苹果力传感系统新专利:能通过可穿戴设备触控板对用户进行生物识别

近日,美国专利商标局正式授予苹果一项与下一代力触控技术相关的专利。苹果指出,他们的新技术适用于 Apple Watch 和智能手环、一种用于“患者”的新型腕带设备、耳机、MacBook 触控板、AirPods、智能袖带、智能眼镜、个人医疗设备(如居家健康监测仪)、可穿戴医疗设备、睡眠跟踪设备、活动跟踪设备、运动设备、Apple Pencil 等。
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更重要的是,苹果的发明涵盖了专为小型设备设计的下一代力传感器系统。苹果在一份申请中指出,新的界面压力传感器可用于眼压测量——可能与未来的智能眼镜有关。
此外,新的填充材料定义了一个传感表面,当按下该表面时,可以施加可由流体压力传感器检测到的力。
苹果在其专利背景中指出,电子设备可以包括力传感器。传统的力传感器通常采用可压缩电容板、压电材料、压阻材料、应变敏感材料等来实现。然而,部分由于这些结构和材料的直接原因,传统的力传感器在电子设备外壳中保留了大量的体积和/或面积,并且可能无法轻松或有效地集成到便携式或薄型应用中。
此外,传统的力传感器通常具有结构限制和/或非线性的力灵敏度,这使得此类传感器无法准确地检测微小或渐进的力变化。
此外,许多传统的高精度和高准确度力传感器(可用于医疗、科学或工业应用)通常很脆弱和/或昂贵,需要专门的培训才能安装、维修和操作。
由于这些和其他缺点,传统的力传感器通常不适用于以下一种或多种应用:(1)小尺寸应用,例如可穿戴电子设备;(2)需要耐久性的低成本应用,如运动器材;(3)高精度和高准确度应用,例如在非侵入性医疗设备中。
苹果的专利涵盖了一个界面压力传感器系统,该系统限定了一个被配置为接收法向力的传感表面。传感表面形成浇注、填充或封装材料的一部分,这些材料设置在微机电流体压力传感器上并封闭。由于这种结构,当传感表面受力时,封装材料将该力或至少一部分力传递到微机电力或压敏结构,该结构会随之变形。
与微机电传感器导电耦合的电路的特性可转换为施加到传感表面的力。传感表面的表面积也可用于确定施加到界面压力传感器系统的压力。在另一种措辞中,由界面压力传感器系统检测到的力可以除以传感器的表面积,以获得压力测量值。
在许多实施例中,界面压力传感器系统包括限定内部容积的刚性模块外壳。(微机电)气压或其他流体压力传感器设置在内部空间内。此外,在压力传感器上设置填充材料(定内部容积的刚性模块外壳。一个(微机电)气压或其他流体压力传感器被放置在内部空间中。此外,填充材料(如热固性聚合物、双马来酰亚胺三嗪树脂、其他树脂、塑料、环氧树脂、二氧化硅、硅树脂、聚酰亚胺等),以填充内部体积、封装和保护流体压力传感器,并限定接收压力输入的界面表面。
该专利报告仅涵盖专利申请中介绍的一些设备,包括 Apple Pencil、AirPods 和类似于 Apple Beddit 的设备,用于感应用户的体温。
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在苹果专利图 1E 中,我们能够看到苹果的 Apple Watch,尽管该专利后来提到并说明了用于“患者”的“可穿戴健康监测器”。
在这种特殊结构中,可以使用一个或多个界面压力传感器系统来接收用户输入和/或表征或量化用户/佩戴者的健康参数。
例如,在上面图示的实施例中,输入配置的界面压力传感器系统可以至少部分地设置在按钮 #136 内。更具体地说,压力传感器模块 #138 可以设置在按钮 #136 内,以便确定电子设备(Apple Watch)的用户/佩戴者施加到按钮上的压力/力输入。
此外,Apple Watch 可以包含一个表带 (#140),该表带可以包括一个位于表带主体内的界面压力传感器系统。在许多实施例中,界面压力传感器系统被设置成使得界面压力传感器系统的传感表面与用户/佩戴者手腕的内表面接口/接触。更具体地说,腕带可以在其中插入至少一个压力传感器模块或压力传感器模块组 #14,由于该带#140 内的定位(例如,至少部分与壳体 #132 完全相对),可以被配置成检测由用户的心动周期产生的压力波。
更具体地说,本实施例的界面压力传感器系统可以定位为使接口压力传感器系统的至少一个压力传感器模块(如本文所述)与用户/佩戴者的桡动脉接触。与前面的实施例一样,通过连接用户/佩戴者的桡动脉而获得的压力波信息可用于确定(但不限于):血压、脉冲传输时间、增强指数、动脉年龄、压力状态、心率、压力波速等等。
腕戴式设备
在另一个例子中,苹果提到了一种用于“患者”的腕戴式设备,可用于检测血压等。在此示例中,具有 48 mm 的线性灵敏度可显著提高压力传感器模块在患者桡动脉上对齐的可能性。
由于至少一个压力传感器模块的可靠对准,腕戴式设备 #510 可以被配置成可靠地从用户/佩戴者/患者获得一个或多个健康参数,例如血压、心率、增强指数、脉搏波速度、脉冲传输时间等。
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苹果专利图 5B 描述了一种包含界面压力传感器系统的可穿戴电子设备;5C 被认为是患者的腕部设备。苹果本周还获得了一项专利,涉及用于心电图和血糖监测的未来智能健康手环。所以这绝对是一种趋势;图 2 描绘了包括界面压力传感器系统的电子设备示例系统图。
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苹果专利图 8 是一个流程图,描述了利用来自界面压力传感器系统的输出来确定健康参数或接收用户输入的方法的示例操作。
苹果专利图 12 是一个流程图,描述了通过利用接口压力传感器系统的输出来非侵入性地确定用户血压方法的示例操作;图 14 是一个流程图,描述了通过利用接口压力传感器系统的输出来确定用户血压的方法的示例操作。