャネル１３２０の他の部分と比較して相対的に狭いことに留意されたい。このようにチャネル１３２０が狭くなることが、チャネル１３２０を通る急速度の流体流と相まって、チャネル１３２０内部の圧力を増加させる。この圧力の増加により、チャネル１３２０に垂直に位置するゲート１３１０の内部に相対的圧力降下が作り出される。次に、圧力の相対的降下により、誘導真空１３２５がゲート１３１０内に作り出される。低圧の誘導真空１３２５は、ゲート１３１０を開く、および／または閉じるために様々に用いることができる。図１３Ｂに描写された実施形態などのいくつかの実施形態では、膜１３３５がゲート１３１０内に位置する。低圧の誘導真空１３２５を用いて膜１３３５を変形することができ、この膜変形によりゲート１３１０を開く、および／または閉じることができる。代替実施形態では、低圧の誘導真空１３２５を用いてゲート１３１０を急速に拡大させることができ、この拡大を用いてゲート１３１０を開く、および／または閉じることができる。
【0134】
図１４は、一実施形態による、ヘッドマウントデバイス（ＨＭＤ）システム１４００のブロック図である。システム１４００は、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、またはこれらの何らかの組み合わせとして使用するためのものであり得る。システム１４００は、さらに以下で説明するように、図３Ａ〜１３Ｂに描写された例示的な流体デバイスのうちの１つ以上を利用することができる。図１４に示されたシステム１４００は、それぞれコンソール１４２０に結合されたＨＭＤ１４１０、撮像デバイス１４１５、および触覚アセンブリ１４０５を備える。図１４は、１つのＨＭＤ１４１０、１つの撮像デバイス１４１５、および１つの触覚アセンブリ１４０５を含む例示的なシステム１４００を示すが、他の諸実施形態では、任意の数のこれらの構成要素がシステム１４００に含まれ得る。たとえば、付随する触覚アセンブリ１４０５をそれぞれが有し、１つまたは複数の撮像デバイス１４１５によって監視されている多数のＨＭＤ１４１０があり得、それぞれのＨＭＤ１４１０、触覚アセンブリ１４０５、および撮像デバイス１４１５がコンソール１４２０と通信する。代替実施形態では、別の、および／または追加の構成要素がシステム環境１４００に含まれ得る。加えて、いくつかの実施形態では、ＶＲシステム１４００は、ＡＲシステム環境などの他のシステム環境を含むように修正することができる。
【0135】
ＨＭＤ１４１０は、ＶＲ、ＡＲ、および／またはＭＲ ＨＭＤとして機能することができる。ＭＲおよび／またはＡＲ ＨＭＤは、物理的な実世界環境のビューをコンピュータ生成要素（たとえば、画像、ビデオ、音声など）によって拡張する。ＨＭＤ１４１０は、コンテンツをユーザに提示する。ＶＲヘッドセットによって提示される媒体の例には、１つまたは複数の画像、ビデオ、音声、またはこれらの何らかの組み合わせが含まれる。いくつかの実施形態では、音声は外部デバイス（たとえば、スピーカおよび／またはヘッドフォン）を介して提示され、この外部デバイスは、ＨＭＤ１４１０、コンソール１４２０、または両方から音声情報を受け取り、この音声情報に基づいた音声データを提示する。ＨＭＤ１４１０は、互いに剛直にも非剛直にも結合できる１つまたは複数の剛性の本体を備え得る。剛性の本体間を剛直に結合すると、結合された剛性の本体が単一の剛性エンティティとして機能するようになる。対照的に、剛性の本体間を非剛直に結合すると、剛性の本体は互いに動くことが可能になる。ＨＭＤ１４１０は、電子表示装置１４２５、光学ブロック１４３０、１つまたは複数のロケータ１４３５、１つまたは複数の位置センサ１４４０、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１４４５を含む。
【0136】
電子表示装置１４２５は、コンソール１４２０から受け取ったデータに応じて、２Ｄまたは３Ｄ画像をユーザに表示する。様々な実施形態では、電子表示装置１４２５は、単一の電子表示装置要素、または多数の電子表示装置（たとえば、ユーザのそれぞれの眼用の表示装置）を備える。電子表示装置要素の例には、液晶表示装置（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）表示装置、アクティブマトリックス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）表示装置、透明有機発光ダイオード（ＴＯＬＥＤ）表示装置、導波管表示装置、何か他の表示装置、またはこれらの何らかの組み合わせが含まれる。
【0137】
光学ブロック１４３０は、電子表示装置１４２５から受光した光を増大させ、像光に付随する光学エラーを補正し、補正された像光がＨＭＤ１４１０のユーザに提示される。光学要素は、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、または任意の他の、電子表示装置１４２５から発光される像光に影響を及ぼす適切な光学要素であり得る。その上、光学ブロック１４３０にはいろいろな光学要素の組み合わせが含まれ得る。いくつかの実施形態では、光学ブロック１４３０の光学要素のうちの１つ以上が、反射防止コーティングなどの１つまたは複数のコーティングを有し得る。
【0138】
ロケータ１４３５は、互いに、およびＨＭＤ１４１０上のある決まった基準点に対して、ＨＭＤ１４１０上のある決まった位置にある物である。ロケータ１４３５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、コーナキューブリフレクタ、反射性マーカ、ＨＭＤ１４１０が動作する環境と対照をなすある種の光源、またはこれらの何らかの組み合わせとすることができる。ロケータ１４３５が能動的である実施形態では（すなわち、ＬＥＤまたは別の種類の発光デバイス）、ロケータ１４３５は、可視帯域内（約３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、赤外（ＩＲ）帯域内（約７５０ｎｍ〜１ｍｍ）、紫外帯域内（１０ｎｍ〜３８０ｎｍ）、電磁スペクトルの何か他の部分、またはこれらの何らかの組み合わせの光を発光することができる。
【0139】
いくつかの実施形態では、ロケータ１４３５は、ＨＭＤ１４１０の外面の下にあり、この外面は、ロケータ１４３５から発光または反射される波長の光に対して透過性であり、あるいはロケータ１４３５から発光または反射される波長の光を実質的に減衰させないように十分に薄い。加えて、いくつかの実施形態では、ＨＭＤ１４１０の外面または他の部分は、光の波長の可視帯域内で不透明である。したがって、ロケータ１４３５は、ＩＲ帯域では透過性であるが可視帯域では不透明な外面の下で、ＩＲ帯域の光を発光することがある。
【0140】
ＩＭＵ１４４５は、位置センサ１４４０のうちの１つ以上から受け取った測定信号に基づいて高速較正データを生成する電子デバイスである。位置センサ１４４０は、ＨＭＤ１４１０の運動に応答して１つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ１４４０の例には、１つまたは複数の加速度計、１つまたは複数のジャイロスコープ、１つまたは複数の磁力計、運動を検出する他の適切な種類のセンサ、ＩＭＵ１４４５のエラー補正に使用されるある種のセンサ、またはこれらの何らかの組み合わせが含まれる。位置センサ１４４０は、ＩＭＵ１４４５の外部に、ＩＭＵ１４４５の内部に、またはこれらの何らかの組み合わせで位置することができる。
【0141】
１つまたは複数の位置センサ１４４０からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ１４４５は、ＨＭＤ１４１０の初期位置を基準としたＨＭＤ１４１０の推定位置を指定する高速較正データを生成する。たとえば、位置センサ１４４０は、並進運動（前後、上下、左右）を測定する多数の加速度計と、回転運動（たとえば、ピッチ、ヨー、ロール）を測定する多数のジャイロスコープとを含む。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ１４４５は、測定信号を高速でサンプリングし、サンプリングされたデータからＨＭＤ１４１０の推定位置を計算する。たとえば、ＩＭＵ１４４５は、加速度計から受け取った測定信号を経時的に積分して速度ベクトルを推定し、その速度ベクトルを経時的に積分してＨＭＤ１４１０上の基準点の推定位置を決定する。別法として、ＩＭＵ１４４５は、サンプリングされた測定信号をコンソール１４２０に供給し、コンソールは、高速較正データを決定する。基準点とは、ＨＭＤ１４１０の位置を記述するために使用できる点のことである。基準点は、一般には空間内の点として定義され得るが、実際には基準点は、ＨＭＤ１４１０の内部の点（たとえば、ＩＭＵ１４４５の中心）として定義される。
【0142】
ＩＭＵ１４４５は、１つまたは複数の較正パラメータをコンソール１４２０から受け取る。さらに以下で論じるように、１つまたは複数の較正パラメータは、ＨＭＤ１４１０の追跡を維持するために使用される。受信した較正パラメータに基づいて、ＩＭＵ１４４５は、１つまたは複数のＩＭＵパラメータ（たとえば、サンプルレート）を調整することができる。いくつかの実施形態では、特定の較正パラメータにより、ＩＭＵ１４４５が基準点の初期位置を更新することになるので、初期位置は、基準点の次の較正された位置に対応する。基準点の初期位置を基準点の次の較正された位置として更新することが、決定された推定位置に付随する累積エラーを低減する助けになる。ドリフトエラーとも呼ばれる累積エラーは、基準点の推定位置が基準点の実際の位置から経時的に「ドリフト」する原因となる。
【0143】
撮像デバイス１４１５は、コンソール１４２０から受け取った較正パラメータに応じて低速較正データを生成する。低速較正データは、撮像デバイス１４１５によって検出可能なロケータ１４３５の観測された位置を示す、１つまたは複数の画像を含む。撮像デバイス１４１５は、１つまたは複数のカメラ、１つまたは複数のビデオカメラ、ロケータ１４３５のうちの１つ以上を含む画像を取り込む能力がある任意の他のデバイス、またはこれらの何らかの組み合わせを含み得る。加えて、撮像デバイス１４１５は、１つまたは複数のフィルタを含み得る（たとえば、信号対雑音比を向上させるために使用される）。撮像デバイス１４１５は、ロケータ１４３５から撮像デバイス１４１５の視野内で発光または反射された光を検出するように設計される。ロケータ１４３５が受動要素（たとえば、再帰反射器）を含む実施形態では、撮像デバイス１４１５は、ロケータ１４３５の一部または全部を照明する光源を含むことができ、ロケータは、その光を撮像デバイス１４１５内の光源に向けて逆反射する。低速較正データは、撮像デバイス１４１５からコンソール１４２０へ伝えられ、撮像デバイス１４１５は、１つまたは複数の較正パラメータをコンソール１４２０から受け取って、１つまたは複数の撮像パラメータ（たとえば、焦点距離、フォーカス、フレーム率、ＩＳＯ、センサ温度、シャッタ速度、開度など）を調整する。
【0144】
触覚アセンブリ１４０５は、ユーザがコンソール１４２０にアクション要求を送出できるようにするデバイスである。アクション要求とは、特別なアクションを実施せよという要求である。たとえば、アクション要求は、アプリケーションを開始もしくは終了すること、またはアプリケーション内で特別なアクションを実施することであり得る。触覚アセンブリ１４０５はまた、仮想オブジェクトに接触する感覚を含む触覚フィードバックを与える。１つの実施形態では、触覚アセンブリ１４０５は、図３Ａ〜１３Ｂに描写された流体デバイスなどの複数の構成可能な流体デバイスを含み、この流体デバイスは、１つまたは複数の複合流体デバイスを形成することができる。複合流体デバイスは、たとえば、触覚アセンブリ１４０５に含まれるアクチュエータを、コンソール１４２０からの触覚フィードバック信号に応じてアドレス指定するために使用することができる。１つの実施形態では、より完全には以下の図１５で説明するように、触覚アセンブリ１４０５は触覚グローブ１５００になり、この触覚グローブを通してコンソール１４２０は、ユーザが仮想オブジェクトと対話することを可能にする。
【0145】
図１４で、触覚アセンブリ１４０５はさらに、ロケータ１４５０、１つまたは複数の位置センサ１４５５、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１４６０を含む。いくつかの実施形態では、ロケータ１４５０、１つまたは複数の位置センサ１４５５、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１４６０は、触覚アセンブリ１４０５の物理的な位置または動きを決定するために装着される。加えて、触覚アセンブリ１４０５は、コンソール１４２０から、ユーザへの触覚フィードバックに対応する触覚フィードバック信号を受け取る。この触覚フィードバック信号に応じて、触覚アセンブリ１４０５はユーザに、仮想空間内で仮想オブジェクトに接触しているという触覚フィードバックを与える。具体的には、触覚アセンブリ１４０５は、仮想空間において仮想オブジェクトと接触しているユーザの体部の物理的動きを防止または可能にする。たとえば、ユーザの指が仮想空間内で仮想オブジェクト（たとえば、仮想壁）と接触している場合、触覚アセンブリ１４０５は、その仮想空間内で仮想オブジェクトを通り抜ける方向にユーザの指が動くという物理的な動きを防止する。それゆえに、ユーザは、仮想オブジェクトに接触している感覚を受けることができる。
【0146】
１つの実施形態では、触覚フィードバック信号は、駆動されるべき触覚アセンブリ１４０５の位置または部分と、その触覚アセンブリ１４０５の位置または部分の、触覚フィードバックを与えるための駆動量とを指定する。この実施形態では、駆動量は、触覚アセンブリ１４０５の物理的位置と、仮想空間内の仮想オブジェクトの仮想位置に対応する触覚アセンブリ１４０５の仮想位置とに応じて、たとえばコンソール１４２０によって決定される。触覚アセンブリ１４０５は、触覚フィードバック信号によって指定された駆動量に応じて、仮想オブジェクトに接触しているユーザの触覚的な感覚をもたらす。
【0147】
ロケータ１４５０は、互いに、および触覚アセンブリ１４０５上の触覚アセンブリ１４０５のある決まった基準点に対して、触覚アセンブリ１４０５上のある決まった位置にある物である。ロケータ１４５０は、ロケータ１４５０が触覚アセンブリ１４０５の一部であること以外は、ロケータ１４３５と実質的に類似している。加えて、いくつかの実施形態では、触覚アセンブリ１４０５の外面または他の部分は、光の波長の可視帯域において不透明である。したがって、ロケータ１４５０は、ＩＲ帯域では透過性であるが可視帯域では不透明な外面の下でＩＲ帯域の光を発光することできる。
【0148】
位置センサ１４５５は、触覚アセンブリ１４０５の運動に応答して１つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ１４５５は、位置センサ１４５５が触覚アセンブリ１４０５の一部であること以外は、位置センサ１４４０と実質的に類似している。位置センサ１４５５は、ＩＭＵ１４６０の外部に、ＩＭＵ１４６０の内部に、またはこれらの何らかの組み合わせで位置することができる。
【0149】
１つまたは複数の位置センサ１４５５からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ１４６０は、触覚アセンブリ１４０５の初期位置を基準とした触覚アセンブリ１４０５の推定位置を指定する触覚アセンブリ１４０５の高速較正データを生成する。たとえば、位置センサ１４５５は、並進運動（前後、上下、左右）を測定する多数の加速度計と、触覚アセンブリ１４０５の回転運動（たとえば、ピッチ、ヨー、ロール）を測定する多数のジャイロスコープとを含む。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ１４６０は、測定信号を高速でサンプリングし、サンプリングされたデータから触覚アセンブリ１４０５の推定位置を計算する。たとえば、ＩＭＵ１４６０は、加速度計から受け取った測定信号を経時的に積分して速度ベクトルを推定し、その速度ベクトルを経時的に積分して触覚アセンブリ１４０５の基準点の推定位置を決定する。別法として、ＩＭＵ１４６０は、サンプリングされた測定信号をコンソール１４２０に供給し、コンソールは、触覚アセンブリ１４０５の高速較正データを決定する。触覚アセンブリ１４０５の基準点とは、触覚アセンブリ１４０５の位置を記述するために使用できる点のことである。触覚アセンブリ１４０５の基準点は、一般には空間内の点として定義され得るが、実際には触覚アセンブリ１４０５の基準点は、触覚アセンブリ１４０５内部の点（たとえば、ＩＭＵ１４６０の中心）として定義される。
【0150】
ＩＭＵ１４６０は、触覚アセンブリ１４０５の１つまたは複数の較正パラメータをコンソール１４２０から受け取る。さらに以下で論じるように、触覚アセンブリ１４０５の１つまたは複数の較正パラメータは、触覚アセンブリ１４０５の追跡を維持するために使用される。受信した触覚アセンブリ１４０５の較正パラメータに基づいて、ＩＭＵ１４６０は、１つまたは複数のＩＭＵパラメータ（たとえば、サンプルレート）を調整することができる。いくつかの実施形態では、触覚アセンブリ１４０５の特定の較正パラメータにより、ＩＭＵ１４６０が触覚アセンブリ１４０５の基準点の初期位置を更新することになるので、初期位置は、触覚アセンブリ１４０５の基準点の次の較正された位置に対応する。触覚アセンブリ１４０５の基準点の初期位置を触覚アセンブリ１４０５の基準点の次の較正された位置として更新することは、決定された推定位置に付随する累積エラーを低減する助けになる。
【0151】
コンソール１４２０は、撮像デバイス１４１５、ＨＭＤ１４１０、および触覚アセンブリ１４０５のうちの１つ以上から受け取った情報に応じて、ユーザに提示するための媒体をＨＭＤ１４１０に提供する。図１４に示された例では、コンソール１４２０は、アプリケーション記憶装置１４６５、追跡モジュール１４７０、およびエンジン１４７５を含む。コンソール１４２０のいくつかの実施形態には、図１４と併せて説明したものとは異なるモジュールがある。類似して、以下でさらに説明する機能は、本明細書に記載されたものとは別様にコンソール１４２０の構成要素に分布していることがある。
【0152】
アプリケーション記憶装置１４６５は、コンソール１４２０で実行するための１つまたは複数のアプリケーションを記憶する。アプリケーションとは命令の群のことであり、プロセッサによって実行されると、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ユーザからＨＭＤ１４１０または触覚アセンブリ１４０５の動きを介して受け取った入力に応答したものになり得る。アプリケーションの例には、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションが含まれる。
【0153】
追跡モジュール１４７０は、１つまたは複数の較正パラメータを使用してＶＲシステム１４６０を較正し、ＨＭＤ１４１０の位置を決定する際のエラーを低減するように１つまたは複数の較正パラメータを調整することができる。たとえば、追跡モジュール１４７０は、ＨＭＤ１４１０上で観測されたロケータのより正確な位置が得られるように撮像デバイス１４１５のフォーカスを調整する。その上、追跡モジュール１４７０によって実施される較正もまた、ＩＭＵ１４４５から受け取った情報を明らかにする。加えて、ＨＭＤ１４１０の追跡ができなくなった場合（たとえば、撮像デバイス１４１５が、少なくとも閾数のロケータ１４３５の視線を失う）、追跡モジュール１４７０は、システム環境１４６０の一部または全部を再較正する。
【0154】
追跡モジュール１４７０は、撮像デバイス１４１５からの低速較正情報を使用してＨＭＤ１４１０の動きを追跡する。追跡モジュール１４７０は、低速較正情報による観測されたロケータおよびＨＭＤ１４１０のモデルを用いて、ＨＭＤ１４１０の基準点の位置を決定する。追跡モジュール１４７０はまた、高速較正情報による位置情報を用いて、ＨＭＤ１４１０の基準点の位置を決定する。加えて、いくつかの実施形態では、追跡モジュール１４７０は、高速較正情報の一部分、低速較正情報、またはこれらの何らかの組み合わせを用いて、ヘッドセット１４１０の未来場所を予測することができる。追跡モジュール１４７０は、ＨＭＤ１４１０の推定または予測未来位置をエンジン１４７５に提供する。
【0155】
エンジン１４７５は、システム環境１４６０内でアプリケーションを実行し、ＨＭＤ１４１０の位置情報、加速情報、速度情報、予測未来位置、またはこれらの何らかの組み合わせを追跡モジュール１４７０から受け取る。受け取った情報に基づいて、エンジン１４７５は、ユーザに提示するためのＨＭＤ１４１０に提供するコンテンツを決定する。たとえば、受け取った情報が、ユーザが左を見ていることを知らせている場合、エンジン１４７５は、仮想環境内のユーザの動きを反映するＨＭＤ１４１０のコンテンツを生成する。加えて、エンジン１４７５は、触覚アセンブリ１４０５から受け取ったアクション要求に応答してコンソール１４２０上で実行するアプリケーション内のアクションを実施し、アクションが実施されたことのフィードバックをユーザに与える。与えられるフィードバックは、ＨＭＤ１４１０を介する可視または可聴のフィードバックでも、触覚アセンブリ１４０５を介する触覚フィードバックでもよい。
【0156】
図１５は、一実施形態による、仮想オブジェクトと対話するための例示的な触覚グローブ１５００である。図１５に示された触覚グローブ１５００は、グローブ本体１５１０、触覚装置１５２０、コントローラ１５３０、信号経路１５４０、１つまたは複数のロケータ１４５０、位置センサ１４５５、およびＩＭＵ１４６０を含む。説明を簡単にするために、１つの信号経路１５４０、１つの触覚装置１５２０、１つの位置センサ１４５５、および１つのＩＭＵ１４６０しか図１５には示されていない。図示されていない代替実施形態では、触覚グローブ１５００は、コントローラ１５３０に接続された多数の信号経路、位置センサ、および触覚装置を含むことができ、たとえば、触覚グローブ１５００の指ごとに１組の触覚装置、位置センサおよびＩＭＵがコントローラに接続されてもよい。同じく、触覚グローブ１５００の様々なエンティティによって実施される機能は、別々の実施形態では異なり得る。加えて、触覚グローブ１５００の様々なエンティティは、グローブ本体１５１０のいろいろな箇所に位置付けることができる。１つの例として、追加の触覚装置１５２０および位置センサ１４５５がグローブ本体１５１０のいろいろな部分に位置する。他の例として、触覚装置１５２０は、グローブ本体１５１０の全部の指に結合するか巻き付ける。他の例として、コントローラ１５３０は、たとえば手首または手のひらに対応して、グローブ本体１５１０の別の部分に結合される。
【0157】
グローブ本体１５１０は手を覆う装置であり、たとえば、位置センサ１４５５、触覚装置１５２０、コントローラ１５３０、信号経路１５４０に結合される覆いである。１つの実施形態では、位置センサ１４５５は、グローブ本体１５１０の対応する指（たとえば、グローブ本体の指先に対応する部分）に結合され、触覚装置１５２０は、グローブ本体１５１０の対応する指部分（たとえば、２つの指骨の間の関節に対応する部分）に結合され、コントローラ１５３０は、手の甲（すなわち、背面）に対応するグローブ本体１５１０の部分に結合される。信号経路１５４０は、コントローラ１５３０と触覚装置１５２０の間に結合される。１つの実施形態では、これらの構成要素のうちの１つ以上がグローブ本体１５１０の外面の下に置かれ、したがって外側からは見えない。加えて、または別法として、これらの構成要素のうちのいくつかはグローブ本体１５１０の外面に置かれ、視覚的に検出可能である。
【0158】
１つの実施形態では、触覚グローブ１５００は、図１４に示された触覚アセンブリ１４０５とすることができ、触覚グローブ１５００のロケータ１４５０、位置センサ１４５５およびＩＭＵ１４６０は、図１４に示された触覚アセンブリ１４０５の対応するロケータ１４５０、位置センサ１４５５およびＩＭＵ１４６０とすることができる。ユーザの手の動きは、ＩＭＵ１４６０からの高速較正データ、および／または撮像デバイス１４１５からのロケータ１４５０の低速較正に応じて検出および追跡することができる。その上、仮想オブジェクトに接触するユーザの感覚を含む触覚フィードバックをユーザに、コントローラ１５３０、信号経路１５４０、および触覚装置１５２０によって与えることができる。
【0159】
触覚装置１５２０は、仮想オブジェクトに接触するユーザの感覚を含む触覚フィードバックを与える。１つの実施形態では、触覚装置１５２０は、コントローラ１５３０から受け取った命令に従って駆動される。１つの実施形態では、触覚装置１５２０は、グローブ本体１５１０の２つの指骨間の関節に対応する部分に結合される。他の実施形態では、触覚装置１５２０は、グローブ本体１５１０全体を覆うか、グローブ本体１５１０の他の部分（たとえば、２つの別々の指の間の関節に対応するエリア）に置かれる。触覚装置１５２０は、たとえば複数のアクチュエータとすることができる。
【0160】
コントローラ１５３０は、ある決まった機能を実施するために命令を触覚装置１５２０に与えるデバイスである。コントローラ１５３０は、コンソール１４２０から命令または触覚フィードバックを受け取ることができ、それに応じて触覚装置１５２０を駆動する。コントローラ１５３０は、１つまたは複数の触覚装置（たとえば、アクチュエータ）に対する命令を生成する、図３Ａ〜１３Ｂに描写された流体デバイスなどの複数の流体デバイスを含む。図１、図２および図１４に関して上で詳細に論じたように、流体デバイスは構成可能であり、複数の流体デバイスを結合して、たとえば、デコーダのような複合流体デバイスを形成することができる。デコーダは、たとえば、コントローラ１５３０内のいくつかの論理的接続、および／または触覚装置１５２０への接続を減らす助けになり得る。それゆえに、コントローラ１５３０は、図３Ａ〜１３Ｂに関して上述したものからなる様々な組み合わせを含む、複数の流体デバイスから構成することができる。
【0161】
追加構成情報本開示の実施形態についての以上の説明は例示の目的で提示されており、網羅的なものではなく、あるいは開示されたそのままの形に本開示を限定するものではない。当業者には、上記の開示に照らして多くの修正形態および変形形態が可能であることが理解できよう。
【0162】
本明細書のいくつかの部分は、情報の操作のアルゴリズムおよび記号表現に関して本開示の実施形態について説明している。これらのアルゴリズムに関する説明および表現は、データ処理技術分野の当業者がその仕事の内容を他の当業者に事実上伝えるために通常使用されている。これらの動作は、機能的、計算的、または論理的に説明されているが、コンピュータプログラムまたは同等の電気回路、マイクロコードなどによって実現されると理解される。さらに、これらの動作装置をモジュールと呼ぶことが場合により便利であることも、一般性を失うことなく判明している。説明された動作およびその関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の組み合わせとして具現化することができる。
【0163】
本明細書に記載のステップ、動作、または処理のいずれも、１つまたは複数のハードウェアまたはソフトウェアモジュールだけで、または他のデバイスとの組み合わせで実施または実現することができる。１つの実施形態では、ソフトウェアモジュールが、コンピュータプログラムコードを含有するコンピュータ可読媒体を備えたコンピュータプログラム製品によって実現され、このコンピュータプログラムコードは、記載されたステップ、動作、または処理のいずれか、または全部を実施するために、コンピュータプロセッサによって実行することができる。
【0164】
本開示の実施形態はまた、本明細書の動作を実施するための装置とも関連があり得る。この装置は、必要とされる目的のために特別に造ることができ、かつ／または、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に起動もしくは再構成される汎用計算デバイスを備えることができる。このようなコンピュータプログラムは、非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体、または電子的命令を記憶するのに適している任意の種類の媒体に記憶することができ、これらの媒体はコンピュータシステムバスに結合することができる。さらに、本明細書で言及されるいずれの計算システムも、単一のプロセッサを含むことができ、あるいは計算能力の増大のために多数のプロセッサ設計を使うアーキテクチャとすることができる。
【0165】
本開示の実施形態はまた、本明細書に記載の計算処理によって製造される製品にも関連があり得る。このような製品は、計算処理から得られた情報を備えることができ、この情報は、非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体に記憶され、本明細書に記載のコンピュータプログラム製品または他のデータ組み合わせの任意の実施形態を含み得る。
【0166】
最後に、本明細書に使用される言葉は、主として読みやすさおよび教示の目的のために選ばれており、本発明の主題を詳細に叙述または範囲を定めるために選ばれてはいないことがある。したがって、本開示の範囲は、本明細書の「発明を実施するための形態」によってではなく、本明細書に基づいて出願時に出されるいずれかの特許請求の範囲によって限定されるものである。それゆえに、諸実施形態の開示は、添付の特許請求の範囲に明示されている本開示の範囲を限定するものではなく、例示するものである。