MX2013010253A - Aparato, sistema y procedimiento de retroalimentacion de accionador de polimero electroactivo. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan un sistema electrónico de control de retroalimentación de amortiguación para un módulo de polímero electroactivo, un dispositivo de polímero electroactivo, y un procedimiento implementado por ordenador para la creación de efectos realistas. El controlador electrónico de amortiguación está acoplado en un bucle de retroalimentación entre un dispositivo de interfaz de usuario y un accionador de polímero electroactivo, donde el accionador está acoplado al dispositivo de interfaz de usuario. El controlador electrónico de amortiguación está configurado para recibir una señal de accionamiento desde el dispositivo de interfaz de usuario en respuesta a una entrada de usuario. En respuesta a la señal de accionamiento, el controlador electrónico de amortiguación genera una señal electrónica de amortiguación para acoplarse al accionador. El dispositivo de polímero electroactivo incluye un dispositivo de interfaz de usuario, un accionador de polímero electroactivo acoplado al dispositivo de interfaz de usuario, y el controlador electrónico de amortiguación. La presente invención puede proporcionar dispositivos mejorados de interfaz de usuario.

Description

APARATO. SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE RETROALIMENTACIÓN DE ACCIONADOR DE POLÍMERO ELECTROACTIVO CAMPO DE LA INVENCIÓN En diversas realizaciones, la presente divulgación se refiere, en general, a dispositivos de ¡nterfaz de usuario, y más específicamente a la utilización de amortiguación electrónica para la replicación mejorada de "pulsación de las teclas" en dispositivos comúnmente utilizados para comunicarse con ordenadores y dispositivos mecánicos por parte de un usuario. La presente divulgación también se refiere a un procedimiento de creación de respuesta táctil realista cuando un usuario toca una superficie, presiona un botón o tecla, o gira un pomo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los usuarios interactúan con dispositivos electrónicos y mecánicos sobre una base diaria en una variedad de aplicaciones. Estas aplicaciones incluyen la interacción con pantallas táctiles de teléfonos inteligentes y tabletas, ratones de ordenador, ratones de bola, dispositivos de almohadilla táctil, dispositivos de control a distancia, interfaces de usuario para aplicaciones, controladores de juegos y consolas, y pantallas de ordenador. Algunos dispositivos de interfaz proporcionan retroalimentación de fuerza o retroalimentación táctil al usuario, indicada colectivamente como "retroalimentación háptica". Versiones hápticas de pantallas táctiles, ratones, joysticks, volantes, almohadillas táctiles, controladores de juegos, entre otros tipos de dispositivos, ya proporcionan al usuario alguna forma de retroalimentación háptica. Algunos dispositivos de mano móviles y controladores de juego, por ejemplo, emplean dispositivos de retroalimentación háptica convencionales que utilizan pequeños vibradores para mejorar la experiencia de juego del usuario, proporcionando una vibración de retroalimentación de fuerza al usuario mientras juega a videojuegos o para reconocer que un botón virtual ha sido seleccionado en un pantalla táctil.

Aunque estos vibradores pueden ser adecuados para proporcionar retroalimentacion táctil suministrando una sensación al usuario, no reproducen adecuadamente la sensación real de la "pulsación de las teclas". Por otra parte, cuando se utilizan dispositivos de retroalimentacion de polímeros electroactivos convencionales para mover una pantalla táctil para proporcionar retroalimentacion táctil, producen timbres mecánicos que causan sensaciones indeseables. A menudo, tales sensaciones indeseables se manifiestan como un "zumbido" inherente cuando se trata de proporcionar una sensación de respuesta a la "pulsación de las teclas" al usuario. Esto produce una sensación no realista para el usuario.

La creación de efectos realistas utilizando sistemas no lineales ha demostrado ser un reto. Las técnicas convencionales, por ejemplo, utilizan un enfoque de ensayo y error con interfaces gráficas. Estas técnicas, sin embargo, no proporcionan al diseñador las formas de onda requeridas y requieren un enfoque de "adivinar y tratar" para proporcionar efectos hápticos realistas.

Para superar estas y otras dificultades experimentadas con los dispositivos de retroalimentacion háptica convencionales, la presente divulgación proporciona módulos de retroalimentacion basados en polímeros electroactivos implementados en elastómeros dieléctricos que tienen el ancho de banda y la densidad de energía requerida para hacer que los dispositivos de interfaz de usuario sean a la vez sensibles y compactos. Tales módulos de retroalimentacion de polímero electroactivo incluyen una hoja delgada, que comprende una película dieléctrica de elastómero intercalada entre dos capas de electrodos. Cuando se aplica una alta tensión a los electrodos, los dos electrodos de atracción comprimen la porción de la hoja intercalada entre las capas de electrodos. El dispositivo de retroalimentacion de polímero electroactivo puede tener la forma de un módulo delgado de baja potencia que se puede colocar debajo de una pantalla táctil para proporcionar una retroalimentacion háptica. Estos dispositivos de retroalimentacion proporcionan accionadores de polímero electroactivo mejorados que crean sensaciones y respuestas de "pulsación de las teclas" realistas utilizando las técnicas de amortiguación electrónica y una técnica de reproducción de pulsaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente divulgación se aplica a varios aspectos de un accionador basado en polímeros electroactivos. En una realización, se proporciona un sistema de control de retroalimentación de amortiguación electrónico para un módulo de polímero electroactivo. El sistema comprende un controlador electrónico de amortiguación acoplado en un bucle de retroalimentación entre un dispositivo de interfaz de usuario y un accionador de polímero electroactivo, en el que el accionador de polímero electroactivo está acoplado al dispositivo de interfaz de usuario. El controlador electrónico de amortiguación está configurado para recibir una señal de accionamiento desde el dispositivo de interfaz de usuario en respuesta a una entrada del usuario. En respuesta a la señal de accionamiento, el controlador electrónico de amortiguación genera una señal electrónica de amortiguación para accionar el accionador y amortiguar las vibraciones mecánicas. La presente invención puede proporcionar dispositivos de interfaz de usuario mejorados, tales como, por ejemplo, pantallas táctiles, tabletas, ordenadores portátiles, ratones de ordenador, ratones de bola, dispositivos de almohadilla táctil, dispositivos de control a distancia, interfaces de usuario para aplicaciones, controladores de juegos, consolas de videojuegos, sistemas de juegos portátiles, monitores, dispositivos portátiles, teléfonos inteligentes, dispositivos móviles, teléfonos móviles, dispositivos de Internet móviles, ayudantes personales digitales, receptores de sistema de posicionamiento global, mandos a distancia, ordenadores y periféricos, juegos y similares.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra una vista en sección de un sistema de polímero electroactivo, de acuerdo con una realización; La figura 2A muestra una vista en perspectiva desde arriba de una porción de transductor de un sistema de polímero electroactivo de acuerdo con una realización, de acuerdo con una realización; La figura 2B muestra una vista en perspectiva desde arriba de la porción de transductor del sistema de polímero electroactivo que se muestra en la figura 2A, incluyendo una deflexión en respuesta a un cambio en el campo eléctrico, de acuerdo con una realización; La figura 3A muestra un diagrama de un sistema para cuantificar el rendimiento de un módulo de polímero electroactivo que proporciona una capacidad adecuada para juegos/música y aplicaciones de pulsación, de acuerdo con una realización; La figura 3B muestra un diagrama de bloques funcional del sistema que se muestra en la figura 2A, de acuerdo con una realización; La figura 4A muestra un modelo de sistema mecánico del sistema mecánico de accionamiento mostrado en las figuras 3A-B, de acuerdo con una realización; La figura 4B muestra un modelo de rendimiento de un accionador de polímero electroactivo, de acuerdo con una realización; La figura 5A muestra un aspecto de un accionador segmentado configurado en una geometría de matriz de barras, de acuerdo con una realización; La figura 5B muestra una vista lateral del accionador segmentado que se muestra en la figura 5A, que ilustra un aspecto de una disposición eléctrica de las fases respecto a los elementos de marco y las barras del accionador, de acuerdo con una realización; La figura 5C muestra una vista lateral que ilustra el acoplamiento mecánico del marco con un plano posterior y las barras a una placa de salida, de acuerdo con una realización; La figura 6A muestra una representación gráfica de la amplitud de pulsación prevista que un módulo candidato podría proporcionar en servicio para la palma de la mano y la punta de los dedos, de acuerdo con una realización; La figura 6B muestra una representación gráfica de una sensación de pulsación prevista que un módulo candidato podría proporcionar en servicio para la palma de la mano y la punta de los dedos, de acuerdo con una realización; La figura 7 muestra una representación gráfica de la respuesta de estado estacionario del módulo con una masa de prueba medida en la parte superior del banco, modelada (línea) respecto a medida (puntos), de acuerdo con una realización; La figura 8 muestra una representación gráfica de los datos de pulsaciones observadas para dos usuarios (puntos), y las predicciones del modelo para un usuario medio (líneas), de acuerdo con una realización; La figura 9A muestra un sistema electrónico de amortiguación que comprende un accionador segmentado acoplado a un dispositivo de interfaz de usuario y un controlador electrónico de amortiguación, de acuerdo con una realización; La figura 9B muestra una representación gráfica de una señal de control de tensión de amortiguación generada por el controlador electrónico de amortiguación en respuesta a una señal de accionamiento, de acuerdo con una realización; La figura 9C muestra una representación gráfica de una curva de desplazamiento representativa del movimiento de un accionador de polímero electroactivo en respuesta a una señal de control de tensión de amortiguación, de acuerdo con una realización; La figura 9D muestra un controlador electrónico de amortiguación, de acuerdo con una realización; La figura 10 muestra un diagrama lógico de un procedimiento implementado por ordenador 1000 de creación de efectos realistas; La figura 11 muestra un sistema en el que las realizaciones del procedimiento descrito en relación con la figura 10 pueden implementarse, de acuerdo con una realización, y La figura 12 muestra un entorno de ejemplo, que es representativo del ordenador de propósito general para la implementación de diversos aspectos del procedimiento implementado por ordenador para cuantificar la capacidad de un aparato de polímero electroactivo, de acuerdo con una realización.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Antes de explicar las realizaciones de dispositivos de retroalimentación de polímero electroactivo, cabe señalar que las realizaciones descritas no se limitan en su aplicación o uso a los detalles de construcción y de disposición de las piezas ilustradas en los dibujos y en la descripción que se acompañan. Las realizaciones descritas pueden implementarse o incorporarse en otras realizaciones, variaciones y modificaciones, y pueden ponerse en práctica o llevarse a cabo de diversas maneras. Además, a menos que se indique lo contrario, los términos y las expresiones empleados en este documento se han elegido para el propósito de describir las realizaciones para fines ilustrativos y para la conveniencia del lector, y no están destinados a limitar los efectos de cualquiera de las realizaciones a los particulares divulgados. Además, debe entenderse que una cualquiera o más de las realizaciones descritas, expresiones de realizaciones y ejemplos se pueden combinar con una cualquiera o más de las otras realizaciones divulgadas, expresiones de realizaciones y ejemplos, sin limitación. Por lo tanto, la combinación de un elemento divulgado en una realización y un elemento divulgado en otra realización se considera que está dentro del alcance de la presente descripción y de las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención proporciona un sistema de control de retroalimentación de amortiguación electrónico para un módulo de polímero electroactivo, comprendiendo el sistema un controlador electrónico de amortiguación acoplado en un bucle de retroalimentación entre un dispositivo de interfaz de usuario y un accionador de polímero electroactivo, en el que el accionador está acoplado al dispositivo de interfaz de usuario, y en el que el controlador electrónico de la amortiguación está configurado para recibir una señal de accionamiento desde el dispositivo de interfaz de usuario en respuesta a una entrada del usuario y, en respuesta a la señal de accionamiento, el controlador electrónico de amortiguación genera una señal de amortiguación electrónica para accionar el accionador y amortiguar el movimiento mecánico.

En diversas realizaciones, la presente descripción proporciona dispositivos de retroalimentación de polímeros electroactivos que proporcionan realistas sensaciones de "pulsación de las teclas" y respuestas utilizando técnicas electrónicas de amortiguación y una técnica de reproducción de pulsaciones. Se apreciará que los términos "polímero electroactivo" y "elastómero dieléctrico" se pueden utilizar indistintamente a lo largo de la presente descripción. Estas y otras realizaciones específicas se ilustran y describen a continuación.

La presente divulgación proporciona varias realizaciones de dispositivos de retroalimentación de polímeros electroactivos integrados. Antes de empezar una descripción de los diversos dispositivos integrados que comprenden módulos de retroalimentación basados en polímeros electroactivos, la presente descripción vuelve brevemente a la figura 1 , que ilustra una vista en sección de un sistema de polímero electroactivo, de acuerdo con una realización, que puede incorporarse integralmente con diversos dispositivos, tales como, por ejemplo, pantallas táctiles, tabletas, ordenadores portátiles, ratones de ordenador, ratones de bola, dispositivos de almohadilla táctil, mandos a distancia, interfaces de usuario para aplicaciones, controladores de juegos, consolas de videojuegos, sistemas de juegos portátiles, monitores, dispositivos portátiles, teléfonos inteligentes, dispositivos móviles, teléfonos móviles, dispositivos de Internet móviles, asistentes personales digitales, receptores de sistemas de posicionamiento global, mandos a distancia, ordenadores y periféricos de juego, y similares. El sistema de polímero electroactivo integrado mejora la experiencia de retroalimentación táctil del usuario. Una realización de un sistema de polímero electroactivo se describe ahora con referencia al módulo de polímero electroactivo 100. Un accionador de polímero electroactivo desliza una placa de salida 102 (por ejemplo, superficie de deslizamiento) con relación a una placa fija 104 (por ejemplo, superficie fija) cuando se activa mediante una alta tensión. Las placas 102, 104 están separadas mediante bolas de acero y tienen características que limitan el movimiento en la dirección deseada, limitan el desplazamiento, y soportan las pruebas de caída. Para integración en un dispositivo móvil, la placa superior 102 puede estar unida a una masa inercial, como la batería o la superficie táctil, o la pantalla del dispositivo móvil. En la realización ilustrada en la figura 1 , la placa superior 102 del módulo de polímero electroactivo 100 comprende una superficie de deslizamiento que se monta en una masa inercial o la parte posterior de una superficie de contacto que puede moverse bidireccionalmente, como se indica mediante la flecha 106. Entre la placa de salida 102 y la placa fija 104, el módulo de polímero electroactivo 100 comprende al menos un electrodo 108, opcionalmente al menos un divisor 110, y al menos una barra 112 que se fija a la superficie de deslizamiento, por ejemplo, la placa superior 102. Unos segmentos de marco y divisor 114 se unen a una superficie fija, por ejemplo, la placa inferior 104. El módulo de polímero electroactivo 100 puede comprender cualquier número de barras 112 configurada en matrices para amplificar el movimiento de la superficie de deslizamiento. El módulo de polímero electroactivo 100 puede estar acoplado a la electrónica de accionamiento de un circuito controlador de accionador a través de un cable flexible.

Las ventajas del módulo de polímero electroactivo 100 incluyen proporcionar respuestas de retroalimentación de fuerza al usuario que son sensaciones más realistas, que se puede sentir de manera sustancialmente inmediata, consumen significativamente menos batería y son adecuados para el diseño personalizare y para opciones de rendimiento. El módulo de polímero electroactivo 100 es representativo de los módulos de polímero electroactivo desarrollados por Artificial Muscle, Inc. (AMI), de Sunnyvale, CA.

Todavía con referencia a la figura 1 , muchas de las variables de diseño del módulo de polímero electroactivo 100, (por ejemplo, espesor, huella) se pueden fijar por las necesidades de los integradores del módulo, mientras que otras variables (por ejemplo, el número de capas dieléctricas, la tensión de servicio) pueden estar limitadas por el coste. Debido a la geometría del accionador - la asignación de la huella a la estructura de soporte rígida respecto al dieléctrico activo - no tienen mucho impacto en el coste, que es una forma razonable para adaptar el rendimiento del módulo de polímero electroactivo 100 a una aplicación en la que el módulo de polímero electroactivo 100 está integrado con un dispositivo móvil.

Pueden usarse técnicas de modelado informáticas aplicadas para evaluar los méritos de las diferentes geometrías de accionadores, tales como: (1) Mecánica del sistema de auricular/usuario; (2) Rendimiento del accionador, y (3) Sensación del usuario. Juntos, estos tres componentes proporcionan un proceso implementado por ordenador para la estimación de la capacidad háptica de los diseños candidatos y el uso de los datos de la capacidad háptica estimada para seleccionar un diseño háptico adecuado para la producción en masa. El modelo predice la capacidad de dos tipos de efectos: efectos largos (juegos y música), y efectos cortos (pulsaciones de las teclas). "Capacidad" se define aquí como la sensación máxima que un módulo puede producir en el servicio. Tales procesos implementados por ordenador para estimar la capacidad háptica de los diseños candidatos se describen con más detalle en la solicitud de patente internacional PCT No. PCT/US201 1/000289 del mismo solicitante, presentada el 15 de febrero de 201 1 , titulada "Aparatos hápticos y técnicas para cuantificar su capacidad", cuya descripción se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad.

La transformación entre la energía eléctrica y mecánica en los dispositivos de la presente descripción se basa en la conversión de energía de una o más áreas activas de un polímero electroactivo, tal como, por ejemplo, un elastómero dieléctrico. Los polímeros electroactivos desvían cuando son accionados por la energía eléctrica. Para ayudar a ¡lustrar el funcionamiento de un polímero electroactivo en la conversión de la energía eléctrica en energía mecánica, la figura 2A ilustra una vista en perspectiva desde arriba de una porción de transductor 200, de acuerdo con una realización. La porción de transductor 200 comprende un polímero electroactivo 202 para la conversión entre energía eléctrica y energía mecánica. En una realización, un polímero electroactivo se refiere a un polímero que actúa como un dieléctrico aislante entre dos electrodos y puede doblarse bajo la aplicación de una diferencia de tensión entre los dos electrodos. Los electrodos superior e inferior 204 y 206 están unidos al polímero electroactivo 202 en sus superficies superior e inferior, respectivamente, para proporcionar una diferencia de tensión a través de una porción del polímero 202. El polímero 202 se dobla con un cambio en el campo eléctrico proporcionado por los electrodos superior e inferior 204 y 206. La deflexión de la porción de transductor 200 en respuesta a un cambio en el campo eléctrico proporcionado por los electrodos 204 y 206 se conoce como accionamiento. Cuando el polímero 202 cambia en la forma, espesor y/o área, la deflexión puede ser utilizada para producir trabajo mecánico.

La figura 2B ilustra una vista en perspectiva desde arriba de la porción de transductor 200 incluyendo la deflexión en respuesta a un cambio en el campo eléctrico, de acuerdo con una realización. En general, la deflexión se refiere a cualquier desplazamiento, expansión, contracción, torsión, deformación lineal o del área, o cualquier otra deformación de una porción del polímero 202. El cambio en el campo eléctrico correspondiente a la diferencia de tensión aplicada a o por los electrodos 204, 206 produce presión mecánica dentro del polímero 202. En este caso, las cargas eléctricas diferentes producidas por los electrodos 204, 206 se atraen entre sí y proporcionan una fuerza de compresión entre los electrodos 204, 206 y una fuerza de expansión en el polímero 202 en las direcciones planas 208, 210, haciendo que el polímero 202 se comprima entre los electrodos 204, 206 y se estire en las direcciones planas 208, 210.

En algunos casos, los electrodos 204, 206 cubren una porción limitada del polímero 202 con relación al área total del polímero. Esto se puede hacer para evitar la ruptura eléctrica alrededor del borde del polímero 202 o para lograr deflexiones a medida para una o más porciones del polímero. Como término que se usa en este documento, un área activa se define como una porción de un transductor que comprende el material de polímero 202 y al menos dos electrodos. Cuando se utiliza el área activa para convertir la energía eléctrica en energía mecánica, el área activa incluye una porción del polímero 202 que tiene suficiente fuerza electrostática para permitir la deflexión de la porción. Cuando se utiliza el área activa para convertir la energía mecánica en energía eléctrica, el área activa incluye una porción del polímero 202 que tiene suficiente deformación para permitir un cambio en la energía electrostática. Como se describirá a continuación, un polímero de acuerdo con la presente descripción puede tener múltiples áreas activas. En algunos casos, el material del polímero 202 fuera de un área activa puede actuar como una fuerza elástica externa en el área activa durante la deformación. Más específicamente, el material de polímero fuera del área activa puede resistir la deflexión del área activa mediante su contracción o expansión. La eliminación de la diferencia de tensión y la carga inducida provoca los efectos inversos.

Los electrodos 204, 206 son compatibles y cambian de forma con el polímero 202. La configuración del polímero 202 y de los electrodos 204, 206 proporciona el aumento de la respuesta del polímero 202 con la deflexión. Más específicamente, cuando la porción del transductor 200 se dobla, la compresión del polímero 202 acerca las cargas opuestas de los electrodos 204, 206 y el estiramiento del polímero 202 separa cargas similares en cada electrodo. En una realización, uno de los electrodos 204, 206 es la conexión a tierra.

En general, la porción de transductor 200 continúa doblándose hasta que las fuerzas mecánicas equilibran las fuerzas electrostáticas que accionan la deflexión. Las fuerzas mecánicas incluyen fuerzas de retroceso elásticas del material de polímero 202, el cumplimiento de los electrodos 204, 206 y cualquier resistencia externa proporcionada por un dispositivo y/o carga acoplada a la porción de transductor 200. La deflexión de la porción de transductor 200 como resultado de la tensión aplicada también puede depender de una serie de otros factores, tales como la constante dieléctrica del polímero 202 y el tamaño del polímero 202.

Los polímeros electroactivos de acuerdo con la presente descripción son capaces de doblarse en cualquier dirección. Después de la aplicación de la tensión entre los electrodos 204, 206, el polímero 202 se expande (se estira) en ambas de las direcciones planas 208, 210. En algunos casos, el polímero 202 es incompresible, por ejemplo, tiene un volumen sustancialmente constante bajo tensión. Para un polímero incompresible 202, el polímero 202 disminuye en espesor como resultado de la expansión en las direcciones planas 208, 210. Cabe destacar que las realizaciones no se limitan a polímeros incompresibles y la deflexión del polímero 202 puede no ajustarse a una relación tan simple.

La aplicación de una diferencia de tensión relativamente grande entre los electrodos 204, 206 en la porción de transductor 200 que se muestra en la figura 2A hará que la porción de transductor 200 cambie a una forma de área más delgada y más grande, como se muestra en la figura 2B. De esta manera, la porción de transductor 200 convierte la energía eléctrica en energía mecánica. La porción de transductor 200 también puede utilizarse para convertir la energía mecánica en energía eléctrica de una manera bidireccional.

Las figuras 2A y 2B se pueden usar para mostrar una manera en la que la porción de transductor 200 convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Por ejemplo, si la porción de transductor 200 se estira mecánicamente mediante las fuerzas externas a una forma de área más delgada y más grande tal como la que se muestra en la figura 2B, y se aplica una diferencia de tensión relativamente pequeña (inferior a la necesaria para accionar la película a la configuración en la figura 2B) entre los electrodos 204, 206, la porción de transductor 200 se contraerá en el área entre los electrodos a una forma tal como en la figura 2A cuando se retiren las fuerzas externas. Estirar el transductor se refiere a doblar el transductor 200 desde su posición original de reposo - típicamente para dar lugar a una superficie neta más grande para la porción del polímero 200 entre los electrodos, por ejemplo, en el plano definido por las direcciones 208, 210 entre los electrodos. La posición de reposo se refiere a la posición de la porción de transductor 200 que no tiene entrada eléctrica o mecánica externa y puede comprender cualquier deformación previa en el polímero. Una vez que la porción de transductor 200 se estira, la diferencia de tensión relativamente pequeña se proporciona de tal manera que las fuerzas electrostáticas resultantes son insuficientes para equilibrar las fuerzas de recuperación elástica del estiramiento. La porción de transductor 200, por lo tanto, se contrae y se hace más gruesa y tiene un área plana más pequeña en el plano definido por las direcciones 208, 210 (ortogonales al espesor entre los electrodos en la dirección 212). Cuando el polímero 202 se vuelve más grueso, separa los electrodos 204, 206 y sus correspondientes cargas opuestas, aumentando así la energía eléctrica y la tensión de la carga. Además, cuando los electrodos 204, 206 se contraen en un área más pequeña, cargas similares dentro de cada electrodo se comprimen, también aumentando la energía eléctrica y la tensión de la carga. Por lo tanto, con diferentes cargas de los electrodos 204, 206, la contracción desde una forma tal como la que se muestra en la figura 2B a una tal como la mostrada en la figura 2A aumenta la energía eléctrica de la carga. Es decir, la deflexión mecánica se convierte en energía eléctrica y la porción de transductor 200 actúa como un generador.

En algunos casos, la porción de transductor 200 se puede describir eléctricamente como un condensador variable. La capacitancia disminuye por el cambio de forma que va desde la que se muestra en la figura 2B a la mostrada en la figura 2A. Típicamente, la diferencia de tensión entre los electrodos 204, 206 aumentará por la contracción. Este es normalmente el caso, por ejemplo, si no se añade o se resta carga adicional desde los electrodos 204, 206 durante el proceso de contracción. El aumento en la energía eléctrica, U, puede ilustrarse mediante la fórmula U = 0,5 Q2/C, donde Q es la cantidad de carga positiva en el electrodo positivo y C es la capacitancia variable que se refiere a las propiedades dieléctricas intrínsecas del polímero 202 y su geometría. Si Q es fijo y C disminuye, entonces la energía eléctrica U aumenta. El aumento en la energía eléctrica y la tensión se puede recuperar o se utiliza en un dispositivo adecuado o circuito electrónico en comunicación eléctrica con los electrodos 204, 206. Además, la porción de transductor 200 puede estar acoplada mecánicamente a una entrada mecánica que dobla el polímero y proporciona energía mecánica.

La porción de transductor 200 convertirá la energía mecánica en energía eléctrica cuando se contrae. Algunos o todos de la carga y la energía se pueden retirar cuando la porción de transductor 200 está completamente contraída en el plano definido por las direcciones 208, 210. Alternativamente, algunos o todos de la carga y la energía se pueden retirar durante la contracción. Si la presión del campo eléctrico en el polímero 202 aumenta y alcanza el equilibrio con las fuerzas de recuperación elásticas y mecánicas de carga externa durante la contracción, la contracción se detendrá antes de la contracción total, y ninguna energía mecánica elástica adicional se convertirá en energía eléctrica. La retirada de parte de la carga y de la energía eléctrica almacenada reduce la presión del campo eléctrico, permitiendo de este modo que la contracción continúe. Por lo tanto, la retirada de parte de la carga puede además convertir la energía mecánica en energía eléctrica. El comportamiento eléctrico exacto de la porción de transductor 200 al funcionar como generador depende de cualquier carga eléctrica y mecánica, así como de las propiedades intrínsecas del polímero 202 y de los electrodos 204, 206.

En una realización, el polímero electroactivo 202 puede ser tensar previamente. El pretensado de un polímero puede describirse, en una o más direcciones, como el cambio en la dimensión en esa dirección después del pretensado respecto a la dimensión en esa dirección antes del pretensado. El pretensado puede comprender la deformación elástica del polímero 202 y puede formarse, por ejemplo, estirando el polímero en tensión y fijando uno o más de los bordes mientras se estiran. Para muchos polímeros, el pretensado mejora la conversión entre energía eléctrica y mecánica. La respuesta mecánica mejorada permite un mayor trabajo mecánico para un polímero electroactivo, por ejemplo, deflexiones y presiones de accionamiento más grandes. En una realización, el pretensado mejora la resistencia dieléctrica del polímero 202. En otra realización, el pretensado es elástico. Después del accionamiento, un polímero elásticamente pretensado podría, en principio, ser no fijo y volver a su estado original. El pretensado se puede imponer en los límites utilizando un marco rígido o también puede implementarse localmente para una porción del polímero.

En una realización, el pretensado se puede aplicar de manera uniforme sobre una porción de polímero 202 para producir un polímero isotrópico pretensado. A modo de ejemplo, un polímero elastomérico acrílico puede estirarse en un 200 a 400 por ciento en ambas direcciones planas. En otra realización, el pretensado se aplica en forma desigual en diferentes direcciones para una porción de polímero 202 para producir un polímero anisotrópico pretensado. Por ejemplo, una película de silicona puede estirarse aproximadamente del 0 al 50% en una dirección plana y aproximadamente del 30 al 100% en otra dirección del plano. En este caso, el polímero 202 puede doblarse más en una dirección que en otra cuando se acciona. Si bien no se desea estar ligado por la teoría, los presentes inventores creen que el pretensado de un polímero en una dirección puede aumentar la rigidez del polímero en la dirección del pretensado. De la misma manera, el polímero es relativamente más rígido en la dirección del alto pretensado y menos rígido en la dirección del bajo pretensado y, tras el accionamiento, se produce más deflexión en la dirección de bajo pretensado. En una realización, la deflexión en la dirección 208 de la porción de transductor 200 se puede mejorar mediante la explotación de un gran pretensado en la dirección perpendicular 210. Por ejemplo, un polímero elastomérico acrílico usado como la porción de transductor 200 puede estirarse un 200 por ciento en la dirección 208 y un 500 por ciento en la dirección perpendicular 210. La cantidad de pretensado de un polímero se puede basar en el material del polímero y en el rendimiento deseado del polímero en una aplicación.

La figura 3A es un diagrama de un sistema 300 para cuantificar el rendimiento de un módulo de polímero electroactivo que proporciona la capacidad de adecuada para juegos/música y pulsaciones, de acuerdo con una realización. El sistema 300 se puede emplear para generar señales eléctricas para amortiguación electrónica para mejorar la replicación de las "pulsaciones de las teclas" en pantallas táctiles comúnmente utilizadas para comunicarse con ordenadores y dispositivos mecánicos por parte de un usuario. El sistema 300 también se puede emplear para crear una respuesta táctil realista cuando un usuario toca una superficie, presiona un botón o tecla, o gira un pomo. Como se muestra en la figura 3A, la salida del sistema 300 es la sensibilidad (S) respecto a la frecuencia (f) en respuesta a un estado estacionario de entrada 302 y a una entrada transitoria 304 en un módulo del sistema de accionador mecánico 306 simulando el módulo de polímero electroactivo 100 de la figura 1. Funcionalmente, el módulo del sistema de accionador mecánico 306 representa una porción de la punta del dedo 308 aplicando una presión de entrada al módulo de polímero electroactivo 100 o una porción de palma 310 apretando el módulo háptico 100. La aplicación de una tensión máxima al accionador 100 a diferentes frecuencias produce amplitudes de estado estacionario A(f) en el módulo del sistema de accionador mecánico 306 que un usuario percibirá como sensaciones S(f). Un módulo de percepción de intensidad 312 asigna desplazamiento a la sensación. Estas sensaciones S(f), que dependen de la frecuencia y de la amplitud, tienen intensidades que se pueden expresar en decibelios, y describen la capacidad de juego de un diseño. La capacidad de pulsación se puede describir de una manera similar. La amplitud de una respuesta transitoria x(t) a un pulso a plena tensión se asigna a la sensación en decibelios. Esa sensación es la "pulsación" más intensa que el diseño puede producir en un solo ciclo. Como la capacidad de juego puede aprovechar la resonancia, se puede superar la capacidad de pulsación.

La figura 3B es un diagrama de bloques funcional 314 del sistema 300, de acuerdo con una realización. La sensación S(t) se produce en respuesta a un comando de entrada de estado estacionario V(t). El módulo del sistema accionador mecánico 306 produce un desplazamiento x(t) en respuesta al comando de entrada V(t). El módulo de percepción de la intensidad 312 asigna la entrada de desplazamiento x(t) a la sensación S(t).

De acuerdo con este enfoque, se construye un modelo para la cuantificación de la capacidad del módulo de polímero electroactivo 100. También se describe una calibración del sistema mecánico del accionador 306 en el que trabaja el módulo de polímero electroactivo 100, que incluye la porción de la punta del dedo 308 y la porción de la palma 310. Las secciones de la presente descripción relativas al rendimiento del accionador proporcionan un modelo de propósito general y un procedimiento de segmentación del accionador que ajusta el rendimiento para que coincida con el sistema de accionador mecánico 306. También se presenta el modelo de calibración de la sensación a los datos publicados. La capacidad del módulo háptico 100 se describe respecto a la geometría del accionador. El rendimiento de módulos reales en comparación con el modelo y con las mediciones de otras tecnologías también se describe a continuación.

Una aplicación de interés para este modelo es un dispositivo móvil portátil, con un módulo de polímero electroactivo que acciona una pantalla táctil lateralmente en relación con el resto de la masa del dispositivo móvil. Un estudio de una serie de pantallas y pantallas táctiles en diferentes dispositivos móviles resultó en un promedio de masa móvil de aproximadamente 25 gramos y una masa del dispositivo restante de aproximadamente 100 gramos. Estos valores representan una población significativa de los dispositivos móviles, pero podrían alterarse fácilmente para otras clases de electrónica de consumo (es decir, sistemas de satélite de posicionamiento global (GPS), sistemas de juego).

Contabilización de la mecánica del auricular y del usuario La figura 4A es un modelo de sistema mecánico 400 del módulo del sistema de accionador mecánico 306 que se muestra en las figuras 3A-3B, de acuerdo con una realización. El sistema mecánico del accionador 306 que se muestra en las figuras. 3A-3B está expandido. Las cajas de trazos indican los parámetros de la punta del dedo 402, la palma 408, y el accionador 410 que se ajusta a los datos. En servicio, el módulo de polímero electroactivo 100 es parte de un sistema mecánico más grande que incluye la punta del dedo 402, la pantalla táctil 404, la carcasa del auricular 406, y la palma 408. El modelo del sistema mecánico 400 muestra elementos concentrados que se aproximan a este sistema y al accionador en su interior. El dedo 402 y la palma 408 son tratados como sistemas elásticos de amortiguador de masa simples (m, k, c). Para la estimación de estos parámetros, la respuesta de estado estacionario a la vibración de corte proximal/distal se mide en la punta del dedo índice 402 durante la pulsación de las teclas, y en la palma 408 que sujeta una masa del tamaño de un auricular. Estas medidas añaden datos a la creciente literatura sobre la impedancia háptica, particularmente las tracciones tangenciales sobre la piel, donde las limitaciones de espacio permiten citar sólo algunos ejemplos. Ejemplos de este tipo de literatura incluyen, por ejemplo, Lundstrom, R., "Local Vibrations - Mechanical Impedance of the Human Hand's Glabrous Skin," Journal of Biomechanics 17, 137-144 (1984); Hajian, A. Z. y Howe, R. D., "Identification of the mechanical impedance at the human finger tip," ASME Journal of Biomechanical Engineeríng 1 19(1), 109-114 (1997); e Israr, A., Choi, S. and Tan, H. Z., "Mechanical Impedance of the Hand Holding a Spherical Tool at Threshold and Suprathreshold Stimulation Levéis," Proceedings of the Second Joint EuroHaptics Conference and Symposium on Haptic Interíaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems, 55-60 (2007).

La figura 4B ilustra un modelo de rendimiento 412 del accionador 410, de acuerdo con una realización. La fuerza del accionador (F) y el índice elástico (k3) dependen de la geometría (primeros nueve parámetros), del módulo de corte (G), y de las propiedades eléctricas. Una geometría variable, n (círculo de trazos), representa una variable que se puede variar durante la simulación, por ejemplo. El accionador 410 puede ser tratado como una fuente de fuerza en paralelo con un muelle y un amortiguador. La adición de un amortiguador adicional, éste cuadrático (F —Cq^v2), puede mejorar la calibración del rendimiento medido. La geometría del accionador 410 determina la fuerza bloqueada y el índice elástico pasivo. Un modelo Neo-Hookean describe la mecánica del dieléctrico sometido al pretensado {p) con un parámetro libre, el módulo de corte (G), que se calibró con pruebas de tensión/tracción. Un modelo de energía produce una expresión compacta para la fuerza como función del desplazamiento del accionador y de la tensión. La segmentación del accionador en (n) secciones permite a los diseñadores compensar el trabajo mecánico disponible entre la larga carrera libre y la alta fuerza bloqueada, y también para ajustar la frecuencia de resonancia del sistema en su conjunto para que coincida con las necesidades de los módulos de polímero electroactivo.

Procedimiento de segmentación La figura 5A ilustra un aspecto de un accionador segmentado 500 configurado en una geometría de matriz de barras, de acuerdo con una realización. La segmentación del accionador 500 dentro de una huella dada en (n) secciones proporciona un procedimiento para el establecimiento de la rigidez pasiva y de la fuerza bloqueada del sistema. Un elastómero dieléctrico pretensado 502 se mantiene en posición mediante un material rígido que define un marco externo 504 y una o más ventanas 506 dentro del marco 504. Dentro de cada ventana 506 hay una barra 508 del mismo material del marco rígido, y en uno o ambos lados de la barra 508 hay electrodos 510. La aplicación de una diferencia de potencial entre el elastómero dieléctrico 502 en un lado de la barra 508 crea una presión electrostática en el elastómero y esta presión ejerce una fuerza sobre la barra 508, como se describe, por ejemplo, por parte de Pelrine, R.E., Kombluh, R.D. y Joseph, J.P., "Electrostriction Of Polymer Dielectrics With Compliant Electrodes As A Means Of Actuation," Sensors and Actuators A 64, 77-85 (1998). La fuerza de la barra 508 escala con la sección transversal efectiva del accionador 500, y por lo tanto se incrementa linealmente con el número de segmentos 512, cada uno de los cuales se añade a la anchura (y¡). El índice elástico pasivo se escala con n2, ya que cada segmento adicional 512 endurece efectivamente el dispositivo accionador 500 dos veces, primero por su acortamiento en la dirección de estiramiento (x¡) y el segundo mediante la adición a la anchura (y¡) que resiste el desplazamiento. El índice elástico y la fuerza bloqueada se escalan linealmente con el número de capas dieléctricas (m).

La figura 5B es una vista lateral del accionador segmentado 500 que se muestra en la figura 5A, que ilustra un aspecto de una disposición eléctrica de las fases respecto al marco 504 y los elementos de las barras 508 del accionador 500, de acuerdo con una realización. La figura 5C es una vista lateral que ilustra el acoplamiento mecánico del marco 504 con una placa posterior 514 y las barras 508 a una placa de salida 516. La placa de salida 516 del accionador segmentado 500 se puede incorporar integralmente con diversos dispositivos, tales como, por ejemplo, pantallas táctiles, tabletas, ordenadores portátiles, ratones de ordenador, ratones de bola, dispositivos de almohadilla táctil, dispositivos de control remoto, interfaces de usuario para aparatos, controladores de juegos, consolas de videojuegos, sistemas portátiles de juegos, monitores, dispositivos portátiles, teléfonos inteligentes, dispositivos móviles, teléfonos móviles, dispositivos de Internet móviles, asistentes personales digitales, receptores de sistemas de posicionamiento global, controles remotos, y similares, para proporcionar retroalimentación. En una realización, la placa de salida 516 o el accionador segmentado 500 se pueden acoplar a una masa en movimiento para amplificar la sensación de retroalimentación táctil para el usuario. En algunas realizaciones, la masa en movimiento puede ser una batería montada en una bandeja.

Con referencia ahora a las figuras 5A-C, la segmentación del accionador 500 determina la longitud efectiva restante {x¡) del accionador segmentado compuesto 500 en la dirección de accionamiento 518, y la anchura efectiva {y¡) del accionador segmentado compuesto 500 de acuerdo con: donde: Xf es la huella en la dirección x; es la huella en la dirección y; d es la anchura de los separadores; e es la anchura de los bordes; n es el número de segmentos; b es la anchura de las barras; a es la inversa de la barra; y m es el número de capas.

Los datos de simulación de acuerdo con la presente divulgación se basan en d = 1 ,5 mm divisores, b = 2 mm barras, e = 5 mm bordes, Xf = 76 mm x_huella, y yt = 36 mm y_huella. Otros valores relacionados con el dieléctrico y la geometría incluyen, por ejemplo, el módulo de corte G, la constante dieléctrica e, el espesor sin estirar z0, el número de capas m, y la inversa de la barra a.

Respuesta transitoria - Capacidad de pulsación La figura 6A es una representación gráfica 600 de una amplitud de pulsación prevista que un módulo candidato podría proporcionar en servicio para la palma y la punta de los dedos, de acuerdo con una realización. Con la amplitud en pm, pp se muestra a lo largo del eje vertical y la frecuencia en Hercios (Hz) se muestra a lo largo del eje horizontal. La figura 6B es una representación gráfica 610 de la sensación de pulsación prevista que un módulo candidato podría proporcionar en servicio para la palma y la punta de los dedos, de acuerdo con una realización. La sensación en dB: 0,1 pm, 250Hz se muestra a lo largo del eje vertical y la frecuencia en Hercios(Hz) se muestran a lo largo del eje horizontal. Para evaluar la capacidad de pulsación que ofrecen los diseños candidatos, se simulan pulsos de tensión completos. La duración del pulso de un cuarto de ciclo de la frecuencia de resonancia puede variar dependiendo del diseño. Los desplazamientos pico pueden convertirse en las estimaciones del nivel de sensación. Los resultados son similares a los del estado estacionario - más segmentos de amplitud menor, pero aumento de la sensación.

Rendimiento del módulo de medición respecto al modelado La figura 7 es una representación gráfica 700 de la respuesta de estado estacionario del módulo con una masa de ensayo que se midió en la parte superior del banco, se modeló (línea) respecto a la medición (puntos), de acuerdo con una realización. Un diseño del accionador de seis segmentos proporciona un equilibrio razonable entre la capacidad de juego el estado de estado estacionario y la capacidad de pulsación (figura 6). La respuesta de estado estacionario del módulo accionador de seis segmentos con una masa de ensayo se midió en el banco (figura 7, puntos), y mostró buen acuerdo con el modelo del sistema (figura 7, línea). La amplitud en el banco superó la amplitud de la simulación porque el banco de prueba elimina la rigidez, la amortiguación, y el movimiento relativo de la palma de la mano y de la punta de los dedos.

La figura 8 es una representación gráfica 800 de los datos de pulsaciones observadas para dos usuarios (puntos), y las predicciones del modelo para un usuario medio (líneas), de acuerdo con una realización. El desplazamiento en micrómetros (µ?t?) se muestra a lo largo del eje vertical y el tiempo en segundos (s) se muestra a lo largo del eje horizontal. Para evaluar la capacidad del modelo para predecir la capacidad de pulsación en el módulo de servicio, dos usuarios probaron una maqueta de auricular. Cada usuario sujetó el "auricular" (una masa de prueba de aproximadamente 100 gramos) como lo habían hecho durante la calibración. Montado en la masa de ensayo había un módulo de polímero electroactivo, y montado en el módulo había una segunda masa de aproximadamente 25 gramos, aproximándose a la "pantalla". El usuario tocó la "pantalla" con un dedo y con una fuerza de presión de aproximadamente 0,5 N, aproximándose a la pulsación de una tecla. Un pulso de tensión se aplicó al módulo durante 0,004 segundos, (aproximadamente un cuarto de ciclo de la resonancia del sistema modelado). El desplazamiento del "teléfono" y de la "pantalla" (figura 8, puntos) fue seguido con un medidor de desplazamiento láser (Keyence, LK-G152). Tal como se muestra (figura 8, líneas), el modelo dio una estimación razonable de la pulsación transitoria a estos dos usuarios con experiencia al tocar la pantalla, mientras soportaban la carcasa del teléfono en la palma de la mano. Parece que estos dos agarres tenían índices elásticos menores y relaciones de amortiguación mayores que el modelo realizado, como apreciarán los expertos en la técnica. El modelo se basa en valores medios y en índices elásticos individuales y los coeficientes de amortiguación varían considerablemente, incluso entre agarres por parte del mismo sujeto.

La figura 9A ilustra un sistema de control de retroalimentación de amortiguación electrónica 900 que comprende un accionador segmentado 904 acoplado a un dispositivo de interfaz de usuario 902 y un controlador electrónico de amortiguación 910, de acuerdo con una realización. El accionador segmentado 904 es similar al accionador segmentado 500 que se describe en relación con las figuras 5A-5C. En una realización, el sistema de control de retroalimentación de amortiguación electrónica 900 comprende un accionador de polímero electroactivo 904 y un controlador electrónico de amortiguación 910 para generar señales de amortiguación electrónicas 912 para mejorar la replicación de la "pulsación de las teclas" del dispositivo de interfaz de pantalla táctil 902. En una realización, el accionador 904 (por ejemplo, el accionador segmentado) está acoplado a una placa posterior 908 a través de las barras del accionador 906. El controlador electrónico de amortiguación 910 está acoplado en un bucle de retroalimentación entre el dispositivo de interfaz de usuario 902 y el accionador 904. La placa posterior 908 está adaptada y configurada para acoplarse al dispositivo de interfaz de usuario 902 para proporcionar retroalimentación táctil al usuario. El accionador 904 se puede escalar para hacer frente a cualquier tamaño de dispositivo, y puede incorporarse en desplazamiento vertical, desplazamiento horizontal, y configuraciones de accionamiento inercial para dar cabida a una amplia variedad de aplicaciones, por ejemplo.

En diversas realizaciones, el accionador 904 puede ser de accionamiento directo o de accionamiento inercial o combinaciones de los mismos. Un accionador de accionamiento directo 904 proporciona una gran retroalimentación táctil en el espectro de sensibilidad preferido (50-300 Hz) con tiempos de respuesta rápidos (5-10 ms). El accionador de accionamiento directo 904 puede configurarse para montarse en la parte posterior de una pantalla y/o de un sensor táctil para proporcionar retroalimentación directa al dedo para dispositivos táctiles o para el montaje en una bandeja de la batería para proporcionar retroalimentación inercial que se puede sentir en todo el dispositivo. El accionador de accionamiento directo 904 mejora la experiencia del usuario de dispositivos de interfaz de usuario 902 mediante la sincronización de la retroalimentación con la vista y el sonido en aplicaciones. El accionador de accionamiento directo 904 permite distintas combinaciones de sensaciones debido al tiempo de respuesta rápida y al radio de acción de frecuencia. El accionador de accionamiento directo 904 puede ser accionado con baja tensión de entrada en el rango de 0-3,7 V y puede controlarse mediante activación, modulación de ancho de pulso (PWM), o tensión analógica.

Un accionador de accionamiento inercial 904 proporciona una fuerte retroalimentación táctil en el espectro de sensibilidad preferido (50-300 Hz) con tiempos de respuesta rápidos (5-10 ms). El accionador de accionamiento inercial 904 mejora la experiencia del usuario de dispositivos móviles mediante la sincronización de la retroalimentación con la vista y el sonido en aplicaciones. El accionador de accionamiento inercial 904 permite varias combinaciones de sensaciones debido al tiempo de respuesta rápido y al amplio rango operativo de frecuencia. El accionador de accionamiento inercial 904 puede ser accionado con una baja tensión de entrada en el rango de 0-3,7 V y puede controlarse mediante activación, modulación de ancho de pulso, o tensión analógica.

En algunas realizaciones, puede haber múltiples accionadores 904 que se pueden accionar con circuitos de accionamiento común o independiente y/o sistemas de control electrónicos de retroalimentación de amortiguación 900. Esto puede ser ventajoso en los dispositivos de interfaz de usuario donde se desean ambas respuestas cortas (por ejemplo, "pulsaciones de las teclas") y largas (por ejemplo, juegos/música). También puede ser ventajoso distribuir la respuesta de retroalimentación espacial y temporalmente en algunas aplicaciones. Por ejemplo, las "pulsaciones de las teclas" pueden suministrarse en una porción del dispositivo diseñada para actuar como un teclado, mientras que las respuestas de juego pueden suministrar a la porción del dispositivo en la palma de la mano. Otro ejemplo es en unos auriculares, donde la información direccional, cuantitativa y cualitativa puede transmitirse al usuario mediante el control independiente de los efectos a través de cada auricular, por ejemplo, efectos cortos pueden suministrar a un auricular, mientras que los efectos largos se suministran de forma independiente al segundo auricular.

El sistema de control electrónico de retroalimentación de amortiguación 900 está configurado para producir una retroalimentación táctil al usuario moviendo el dispositivo de interfaz de usuario 902. En diversas realizaciones, el dispositivo de interfaz de usuario 902 puede ser una pantalla táctil de una tableta, ordenador portátil, pantalla de ordenador, teléfono inteligente, teléfono móvil, dispositivo de Internet móvil, asistente digital personal, receptor de sistema de posicionamiento global, teléfonos de escritorio, máquinas de juegos de casino, quioscos de punto de venta, controles industriales. En otras realizaciones, el dispositivo de interfaz 902 puede ser un dispositivo de entrada como un ratón, trackball, teclado táctil, dispositivo de control remoto, interfaz de usuario para aplicaciones, regulador de juegos, consola de juegos, sistema de juegos portátil, mando a distancia, y similares. El movimiento del dispositivo de interfaz de usuario 902 puede ser en el plano o fuera del plano. Para los sistemas poliméricos electroactivos diseñados para la operación de resonancia (típicamente 70 Hz - 150 Hz), un único pulso del accionador proporciona una respuesta táctil al usuario. Esta respuesta incluye típicamente una resonancia mecánica retrasada en el tiempo que genera un efecto indeseable y poco realista. Este efecto no deseable de resonancia mecánica puede minimizarse o eliminarse sustancialmente mediante la aplicación de una forma de onda compleja para contrarrestar el accionador 904 para proporcionar una amortiguación electrónica y producir un efecto de "pulsación de las teclas" realista.

En una realización, la funcionalidad de amortiguación electrónica puede implementarse mediante un controlador electrónico de amortiguación 910 que se acopla a los circuitos del dispositivo de interfaz de usuario 902. El controlador electrónico de amortiguación 910 hace que sea posible controlar la fuerza de amortiguación del dispositivo de interfaz de usuario 902 mediante la aplicación de una señal de control de tensión de amortiguación 912 aplicada al accionador 904 y amortiguar los movimientos mecánicos, tales como vibraciones. En una realización, el controlador electrónico de amortiguación 910 está configurado para detectar una señal de accionamiento 918 generada por el dispositivo de interfaz de usuario 902 cuando el usuario toca el dispositivo de interfaz de usuario. En respuesta a la señal de accionamiento 918, el controlador electrónico de amortiguación 910 aplica una señal de control de tensión de amortiguación 912 (figura 9B, de acuerdo con una realización) al accionador 904 para controlar la amortiguación del dispositivo de interfaz de usuario 902. La señal de tensión 902 amortigua el movimiento del accionador 904 y, por lo tanto, el movimiento 916 del dispositivo de interfaz de usuario 902 para reducir o minimizar sustancialmente la resonancia mecánica no deseada y proporcionar una retroalimentación táctil de "pulsación de las teclas" realista al usuario. La señal de control de tensión de amortiguación 912 aplicada al accionador 904 hace que el accionador 904 se mueva de acuerdo con la curva de desplazamiento 914 que se muestra en la figura 9C, de acuerdo con una realización.

Las características de la señal de control de tensión de amortiguación 912 tales como la forma de forma de onda, amplitud, y frecuencia, por ejemplo, requieren amortiguar una resonancia mecánica particular de una respuesta del dispositivo de interfaz de usuario 902 se pueden determinar empíricamente o se pueden modelar. El sistema 300 (figuras 3A, 3B) para cuantificar el rendimiento de los módulos de polímero electroactivo se puede emplear para determinar las características de la señal de control de tensión de amortiguación 912, por ejemplo. Además, las características de la señal de control de tensión de amortiguación 912 pueden modelarse utilizando el modelo de sistema mecánico 400 que se describe en relación con la figura 4A y el modelo de rendimiento del accionador 412 que se describe en relación con la figura 4B. Las características de la señal de control de tensión de amortiguación 912 se pueden determinar sobre la base de representaciones gráficas de amplitud de pulsación prevista que un módulo candidato podría proporcionar en servicio a la palma de la mano y a la punta del dedo como se muestra en la figura 6A, o basándose en representaciones gráficas de predicción de sensaciones de pulsación que un módulo candidato podría ofrecer en servicio a la palma de la mano y a los dedos, por ejemplo. Otros datos útiles para la determinación de las características de la señal de control de tensión de amortiguación 912 incluyen, sin limitación, respuesta de estado estacionario de un módulo con una masa de prueba, datos de pulsaciones observadas para los usuarios, y predicciones del modelo para un usuario medio como se describe en conexión con las figuras 7 y 8. Se apreciará que pueden emplearse otras técnicas para determinar las características de la señal de control de tensión de amortiguación 912. En consecuencia, una vez que se determina el patrón de resonancia mecánica de un dispositivo de interfaz de usuario 902 en particular, pueden desarrollarse las características de la señal de control de tensión de amortiguación 912 de tal manera que la aplicación de la señal de control de tensión de amortiguación 912 al accionador 902 controla electrónicamente la amortiguación del módulo 904.

En diversas realizaciones, el controlador electrónico de amortiguación 910 incluye una memoria para almacenar una pluralidad de señales de amortiguación de tensión electrónicas que se pueden aplicar sobre la base de la señal de accionamiento y/o el patrón específico de resonancia vibratoria producida por un dispositivo de interfaz de usuario 902 particular cuando se proporciona retroalimentación háptica. Por otra parte, la forma de onda de la señal de control de tensión de amortiguación 912 puede modificarse mediante elementos del controlador electrónico de amortiguación 910 con el fin de acomodar la fuerza y/o el tipo de forma de onda de la señal de accionamiento detectada 918 desde el dispositivo de interfaz de usuario 902. En consecuencia, una vez que la señal de control de tensión de amortiguación 912 es seleccionada por el controlador electrónico de amortiguación 910, la señal de control de tensión de amortiguación 912 se puede amplificar o amortiguar de acuerdo con la señal de accionamiento detectada 918. El controlador electrónico de amortiguación 910 puede ser digital, analógico, o una combinación de los mismos. En una implementación de procesamiento de señal digital, los perfiles de señal electrónica de tensión de amortiguación requeridos pueden ser almacenados en un formato digital y un convertidor digital a analógico y/o un amplificador se pueden utilizar para generar la señal de control de tensión de amortiguación 912 para aplicar al accionador. En otras realizaciones, el controlador electrónico de la amortiguación comprende un microprocesador, una memoria, un convertidor analógico a digital, un convertidor digital a analógico, y amplificadores.

La figura 9D ilustra un controlador electrónico de amortiguación 910, de acuerdo con una realización. En una realización, el controlador electrónico de amortiguación 910 recibe una señal desde el dispositivo de interfaz de usuario 902 y envía una señal de amortiguación electrónica 912 correspondiente al accionador de polímero electroactivo 904 para mejorar la replicación de las "pulsaciones de las teclas" del dispositivo de interfaz de pantalla táctil 902. La señal de accionamiento 918 recibida desde el dispositivo de interfaz de usuario 902 puede ser un simple pulso o puede ser un valor digital que representa la cantidad de fuerza que se utiliza para accionar el dispositivo de interfaz de usuario 902. Un convertidor analógico a digital (A/D) 920 digitaliza la señal de accionamiento 918 y la proporciona a un procesador 922. En diversas realizaciones, el procesador 922 puede ser un procesador de propósito general, un procesador de señal digital (DSP), un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), una matriz de puertas programable (FPGA), dispositivos de lógica programable (PLD) u otro dispositivo de lógica programable, puerta discreta o lógica de transistor, componentes de hardware discretos, o cualquier combinación de los mismos diseñada para realizar las funciones descritas en este documento. Sobre la base de la lógica preprogramada o sobre la base de la evaluación en tiempo real de la señal de accionamiento 918, el procesador 922 selecciona una forma de onda digital apropiada de la memoria 924. Las formas de onda digitales 924 pueden almacenarse en la memoria 924 y se correlacionan con diversos dispositivos de interfaz de usuario 902. Por consiguiente, cuando el procesador 922 recibe la señal de accionamiento 918, se puede seleccionar la forma de onda digital apropiada de la memoria 924. Un convertidor digital a analógico (D/A) 926 convierte la información de forma de onda digitalizada en una señal analógica que es amplificada mediante un amplificador 928. El amplificador 928 está acoplado al accionador de polímero electroactivo 904 y aplica la electrónica de amortiguación de la señal seleccionada 912 en forma analógica al accionador de polímero electroactivo 904. En una realización, el procesador 922 puede estar configurado para generar una señal electrónica de amortiguación 912 adecuada basándose únicamente en las características de la señal de accionamiento 918 sin la necesidad almacenar la forma de onda en la memoria 924. En otras realizaciones, la señal de accionamiento 918 puede incluir información de la fuerza de accionamiento, de tal manera que el procesador 922 puede aplicar un factor de escala a la forma de onda digitalizada antes del convertidor digital a analógico 926. Se apreciará que un amplificador de ganancia programable puede realizar la misma función de escala, sin limitar el ámbito de la presente descripción.

En una realización, un ordenador de estación de trabajo de modelado 930 se puede utilizar para generar las formas de onda de la señal electrónica de amortiguación 912, que luego se almacenan en una base de datos de formas de ondas digitalizadas 932. La base de datos 932 puede acoplarse al controlador electrónico de amortiguación 910 de tal manera que la memoria de formas de onda digitales 924 puede actualizarse periódicamente con el contenido de la base de datos 932.

En una realización, la señal electrónica de amortiguación 912 puede optimizarse por parte del usuario, basándose en el tipo de dispositivo de interfaz de usuario 902. En lo que respecta a la misma, el controlador electrónico de amortiguación 910 se puede colocar en modo de "aprendizaje", donde el usuario aplica una fuerza al dispositivo de interfaz de usuario 902 y siente la retroalimentación táctil a la "pulsación de las teclas". El controlador electrónico de amortiguación 910 a continuación muestra una indicación gráfica en el dispositivo de interfaz de usuario 902 para permitir al usuario ajusfar la amplitud, la frecuencia, u otras características de la señal electrónica de amortiguación 912. Por lo tanto, por ensayo y error, el usuario puede optimizar la retroalimentación táctil de "pulsación de las teclas". El proceso de ajuste se puede simplificar, al permitir que el usuario introduzca coeficientes de amortiguación adecuados que el controlador electrónico de amortiguación 910 convierte en una señal electrónica de amortiguación 912 adecuada.

La figura 10 es un diagrama lógico de un procedimiento implementado por ordenador 1000 para crear efectos realistas, de acuerdo con una realización. De acuerdo con una realización, en 1002, el procedimiento 1000 comprende caracterizar el efecto deseado. La caracterización del efecto deseado incluye la medición de la aceleración, la velocidad, y el desplazamiento de un sistema de polímero electroactivo en el dominio de tiempo y la determinación de si el sistema de polímero electroactivo sigue un sistema de amortiguación lineal elástico de masa de segundo orden o si también es un doble sistema resonante acoplado, tal como sistemas de accionadores directo o inercial. El sistema se caracteriza respecto a la frecuencia de resonancia, la masa, la rigidez y la amortiguación. Cualquier efecto de sonido también se caracteriza.

En 1004, en una realización, el procedimiento 1000 comprende la determinación de un sistema de reproducción de polímero electroactivo para el efecto deseado. Esto incluye la selección de un accionador para el sistema de polímero electroactivo, de accionamiento directo o inercial, la masa en movimiento (o suspendido y la masa de reacción), la capacidad de la fuerza bloqueada, la carrera. Este proceso incluye, además, la estimación de una carga típica para los sistemas de accionamiento directo y de accionamiento inercial. En otras palabras, la estimación de si es un toque con un dedo o si se sujeta con la mano, etc.

En 1006, en una realización, el procedimiento 1000 comprende la evaluación de la capacidad del sistema de reproducción de polímero electroactivo en condiciones dinámicas. Este proceso comprende, además, la determinación de si una forma de onda de accionamiento del accionador correspondiente al efecto deseado será en el modo de operación lineal o no lineal. Este proceso comprende, además, determinar si la traslación del eje es en efecto (normal a tangencial).

En 1008, en una realización, el procedimiento 1000 comprende la edición de un perfil de efectos de tensión hasta que se obtenga la salida del efecto deseado para efectos relativamente simples o efectos que son sustancialmente similares a resultados anteriores. Aunque este proceso puede caracterizarse como ensayo y error, el procedimiento funciona bien cuando las formas de onda anteriores están bastante cercanas a la respuesta deseada.

En 1010, en una realización, el procedimiento 1000 comprende la generación de un modelo de sistema no lineal de dominio de tiempo para efectos complejos o no lineales. El proceso también comprende derivar la forma de onda de entrada necesaria para producir el efecto deseado utilizando el análisis de retroalimentación en bucle cerrado. Cuando se obtiene una solución de realización, el procedimiento comprende la implementación de la solución realizable, y la repetición del proceso de edición se describe en 1008 para un ajuste fino. Cuando no se obtiene una solución realizable, el procedimiento comprende cambiar el sistema de reproducción.

La figura 1 1 ilustra un sistema 1100 en el que pueden implementarse las realizaciones del procedimiento 1000 que se describen en relación con la figura 10. En diversas realizaciones, el procedimiento 1000 puede implementarse en una combinación de hardware y software. El hardware puede comprender, por ejemplo, un ordenador de propósito general 1102, un acelerómetro 1104, un micrófono 1106, un controlador de disparo 1110, y un dispositivo de visualización de forma de onda 1112. El software 1114 puede comprender, por ejemplo, un editor de ondas y el programa de modelado PSPICE. La salida del sistema incluye un modelo de sistema mecánico 400 y un modelo de rendimiento del accionador 412 tal como se describe en relación con las figuras 4A, 4B y el sistema para cuantificar el rendimiento de un módulo de polímero electroactivo que proporciona una capacidad adecuada para juegos/música y aplicaciones de pulsaciones como se describe en relación con las figuras 3A, 3B, por ejemplo, todo lo cual puede ser ejecutado mediante el ordenador de propósito general 1102. El procedimiento 1000 también comprende simultáneamente grabar y reproducir audio y efectos hápticos hasta que el diseñador 1118 esté satisfecho con el efecto deseado. La reproducción se activa pulsando físicamente un sensor 1120, que es parte del proceso de percepción. El control de bucle cerrado de un modelo de sistema (por ejemplo, en PSPICE) crea una forma de onda de tensión 1122 que da la aceleración deseada y se muestra mediante la pantalla del ordenador1126. Durante el ajuste fino de la forma de onda de tensión 1122, se mide la aceleración y la forma de onda 1124 se muestra en el dispositivo de visualización de forma de onda 1112.

Después de crear el modelo del sistema mecánico 400 y modelo de rendimiento del accionador 412, como se describe en relación con las figuras 4A, 4B, utilizando el procedimiento 1000, el ordenador de propósito general 1102 está configurado para ejecutar el modelo de sistema mecánico 400 y el modelo de rendimiento del accionador 412 para desarrollar los efectos deseados. Como se describió previamente, el modelo de sistema mecánico 400 se utiliza para modelar los aspectos mecánicos del accionador de polímero electroactivo deseado. Las cajas de trazos indican los parámetros de la punta del dedo 402, la palma de la mano 408, y el accionador 410, que se ajustan a los datos para generar el modelo. La punta del dedo 402 y la palma de la mano 408 son tratadas como sistemas de amortiguación elásticos de masa simple (m, k, c). Para la estimación de estos parámetros, la respuesta de estado estacionario a la vibración de corte proximal/distal se mide en la punta del dedo índice 402 durante la pulsación de una tecla, y en la palma de la mano 408 que sujeta una masa de tamaño de auricular. La fuerza del accionador (F) y el índice elástico (/C3J dependen de la geometría (primeros nueve parámetros), el módulo de corte (G), y las propiedades eléctricas. Una geometría variable, n (círculo de trazos), representa una variable que varía durante la simulación, por ejemplo. El accionador 410 puede tratarse como una fuente de fuerza en paralelo con un muelle y un amortiguador.

Habiendo descrito el procedimiento implementado por ordenador 1000 y un sistema 1100 para crear efectos realistas en términos generales, la divulgación se dirige ahora a un ejemplo no limitativo de un entorno de ordenador de propósito general 1102 en el que se puede implementar el procedimiento 1000. La figura 12 ilustra un entorno de ejemplo 1210 que es representativo del ordenador de propósito general 1102 para implementar diversos aspectos del procedimiento implementado por ordenador 1000 para cuantificar la capacidad de un aparato de polímero electroactivo, de acuerdo con una realización. Un sistema informático 1212 incluye un procesador 1214, una memoria del sistema 1216, y un bus del sistema 1218. El bus del sistema 1218 se acopla a los componentes del sistema incluyendo, pero no limitado a, la memoria del sistema 1216 para el procesador 1214. El procesador 1214 puede ser cualquiera de los diversos procesadores disponibles. Microprocesadores duales y otras arquitecturas de múltiples procesadores también se pueden emplear como el procesador 1214.

El bus del sistema 1218 puede ser cualquiera de varios tipos de estructura(s) de bus, incluyendo el bus de memoria o controlador de memoria, un bus periférico o un bus externo, y/o un bus local usando cualquier variedad de arquitecturas de bus disponibles, incluyendo, pero no limitado a, bus de 9 bits, Arquitectura Industrial Estándar (ISA), Arquitectura de Micro-Canal (MSA), ISA Extendida (EISA), Electrónica de Accionamiento Inteligente (IDE), Bus Local VESA (VLB), Interconexión de Componentes Periféricos (PCI), Bus Universal en Serie (USB), Puerto de Gráficos Avanzado (AGP), bus de la Asociación Internacional de Tarjeta de Memoria de Ordenador Personal (PCMCIA), Interfaz de Sistemas de Pequeño Ordenador (SCSI) u otro bus propietario.

La memoria del sistema 1216 incluye una memoria volátil 1220 y una memoria no volátil 1222. El sistema de entrada/salida básico (BIOS), que contiene las rutinas básicas para transferir información entre elementos dentro del sistema informático 1212, tal como durante el arranque, se almacena en la memoria no volátil 1222. Por ejemplo, la memoria no volátil 1222 puede incluir memoria de sólo lectura (ROM), ROM programable (PROM), ROM eléctricamente programable (EPROM), ROM borrable eléctricamente (EEPROM), o memoria flash. La memoria volátil 1220 incluye memoria de acceso aleatorio (RAM), que actúa como una memoria caché externa. Por otra parte, la memoria RAM está disponible en muchas formas, tales como RAM síncrona (SRAM), RAM dinámica (DRAM), DRAM síncrona (SDRAM), SDRAM de doble velocidad de datos (DDR SDRAM), SDRAM mejorada (ESDRAM), SynchLink DRAM (SLDRAM), y Rambus RAM directa (DRRAM).

El sistema informático 1212 también incluye medios de almacenamiento informáticos extraíbles/no extraíbles, volátiles/no volátiles. La figura 12 ilustra, por ejemplo, un almacenamiento de disco 1224. El almacenamiento de disco 1224 incluye, pero no está limitado a, dispositivos como una unidad de disco magnético, disquetera, unidad de cinta, unidad JAZ, unidad Zip, unidad LS-60, tarjeta de memoria flash o lápiz de memoria. Además, el almacenamiento de disco 224 puede incluir medios de almacenamiento por separado o en combinación con otros medios de almacenamiento, incluyendo, pero no limitado a, una unidad de disco óptico tal como un dispositivo ROM de disco compacto (CD-ROM), una unidad de CD grabable (Unidad CD-R), unidad de CD regrabable (CD-RW) o una unidad ROM de disco versátil digital (DVD-ROM). Para facilitar la conexión de los dispositivos de almacenamiento de disco 1224 al bus del sistema 1218, se utiliza típicamente una interfaz extraíble o no extraíble 1226.

Debe apreciarse que la figura 12 describe un software que actúa como intermediario entre los usuarios y los recursos informáticos básicos descritos en un entorno operativo 1210 adecuado. Este tipo de software incluye un sistema operativo 1228. El sistema operativo 1228, que puede almacenarse en el almacenamiento de disco 1224, actúa para controlar y asignar los recursos del sistema informático 1212. Las aplicaciones del sistema 1230 se aprovechan de la gestión de los recursos por parte del sistema operativo 1228 a través de módulos de programa 1232 y los datos de programa 1234 almacenados, o bien en la memoria del sistema 1216 o en el almacenamiento de disco 1224. Se debe apreciar que varios componentes descritos en este documento pueden implementarse con diversos sistemas operativos o combinaciones de sistemas operativos.

Un usuario introduce comandos o información en el sistema informático 1212 a través de dispositivo(s) de entrada 1236. Los dispositivos de entrada 1236 incluyen, pero no se limitan a, un dispositivo de señalización como un ratón, ratón de bola, lápiz, almohadilla táctil, teclado, micrófono, joystick, almohadilla de juegos, antena parabólica, escáner, tarjeta sintonizadora de TV, cámara digital, cámara de video digital, cámara web, y similares. Estos y otros dispositivos de entrada se conectan al procesador 1214 a través del bus del sistema 1018 a través de puerto(s) de interfaz 1238. El(los) puerto(s) de interfaz 1238 incluye(n), por ejemplo, un puerto serie, un puerto paralelo, un puerto de juegos, y un bus serie universal (USB). El(los) dispositivo(s) de salida 1240 utilizan algunos de los mismos tipos de puertos como dispositivo(s) de entrada 1236. Así, por ejemplo, un puerto USB puede usarse para proporcionar la entrada al sistema informático 1212 y para la salida de información desde el sistema informático 1212 a un dispositivo de salida 1240. Un adaptador de salida 1242 se proporciona para ilustrar que hay algunos dispositivos de salida 1240 como monitores, altavoces e impresoras, entre otros dispositivos de salida 1240 que requieren adaptadores especiales. Los adaptadores de salida 1242 incluyen, a modo de ilustración y no de limitación, tarjetas de vídeo y de sonido que proporcionan unos medios de conexión entre el dispositivo de salida 1240 y el bus del sistema 1218. Debe tenerse en cuenta que otros dispositivos y/o sistemas de dispositivos proporcionan capacidades de entrada y de salida, tales como ordenador(es) remoto(s) 1244.

El sistema informático 1212 puede funcionar en un entorno de red usando conexiones lógicas a uno o más ordenadores remotos, tales como el(los) ordenador(es) remoto(s) 1244. El(los) ordenador(es) remoto(s) 1244 puede(n) ser un ordenador personal, un servidor, un enrutador, un ordenador de red, una estación de trabajo, un aparato basado en un microprocesador, un dispositivo par u otro nodo de red común y similares, y típicamente incluye muchos o todos los elementos descritos en relación con el sistema informático 1212. Por motivos de brevedad, sólo un dispositivo de almacenamiento de memoria 1246 se ilustra con el(los) ordenador(es) remoto(s) 1244. El(los) ordenador(es) remoto(s) 1244 está(n) conectado(s) lógicamente al sistema informático 1212 a través de una interfaz de red 1248 y luego se conecta(n) físicamente a través de una conexión de comunicación 1250. La interfaz de red 1248 incluye redes de comunicación, como redes de área local (LAN) y redes de área amplia (WAN). Las tecnologías LAN incluyen Interfaz de Datos Distribuida de Fibra (FDDI), Interfaz de Datos Distribuida de Cobre (CDDI), Ethernet/IEEE 802.3, Token Ring/IEEE 802.5 y similares. Las tecnologías WAN incluyen, pero no se limitan a, enlaces punto a punto, redes de conmutación de circuitos como redes digitales de servicios integrados (RDSI) y variaciones de los mismos, redes de conmutación de paquetes, y líneas de abonado digitales (DSL).

La(s) conexión(es) de comunicación 1250 se refiere(n) al hardware/software empleado para conectar la interfaz de red 1248 al bus 1218. Aunque la conexión de comunicación 1250 se muestra para mayor claridad ilustrativa en el interior del sistema informático 1212, también puede ser externa al sistema informático Ü212. El hardware/software necesario para la conexión a la interfaz de red 1248 incluye, a modo de ejemplo solamente, tecnologías internas y externas tales como módems, incluyendo módems telefónicos de grado regular, módems por cable y módems DSL, adaptadores RDSI, y tarjetas Ethernet.

Como se usa en este documento, los términos "componente", "sistema" y similares también pueden referirse a una entidad relacionada con los ordenadores, ya sea hardware, una combinación de hardware y software, software, o software en ejecución, además de dispositivos electromecánicos. Por ejemplo, un componente puede ser, pero no se limita a, un proceso que se ejecuta en un procesador, un procesador, un objeto, un ejecutable, un hilo de ejecución, un programa, y/o un ordenador.

Debe observarse que cualquier referencia a "un aspecto" significa que una determinada característica, estructura o rasgo descrito en relación con el aspecto se incluye en al menos un aspecto. Las apariciones de la frase "en un aspecto" en la memoria no son necesariamente todos referentes al mismo aspecto.

A menos que se especifique lo contrario, se puede apreciar que términos como "procesamiento", "computación", "cálculo", "determinación", o similares se refieren a la acción y/o a procesos de un sistema informático o de computación o un dispositivo de computación electrónico similar, tal como un procesador de propósito general, un DSP, ASIC, FPGA u otro dispositivo lógico programable, lógica de puerta discreta o transistor, componentes de hardware discretos, o cualquier combinación de los mismos diseñada para realizar las funciones descritas en este documento que manipula y/o transforma datos representados como cantidades físicas (por ejemplo, electrónicas) en registros y/o archivos en otros datos igualmente representados como cantidades físicas en de las memorias, registros u otros dispositivo de almacenamiento, transmisión o visualización de información.

Debe observarse que cualquier referencia a "una realización" significa que una determinada característica, estructura o rasgo descrito en conexión con la realización se incluye en al menos una realización. Las apariciones de la frase "en una realización" o "en un aspecto" en la memoria no son necesariamente todas referentes a la misma realización.

Debe indicarse que algunas realizaciones se pueden describir utilizando la expresión "acoplado" y "conectado", junto con sus derivados. Estos términos no pretenden ser sinónimos entre sí. Por ejemplo, algunas realizaciones pueden describirse mediante los términos "conectado" y/o "acoplado" para indicar que dos o más elementos están en contacto físico o eléctrico directo entre sí. El término "acoplado", sin embargo, también puede significar que dos o más elementos no están en contacto directo entre sí, pero aún así cooperan o interactúan entre sí.

Se apreciará que los expertos en la materia serán capaces de concebir diversas disposiciones que, aunque no se describen o se muestran explícitamente en este documento, incorporan los principios de la presente descripción y se incluyen dentro del ámbito de la misma. Además, todos los ejemplos y el lenguaje condicional citado en este documento están destinados principalmente para ayudar al lector en la comprensión de los principios descritos en la presente descripción y los conceptos que contribuyen a la promoción de la técnica, y deben interpretarse sin limitaciones a tales ejemplos y condiciones indicadas específicamente. Por otra parte, todas las declaraciones en este documento indican principios y realizaciones, así como ejemplos específicos de los mismos, pretenden abarcar equivalentes estructurales y funcionales de los mismos. Además, se pretende que dichos equivalentes incluyan equivalentes actualmente conocidos y equivalentes desarrollados en el futuro, es decir, cualquier elemento desarrollado que lleve a cabo la misma función, independientemente de la estructura. El ámbito de la presente descripción, por lo tanto, no se pretende que esté limitada a los ejemplos de realización y a las realizaciones mostradas y descritas en este documento. Más bien, el alcance de la presente descripción está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Los términos "un" y "una" y "el" y "la" y referentes similares utilizados en el contexto de la presente descripción (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) se han de interpretar para cubrir tanto el singular como el plural, a menos que se indique lo contrario en este documento o se contradiga claramente por el contexto. La indicación de intervalos de valores en este documento es meramente la intención de servir como un procedimiento abreviado de referirse individualmente a cada valor separado incluido dentro del intervalo. A menos que se indique lo contrario en este documento, cada valor individual se incorpora en la memoria como si se indicara individualmente en este documento. Todos los procedimientos descritos en este documento pueden realizarse en cualquier orden adecuado a menos que se indique lo contrario en este documento o se contradiga claramente de otra manera por el contexto. El uso de cualquiera y todos los ejemplos, o de lenguaje de ejemplo (por ejemplo, "como", "en el caso", "a modo de ejemplo") proporcionados en este documento están destinados sólo para describir mejor la invención y no supone una limitación al alcance de la invención reivindicada. Ningún lenguaje en la memoria debería interpretarse como una indicación de cualquier elemento no reivindicado esencial para la práctica de la invención. Se observa, además, que las reivindicaciones se pueden redactar para excluir cualquier elemento opcional. Como tal, esta declaración pretende servir como base antecedente para el uso de terminología exclusiva tal como únicamente, solamente y similares en conexión con la indicación de elementos de las reivindicaciones, o el uso de una limitación negativa.

La agrupación de elementos alternativos o realizaciones descritas en este documento no deben interpretarse como limitaciones. Cada elemento del grupo puede indicarse y se reivindica de forma individual o en cualquier combinación con otros elementos del grupo u otros elementos que se encuentran en este documento. Se prevé que uno o más elementos de un grupo pueden estar incluidos en, o eliminados de, un grupo por razones de conveniencia y/o patentabilidad.

Aunque ciertas características de las realizaciones se han ilustrado como se han descrito anteriormente, muchas modificaciones, sustituciones, cambios y equivalentes se les ocurrirán a los expertos en la materia. Por lo tanto, se debe entender que las reivindicaciones adjuntas pretenden cubrir todos esos cambios y modificaciones que caigan dentro del alcance de las realizaciones descritas y de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de control electrónico de amortiguación de retroalimentación para un módulo de polímero electroactivo, dicho sistema caracterizado porque comprende: un controlador electrónico de amortiguación acoplado en un bucle de retroalimentación entre un dispositivo de interfaz de usuario y un accionador de polímero electroactivo, en el que el accionador está acoplado al dispositivo de interfaz de usuario, y en el que el controlador electrónico de amortiguación está configurado para recibir una señal de accionamiento desde el dispositivo de interfaz de usuario en respuesta a una entrada del usuario y, en respuesta a la señal de accionamiento, el controlador electrónico de amortiguación genera una señal electrónica de amortiguación para accionar el accionador y amortiguar el movimiento mecánico.

2. El sistema de control de retroalimentación de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el controlador electrónico de amortiguación comprende una memoria para almacenar formas de onda digitales correlacionadas con una señal electrónica de amortiguación, y en el que el controlador electrónico de amortiguación selecciona una forma de onda de la memoria que corresponde a un tipo predeterminado de dispositivo de interfaz de usuario y/o señal de accionamiento.

3. El sistema de control de retroalimentación de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además un procesador para determinar el tipo de dispositivo de interfaz de usuario en base a las características de la señal de accionamiento y para seleccionar una forma de onda de la memoria que corresponda a un tipo predeterminado de dispositivo de interfaz de usuario y/o señal de accionamiento.

4. El sistema de control de retroalimentación de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque comprende además: un convertidor digital a analógico acoplado al procesador, en el que el convertidor genera una representación de la señal analógica de la forma de onda seleccionada de la memoria; y un amplificador acoplado al convertidor para amplificar la señal analógica recibida desde el convertidor.

5. El sistema de control de retroalimentación de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el procesador está configurado para aplicar un factor de escala a la forma de onda seleccionada de la memoria para escalar la señal electrónica de amortiguación de acuerdo con una fuerza indicada por la señal de accionamiento.

6. El sistema de control de retroalimentación de conformidad con una de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque el amplificador es un amplificador de ganancia programable y está configurado para aplicar un factor de escala a la forma de onda seleccionada de la memoria para escalar la señal electrónica de amortiguación de acuerdo con una fuerza indicada por la señal de accionamiento.

7. El sistema de control de retroalimentación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la señal electrónica de amortiguación está configurada para accionar uno seleccionado del grupo que consiste en un accionador de accionamiento inercial y un accionador de accionamiento directo.

8. El sistema de control de retroalimentación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el controlador electrónico de amortiguación está configurado para recibir la entrada del usuario para optimizar la señal electrónica de amortiguación de acuerdo con una preferencia del usuario.

9. Un dispositivo, caracterizado porque comprende: un dispositivo de interfaz de usuario; un accionador de polímero electroactivo acoplado al dispositivo de interfaz de usuario; y el sistema electrónico de control, de retroalimentación de amortiguación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la señal electrónica de amortiguación está diseñada utilizando un procedimiento implementado por ordenador para la creación de efectos realistas, comprendiendo el procedimiento: caracterizar un efecto deseado de un sistema de polímero electroactivo; determinar un sistema de reproducción para el efecto deseado; evaluar una capacidad del sistema de reproducción bajo condiciones dinámicas; editar un perfil de tensión de efectos hasta que se obtiene el efecto deseado de salida; y generar un modelo de sistema no lineal de dominio del tiempo de acuerdo con el efecto deseado.

11. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la caracterización del efecto deseado comprende: medir la aceleración, la velocidad, y el desplazamiento del sistema en el dominio del tiempo; y determinar si el sistema de polímero electroactivo sigue un sistema de amortiguación lineal de masa elástica de segundo orden lineal o si el sistema de polímero electroactivo sigue un sistema acoplado de resonancia dual, en el que el sistema de polímero electroactivo es caracterizado respecto a la frecuencia de resonancia, la masa, la rigidez y la amortiguación.

12. El dispositivo de conformidad con alguna de las reivindicaciones 10 y 11 , caracterizado porque la determinación de un sistema de reproducción para el efecto deseado también comprende: seleccionar un accionador de polímero electroactivo para el sistema de polímero electroactivo; y estimar una carga para el accionador de polímero electroactivo seleccionado.

13. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque la evaluación de una capacidad del sistema de reproducción de polímero electroactivo bajo condiciones dinámicas, también comprende: determinar si una forma de onda de accionamiento del accionador de polímero electroactivo correspondiente al efecto deseado es lineal o no lineal.

14. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque comprende además la edición del perfil de tensión de efectos hasta que se obtiene la salida de efecto deseado para efectos simples o para efectos que son sustancialmente similares a los resultados anteriores.

15. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque la generación de un modelo de sistema no lineal de dominio de tiempo de acuerdo con el efecto deseado, también comprende: derivar una forma de onda de entrada para producir el efecto deseado utilizando un análisis de retroalimentación en bucle cerrado.

16. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque la generación de un modelo de sistema no lineal de dominio de tiempo de acuerdo con el efecto deseado, también comprende: repetir la edición del perfil de tensión de efectos hasta que se obtiene la salida del efecto deseado.

17. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, caracterizado porque el dispositivo se selecciona del grupo que consiste en una pantalla táctil, una tableta, un ordenador portátil, un ratón de ordenador, un ratón de bola, un dispositivo de almohadilla táctil, un dispositivo de control remoto, una interfaz de usuario para un aparato, un controlador de juego, una consola de juegos, un sistema de juegos portátil, una pantalla de ordenador, un dispositivo de mano, un teléfono inteligente, un dispositivo móvil, un teléfono móvil, un dispositivo de Internet móvil, un asistente personal digital, un receptor de sistema de posicionamiento global, un mando a distancia, un periférico de ordenador y un periférico de juegos.