微流体装置和流体逻辑装置的制作方法

微流体装置和流体逻辑装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年5月18日提交的题为“microfluidic valves,logic devices,and related systems and methods”的美国临时专利申请序列号63/026,675、2020年5月19日提交的题为“microfluidic valves,logic devices,and related systems and methods”的美国临时专利申请序列号63/027,222以及2021年4月6日提交的美国非临时专利申请第17/223,919号的权益，上述申请中的每一个的全部公开内容通过引用结合于此。
3.附图简述
4.附图示出了许多示例实施例，并且是说明书的一部分。这些附图连同下面的描述一起展示并解释了本公开的各种原理。
5.图1是根据本公开的至少一个实施例的偏置在向下位置(down position)的流体阀的示例活塞的图示。
6.图2是根据本公开的至少一个实施例的偏置在向上位置(up position)的流体阀的示例活塞的图示。
7.图3是根据本公开的至少一个实施例的偏置在中心位置的流体阀的示例活塞的图示。
8.图4是根据本公开的至少一个实施例的配置有高增益闸门(high gain gate)的流体阀的示例活塞的图示。
9.图5是根据本公开的至少一个实施例的示例流体阀的截面图。
10.图6a是根据本公开的至少一个实施例的设置在流体阀组件中的示例活塞的平面图。
11.图6b是根据本公开的至少一个实施例的包括多个活塞的流体阀组件的半透明透视图。
12.图7是根据本公开的至少一个实施例的压电流体阀的截面图。
13.图8a和图8b是根据本公开的至少一个实施例的示例流体阀缓冲器的截面图。
14.图9a
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9c是根据本公开的至少一个实施例的示例流体阀反相器(inverter)的截面图和相应真值表。
15.图10a
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10e是根据本公开的至少一个实施例的示例性“或(or)”流体逻辑门装置(fluidic logic
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gate device)的截面图和相应真值表。
16.图11a
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11e是根据本公开的至少一个实施例的示例性“与(and)”流体逻辑门装置的截面图和相应真值表。
17.图12是根据本公开的至少一个实施例的示例性“或非(nor)”流体逻辑门装置的截面图和相应真值表。
18.图13是根据本公开的至少一个实施例的示例性“与非(nand)”流体逻辑门装置的截面图和相应真值表。
19.图14是根据本公开的至少一个实施例的示例性“异或(xor)”流体逻辑门装置的截面图和相应真值表。
20.图15是根据本公开的至少一个实施例的示例性“同或(xnor)”流体逻辑门装置的截面图和相应真值表。
21.图16是根据本公开的至少一个实施例的示例解复用器流体逻辑门装置的截面图。
22.图17是根据本公开的至少一个实施例的用于流体全加器(full adder)装置和相应真值表的逻辑图和真值表。
23.图18是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体全加器装置的截面图和相应真值表。
24.图19是根据本公开的至少一个实施例的流体阀的替代构造的截面图。
25.图20是根据本公开的至少一个实施例的处于两种状态的流体阀缓冲器的替代配置的截面图和相应真值表。
26.图21是根据本公开的至少一个实施例的处于两种状态的流体阀反相器的替代配置的截面图和相应真值表。
27.图22是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体行列缓冲锁存解码装置(fluidic row column buffered latch decode device)的截面图。
28.图23是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体行列解复用器装置(fluidic row column demultiplexer device)的截面图。
29.图24是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体行列反相解复用器装置(fluidic row column inverted demultiplexer device)的截面图。
30.图25是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体行列解复用器混合反相装置(fluidic row column demultiplexer hybrid inverted device)的截面图。
31.图26a是根据本公开的至少一个实施例的线性化可变压力调节器装置的示意图。图26b和图26c分别是根据本公开的至少一个实施例的线性化可变压力调节器装置的模拟数据和实验数据的图表。
32.图27示出了根据本公开的至少一个实施例的线性化可变压力调节器装置的可变直径孔口。
33.图28是根据本公开的至少一个实施例的示例推挽(push
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pull)流体放大器装置的截面图。
34.图29是根据本公开的至少一个实施例的流体全加器装置的物理实现的透视图。
35.图30是根据本公开的至少一个实施例的微流体控制系统的框图。
36.图31是根据本公开的至少一个附加实施例的微流体控制系统的框图
37.图32是可结合本公开的实施例使用的示例性增强现实眼镜的图示。
38.图33是可结合本公开的实施例使用的示例性虚拟现实头戴装置的图示。
39.图34是可以结合本公开的实施例使用的示例性触觉装置的图示。
40.图35是根据本公开实施例的示例性虚拟现实环境的图示。
41.图36是根据本公开实施例的示例性增强现实环境的图示。
42.在所有附图中，相同的参考符号和描述表示相似但不一定相同的元素。虽然本文所述的示例实施例容许各种修改和可选的形式，但特定的实施例作为示例在附图中被示出并且将在本文被详细描述。然而，本文描述的示例实施例并不旨在局限于所公开的特定形式。更确切地，本公开覆盖了落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代物。
43.示例实施例的详细描述
44.本公开通常涉及微流体阀、系统和相关方法。微流体系统可以是控制流体压力和/或流动的小型机械系统。微流体系统可以用于许多不同的领域，诸如人工现实、生物医学、化学、遗传、生物化学、制药、触觉和其他领域。微流体阀可以是微流体系统的基本部件，并且可以用于停止、启动或以其他方式控制微流体系统中流体的压力和/或流量。
45.如将在下面更详细解释的，本公开的实施例可以包括例如可以通过流体压力、利用压电材料或利用其他机构来致动的流体阀和系统。还公开了控制流体流动和制造流体系统的相关方法。本公开可包括触觉流体系统，其涉及控制(例如，停止、启动、交替、限制、增加等)流体流过流体通道和/或流体腔室。流体流动的控制可以通过一个或更多个流体阀来实现。
46.根据本文描述的一般原理，本文描述的任何实施例的特征可以彼此结合使用。当结合附图和权利要求阅读下面的详细描述时，这些和其他实施例、特征和优点将被更充分地理解。
47.参考图1
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4，以下将提供示例性流体阀活塞、流体系统和流体阀(例如，微流体系统和微流体阀)的详细描述。参考图5
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7提供了流体阀实现方式的详细描述。参考图8a至图25提供逻辑门和流体逻辑回路的详细描述。参考图26a
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26c和图27提供了线性化可变压力调节器装置的详细描述。参考图28提供了推挽流体放大器的详细描述。参考图29提供了全加器的物理实现方式的详细描述。参考图30提供了微流体控制系统的详细描述。参考图31
‑
35，提供了可与本公开的微流体系统结合使用的触觉、人工现实和虚拟现实的示例系统和装置的详细描述。
48.图1是根据本公开的至少一个实施例的偏置在向下位置的流体阀(例如，微流体阀)的示例活塞100的图示。活塞100可被构造成定位在流体阀装置内，以控制流体(例如，空气、气体、液体等)的流动方向和/或压力。活塞100可以包括沿着活塞100的外周的凸缘102，凸缘102的形状和尺寸可以设置为固定在流体阀体中相应的凸缘接收区域内。凸缘102可以被配置成将活塞100锚定到流体阀，使得活塞100的轴104可以相对于流体阀体在竖直方向上移动(从图1的视角来看)。凸缘102可以从轴104径向向外延伸。
49.活塞100还可以包括位于凸缘102和活塞100的轴104之间的柔性倾斜区域106(例如，铰链(hinge)部分)。柔性倾斜区域106可被构造成允许活塞100的轴104相对于阀体垂直移动，同时凸缘102部分保持固定在阀体内。活塞100可包括柔性材料(包括但不限于橡胶、聚合物、腈、硅树脂或其组合)。柔性材料可以被构造成允许活塞100的轴104竖直移动，同时凸缘相对于流体阀体保持固定。
50.本公开相对于传统活塞设计的优点可以包括将活塞100的尺寸缩小到允许将多个活塞100(例如，几十个、几百个或几千个活塞)大规模集成到紧凑的流体系统封装件(例如，图29的全加器2900、图30的流体系统3000)中的能力。例如，凸缘102的外径可以小于10mm、小于5mm、小于2mm或小于1mm。本公开相对于传统活塞设计的另一个优点可以包括在微流体系统(例如，图30的流体系统3000)中活塞100的重复循环(例如，数千或数百万次循环)之后活塞100的高可靠性。
51.活塞100可以包括设置在活塞100的顶部中心区域上的闸门108(例如，控制闸门)。闸门108可以被定位和构造成接收正流体压力，该正流体压力向活塞100施加力，导致活塞
100(从图1的视角看)在竖直方向上向下移动。活塞100还可以包括(从图1的视角看)设置在活塞100的下部区域的基座110。基座110可以被定位和构造成接收正流体压力，该正流体压力向活塞100施加力，导致活塞100(从图1的视角看)在竖直方向上向上移动。活塞100还可以包括有助于将活塞100组装到阀体中的过程的特征(例如，如下面参考图5、图8a和图8b所述的机械加工或模制的丙烯酸体(acrylic body))。例如，活塞100的基座110可以是锥形的，使得(从图1的视角看)基座110的底部可以包括直径d1，该直径小于基座110顶部的直径d2，以帮助活塞100插入阀体。另外，当活塞100处于向下位置时，锥形底座110可有助于紧贴阀座(valve seat)密封底座110。活塞100还可以包括延伸穿过活塞100中心的孔112，以在将活塞100安装到阀体中时帮助插入工具作业。
52.活塞100可以被配置成被致动通过多个位置。在一些示例中，活塞100可以被致动通过两个位置(例如，二进制致动(binary actuation))。例如，当足够的正压施加到闸门108时，活塞100可以被致动到向下位置(从图1的视角看)。当足够的正压施加到基座110和/或柔性成形区域106的下表面时，活塞100可以被致动到向上位置(从图1的视角看)。在一些示例中，在闸门108或基座110上没有流体压力的情况下，活塞100可以被偏置到某个位置。如图1所示，在闸门108或基座110上没有流体压力的情况下，活塞100可以被偏置到向下的位置。向下偏置可以通过柔性倾斜区域106从凸缘102向下延伸到轴104的构造来实现。
53.图2是根据本公开的至少一个实施例的流体阀(例如，微流体阀)的偏置在向上位置的示例活塞200的图示。在某些方面，活塞200可以类似于图1的活塞100。例如，活塞200还可以包括闸门208和基座210，闸门208被定位和构造成接收流体压力，流体压力向活塞200施加力，导致活塞200(从图2的视角来看)在竖直方向上向下移动，基座210设置在活塞200的下部区域中。基座210可以被定位和构造成接收流体压力，该流体压力向活塞200施加力，导致活塞200(从图2的视角看)在竖直方向上向上移动。活塞200可包括位于活塞200外周的凸缘202、轴204以及凸缘202和轴204之间的柔性倾斜区域206(例如，铰链部分)。
54.活塞200还可以被构造成被致动通过包括两个位置(例如，二进制致动)的多个位置。例如，当压力施加到闸门208时，(从图2的视角看)活塞200可以被致动到向下位置，当压力施加到基座210和/或柔性倾斜区域206的下表面时，(从图2的视角看)活塞200可以被致动到向上位置。在一些示例中，在闸门208或基座210上没有流体压力的情况下，活塞200也可以被偏置到某个位置。与图1中活塞100的向下偏置位置相反，在闸门208或基座210上没有流体压力的情况下，活塞200可以被偏置到向上位置。向上偏置可以通过柔性倾斜区域206从凸缘202向上延伸到轴204的构造来实现。
55.图3是根据本公开的至少一个实施例的偏置到中心位置的流体阀(例如，微流体阀)的示例活塞300的图示。在某些方面，活塞300可以类似于图1的活塞100和图2的活塞200。例如，活塞300还可包括闸门308和设置在活塞300下部区域的基座310，闸门308定位并构造成接收流体压力，流体压力向活塞300施加力，导致活塞300(从图3的视角看)沿竖直方向向下移动。基座310可以被定位和构造成接收流体压力，该流体压力向活塞300施加力，导致活塞300(从图3的视角看)在竖直方向上向上移动。活塞300可包括位于活塞300外周的凸缘302、轴304以及凸缘302和轴304之间的柔性区域306(例如，铰链部分)。
56.活塞300也可以被配置成被致动通过多个位置。与图1的活塞100和图2的活塞200相比，活塞300可以被致动通过三个位置。例如，当压力施加到闸门308时，活塞300可以(从
图3的视角看)被致动到向下位置，当压力施加到基座310和/或柔性区域306的下表面时，活塞300可以被致动到向上位置(从图3的视角看)。在一些示例中，在闸门308或基座310上没有流体压力的情况下，活塞300还可以被偏置到某个位置。与图1中活塞100的向下偏置位置和图2中活塞200的向上偏置位置相比，活塞300可以在闸门308或基座310上没有流体压力的情况下被偏置到中心位置。中心偏置可以通过柔性区域306从凸缘302向轴304向内延伸(尽管是沿着脊状、谷状或波状路径)的构造来实现。
57.图4是根据本公开的至少一个实施例的配置有高增益闸门408的流体阀(例如，微流体阀)的示例活塞400的图示。在某些方面，活塞400可以类似于图1的活塞100、图2的活塞200和图3的活塞300。例如，活塞400也可包括闸门408和设置在活塞400下部区域的基座410，闸门408定位并构造成接收流体压力，该流体压力向活塞400施加力，导致活塞400(从图4的视角看)沿竖直方向向下移动。基座410可以被定位和构造成接收流体压力，该流体压力向活塞400施加力，导致活塞400(从图4的视角看)在竖直方向上向上移动。活塞400可包括位于活塞400外周的凸缘402、轴404以及凸缘402和轴404之间的柔性倾斜区域406(例如，铰链部分)。
58.与图1的活塞100、图2的活塞200和图3的活塞300相比，图4的活塞400的闸门408可以被构造成具有比闸门108、208和308更大的表面积。对于所施加的任何给定流体压力，与闸门108、208和308的向下力相比，闸门408的较大表面积可被配置成(从图4的视角来看)在向下方向上提供更大的力。在一些示例中，活塞400可以被配置成比活塞100、200或300更快地从向上位置切换到向下位置，这是由于活塞400的较大表面积施加到活塞400的力更大。
59.活塞400也可以被构造成被致动通过多个位置，包括两个位置(例如，二进制致动)或三个位置。例如，当压力施加到闸门408时，活塞400可以(从图4的视角看)被致动到向下位置，当压力施加到基座410和/或柔性倾斜区域406的下表面时，活塞400可以(从图4的视角看)被致动到向上位置。在一些示例中，在闸门408或基座410上没有流体压力的情况下，活塞400也可以被偏置到某个位置。在一些示例中，在闸门408或基座410上没有流体压力的情况下，活塞400可以被偏置到向上位置、中心位置或向下位置。
60.图5是根据本公开的至少一个实施例的示例流体阀500的截面图。在一些示例中，流体阀500可以被配置成控制流体向流体机构的流动。流体阀500可以流体耦合到例如流体驱动机构(例如，流体致动器、触觉装置、可膨胀囊等)、流体通道、另一个流体阀、流体贮存器或它们的组合。
61.参考图5描述的流体阀500(例如，微流体阀)可以包括第一端口522(例如，第一输入通道、第一入口)，其被配置为输送来自流体源(例如，压电阀、加压流体源、流体泵、压缩空气等)的第一流体，呈现出进入流体阀500的压力。基座端口524(例如，第二入口通道、第二入口端口)可被配置成从流体源(例如，压电阀、加压流体源、流体泵、压缩空气等)输送第二流体，呈现出进入流体阀500的压力。第二端口520(例如，输出通道)可以被配置为将来自第一端口522的第一流体或来自基座端口524的第二流体之一输送出流体阀500。第二端口520可以流体耦合到例如流体驱动机构(例如，流体致动器、触觉装置、可膨胀囊等)、另一个流体通道、另一个流体阀、流体贮存器或它们的组合。第一端口522、第二端口520和基座端口524中的每一个都可以被配置为压力源端口或压力排放端口(pressure drain port)，这取决于流体阀500如何在流体系统内耦合。
62.活塞501在第一位置(例如，从图5的视角看的向上位置)和第二位置(例如，从图5的视角看的向下位置)之间的移动可以控制通过流体阀500的流体流动。闸门部分508可以在禁止流体从第一端口522流向基座端口524的向上位置和禁止流体从第一端口522流向第二端口520的向下位置之间移动。活塞501在向上位置和向下位置之间的移动可以至少部分地由施加在活塞501的闸门部分508(例如，控制闸门)上的控制压力来确定。活塞501可以是可移动部件，其被配置成将输入力、压力或位移传递到流体阀500的流动限制区域，以限制或停止通过基座端口524、第一端口522和/或第二端口520的流体流动。相反，在一些示例中，向活塞501施加力、压力或位移可导致打开流动限制区域，以允许或增加通过基座端口524、第一端口522和/或第二端口520的流量。在一些示例中，活塞501可以在两个位置(例如，向上位置和向下位置)之间移动，并且根据活塞501的位置，第二端口520可以总是流体耦合到第一端口522或基座端口524。
63.在图5所示的实施例中，闸门端口526的加压可导致活塞501移动到向下位置，在向下位置时基座端口524流体耦合到第一端口522并阻塞第二端口520。当闸门端口526未被加压时，第二端口520的加压可导致活塞501移动到向上位置，在向上位置时第一端口522流体耦合到第二端口520并阻塞基座端口524。第二端口520的加压可以向活塞501的下侧区域528施加力，导致活塞501移动到向上位置。在一些示例中，基座端口524或第一端口522可以被持续加压。当基座端口524或第一端口522被持续加压并且闸门端口526被加压到相同或相似的压力水平时，活塞501顶部上的闸门部分508在向下方向上的力可能大于活塞501在向上方向上的力，导致活塞501向下移动。由于与下侧区域528的表面积和基座510的表面积相比，闸门部分508的表面积更大，因此活塞501上向下的力可能大于活塞501上向上的力，从而产生更大的向下方向的力。
64.在另外的实施例中，第一端口522、第二端口520和基座端口524之间的流体连接可以不同于图5所示的连接。例如，当活塞501处于向下位置时，基座端口524和第二端口520可以流体连通，允许流体从基座端口524流向第二端口520。当活塞501处于向上位置时，第一端口522和第二端口520可以流体连通，允许流体从第一端口522流向第二端口520。这种配置例如在图8a和图8b中示出。
65.图6a是设置在流体阀组件600中的示例活塞601的平面图。图6b是包括多个活塞601的流体阀组件600的半透明透视图。流体阀组件600可包括多个活塞601，活塞601定位并配置在流体阀组件600内，以形成包括第一流体阀602、第二流体阀603和第三流体阀604的流体回路。流体阀组件600可包括多个流体通道653，其将流体阀602、603、604相互连接，并将阀组件600流体连接到系统(例如，图30的微流体控制系统3000、触觉系统等)中。
66.流体阀组件600可以包括多层材料(例如，丙烯酸材料)，这些材料被堆叠并彼此结合以方便制造和组装。每个层可以包括微流体阀回路大规模集成所需的特征，包括但不限于通道、通孔、端口、活塞、密封件、阀、电子器件或其组合。每个层可以被密封和/或结合到相邻层，允许流体移动通过流体阀组件的内部部件。在一些示例中，每个层可以包括丙烯酸材料。每个层还可以包括贯穿孔(through hole)605，其被定位成与相邻层的贯穿孔605对齐，产生延伸穿过整个组件的孔(例如，流体路径、流体通道)。在一些示例中，这些层可以通过将溶剂(例如，丙酮)注入贯穿孔605中而彼此结合。注入的溶剂可以在丙烯酸层之间虹吸(wick)。注入的溶剂可作为粘合剂，产生在丙烯酸层之间的结合。在另外的实施例中，固体
元件(例如，销、螺钉、螺栓等)可以插入贯穿孔605中，以将各层彼此固定。
67.图7是根据本公开的至少一个实施例的压电流体阀700(在此也称为“压电阀700”)的截面图。压电阀700可以将源端口755处的加压流体源流体连接到压电阀的输出端口757，和/或将排放端口756处的流体排放(fluid drain)流体耦合到压电阀700的输出端口757。在一些示例中，压电阀700可以向阀组件(诸如与图6a、图6b、图8a、图8b、图9a
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16、图18
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25、图27
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31和图34
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35相关联的阀组件)提供加压流体的源和/或排放(drain)。压电阀700可以被电致动，并且可以提供电子控制系统(例如，人工现实控制系统、触觉控制系统、流体逻辑控制系统等)和流体阀系统(例如，图33
‑
34的触觉手套的流体阀系统)之间的接口。压电阀700可以包括电连接部760，以将第一压电致动器762和第二压电致动器763连接到电子控制系统。在一些示例中，电连接部760可以通过o形环、垫圈、胶水、丙酮结合或其他密封元件或材料与压电阀700的源端口755和排放端口756密封隔离。压电阀700可以通过堆叠材料层来制造。例如，3层丙烯酸材料可以根据上面参考图6a和图6b描述的工艺堆叠和结合。第一层可以包括源端口755，第二层可以包括输出端口757，第三层可以包括排放端口756，如图7所示。
68.在一些示例中，压力源可以是施加到源端口755的恒定加压流体源(例如，15
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30psi的压缩空气)。施加到排放端口756的压力排放(pressure drain)可以通向周围大气(例如，排气端口)。压电阀700可以包括第一压电致动器762和第二压电致动器763(例如，压电弯曲致动器、压电陶瓷弯曲致动器)，它们可以被配置为固定在第一压电致动器762和第二压电致动器763左侧的悬臂梁(从图7的视角看)。第一压电致动器762可以被定位和配置成控制源端口755和输出端口757之间的流体耦合，第二压电致动器763可以被定位和配置成控制排放端口756和输出端口757之间的流体耦合。第一压电致动器762和第二压电致动器763都可以被配置为在相同的方向和相同的时间被致动。例如，第一压电致动器762和第二压电致动器763可以在向下的方向上被致动(从图7的视角来看)，使得排放端口756和输出端口757之间的孔缝(aperture)打开，允许排放端口756和输出端口757之间的流体耦合，同时源端口755和输出端口757之间的孔缝关闭。
69.当第一压电致动器762和第二压电致动器763(从图7的视角看)在向上的方向被致动时，源端口755和输出端口757之间的孔缝可以打开，允许源端口755和输出端口757之间的流体耦合，同时排放端口756和输出端口757之间的孔缝关闭。当第一压电致动器762和第二压电致动器763处于关闭位置(例如，未被电致动或致动至关闭位置)时，第一压电致动器762和第二压电致动器763都可以处于基本平坦的状态，从而关闭孔缝并阻塞流体流动。与变形状态(例如，电致动状态)相比，当处于基本平坦的状态时，第一压电致动器762和第二压电致动器763都可以将它们的峰值力施加到孔缝上。由第一压电致动器762和第二压电致动器763施加到孔缝的更大的力可以减少从源端口755到输出端口757以及从输出端口757到排放端口756的流体泄漏。
70.在一些示例中，在压电阀700中使用第一压电致动器762和第二压电致动器763可以允许减小压电阀700的两个密封表面之间的流体通道的体积。当在通道内在高压和低压之间切换时，这种体积的减小可以减少填充体积和/或从体积中排出所需的流体量，从而与可以包括单个压电致动器的传统压电阀相比，能够实现更快的切换频率(例如，每秒数百个周期的切换频率)。
71.与传统的压电阀相比，压电阀700的潜在优点可以包括在切换压电阀700时更快的响应时间、更高的工作流体压力和/或更高的流体流速。
72.图8a和图8b是根据本公开的至少一个实施例的示例流体阀缓冲器800的截面图。流体阀缓冲器800可以与参考图5描述的流体阀500相同或相似。流体阀缓冲器800可以包括耦合到加压流体源(例如，流体泵、压缩空气等)的基座端口824，而第一端口822耦合到压力排放(例如，通向大气压力)。如图8a所示，当闸门端口826未被加压时，基座端口824中的压力可向基座810处的活塞801的底部施加力，导致活塞801(从图8a的视角看)沿向上的方向移动，并打开第一端口822和第二端口820之间的流体路径，将第一端口822上的压力(例如，大气压力)耦合到第二端口820。如图8b所示，当闸门端口826被加压时，活塞801(从图8b的视角看)可沿向下的方向移动，并打开基座端口824和第二端口820之间的流体路径，将加压流体从基座端口824耦合到第二端口820。在一些示例中，图8a和图8b的流体阀缓冲器800可以被配置成将闸门端口826的压力状态(例如，加压或非加压)镜像(mirror)到第二端口820的压力状态，同时从第一端口822和/或基座端口824提供与闸门端口826处的流体所提供的不同(例如，更高或更低)的流体压力和/或流体流速。
73.图9a和图9b是根据本公开的至少一个实施例的示例流体阀反相器900的截面图。流体阀反相器900可以包括参考图5描述的流体阀500。流体阀反相器900可以包括耦合到低压排放(例如，通向大气压力)的基座端口924(从图9a和图9b的视角观察的下部端口)，而第一端口922(从图9a和图9b的视角观察的左端口)耦合到高压源。流体阀反相器900可以被配置成根据图9c的真值表930操作。
74.当闸门端口926被加压时，活塞901可如图9b所示沿向下方向移动，并打开基座端口924和第二端口920之间的流体路径，将第二端口920耦合到基座端口924。当闸门端口926未被加压时，第一端口922中的压力可向活塞901的倾斜区域和/或活塞901的闸门区域的下侧施加力，导致活塞901如图9a所示沿向上方向移动，并打开第一端口922和第二端口920之间的流体路径，将第一端口922的加压流体耦合到第二端口920。图9a
‑
9b的流体阀反相器900可以将闸门端口926的反相压力状态镜像到第二端口920的压力状态上。在一些示例中，流体阀反相器900可以被配置为流体阀组合逻辑回路的一部分，并为逻辑回路提供反相功能。
75.图10a
‑
10d是根据本公开的至少一个实施例的示例性“或”流体逻辑门装置1000(或门)的截面图。图10e是对应于或门1000的真值表1030。或门1000可以包括参考图5描述的流体阀。或门1000可以包括耦合到加压源的基座端口1024。第一端口1022(在图10a
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10d中也标记为b)和闸门端口1026(在图10a
‑
10d中也标记为a)可以接收包括高压源(逻辑1)或低压排放(逻辑0)的流体输入。或门1000可以被配置为根据逻辑真值表1030操作。
76.当闸门端口1026和第一端口1022都处于低压(逻辑0)时，基座端口1024上的源压力可以向活塞1001的基座1010施加力，导致活塞1001(从图10a
‑
10d的视角看)沿向上方向移动，并打开第一端口1022和第二端口1020之间的流体路径，将低压耦合到第二端口1020。当闸门端口1026处于低压(逻辑0)并且第一端口1022处于高压(逻辑1)时，基座端口1024中的压力可以向活塞1001的基座1010施加力，导致活塞1001(从图10a
‑
10d的视角看)沿向上方向移动，并且打开第一端口1022和第二端口1020之间的流体路径，将高压耦合到第二端口1020。
77.当闸门端口1026处于高压(逻辑1)并且第一端口1022处于低压(逻辑0)时，闸门端口1026中的高压可以向活塞1001的顶部施加力，导致活塞(从图10a
‑
10d的视角看)沿向下方向移动，并且打开基座端口1024和第二端口1020之间的流体路径，将高压耦合到第二端口1020。当闸门端口1026和第一端口1022处于高压(逻辑1)时，闸门端口1026中的高压可以向活塞1001的顶部施加力，导致活塞1001(从图10a
‑
10d的视角看)沿向下方向移动，并打开第一端口1022和第二端口1020之间的流体路径，将高压耦合到第二端口1020。在一些示例中，或门1000可以是流体阀组合逻辑回路的一部分，并为逻辑回路提供逻辑“或”功能。
78.图11a
‑
11d是根据本公开的至少一个实施例的示例性“与”流体逻辑门装置1100(与门)的截面图。图11e是对应于与门1100的真值表1130。与门1100可以包括参考图5描述的流体阀500。与门1100可以包括耦合到低压(例如，通向大气压力)的第一端口1122。基座端口1124(在图11a
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11d中标记为b)和闸门端口1126(在图11a
‑
11d中标记为a)可以接收包括高压(逻辑1)或低压(逻辑0)的流体输入。与门1100可以被配置成根据逻辑真值表1130操作。
79.当闸门端口1126和基座端口1124都处于低压(逻辑0)时，活塞1101的弹性特性可以被配置成使得活塞1101形成将活塞1101移动到向上位置(从图11a
‑
11d的视角看)的形状，并且打开第一端口1122和第二端口1120之间的流体路径，将低压耦合到第二端口1120。当闸门端口1126处于低压(逻辑0)并且基座端口1124处于高压(逻辑1)时，基座端口1124中的高压可以向活塞1101底部上的基座1110施加力，导致活塞1101(从图11a
‑
11d的视角看)沿向上方向移动，并且打开第一端口1122和第二端口1120之间的流体路径，将低压耦合到第二端口1120。当闸门端口1126处于高压(逻辑1)并且基座端口1124处于低压(逻辑0)时，高压可以向活塞1101的顶部施加力，导致活塞1101(从图11a
‑
11d的视角看)沿向下的方向移动，并且打开基座端口1124和第二端口1120之间的流体路径，将低压耦合到第二端口1120。
80.当闸门端口1126和基座端口1124均处于高压(逻辑1)时，闸门端口1126中的高压可向活塞1101的顶部施加向下的力，基座端口1124中的高压可向活塞1101的基座1110施加向上的力。在一些示例中，闸门端口1126中的高压可以基本上与基座端口1124中的高压相同。然而，由于活塞1101的顶部和活塞1101的基座1110的表面积不相等，活塞1101上的向下力和活塞1101上的向上力可能不是基本上相等。如上文参考图5所述，由于活塞1101的顶部的表面积比基座1110的下侧区域的表面积大，因此活塞1101上沿向下方向的力可能大于活塞1101上沿向上方向的力，从而在向下的方向上产生更大的力。作用在活塞1101上的力的总和可导致活塞1101沿向下方向移动(从图11a
‑
11d的视角看)，并打开基座端口1124和第二端口1120之间的流体路径，将高压耦合到第二端口1120。在一些示例中，与门1100可以是流体阀组合逻辑回路的一部分，并为逻辑回路提供逻辑“与”功能。
81.图12是根据本公开的至少一个实施例的示例性“或非”流体逻辑门装置1200(或非门)的截面图。或非门1200可以包括第一流体阀1216(从图12的视角观察的左侧流体阀)和第二流体阀1218(从图12的视角观察的右侧流体阀)。第一流体阀1216和第二流体阀1218可以各自包括参考图5描述的流体阀500。
82.第一流体阀1216可被配置为图10a
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10d的或门，第二流体阀1218可被配置为图9a
‑
9b的反相器。第一流体阀1216可以包括耦合到高压源的基座端口1224。第一端口1222(在图
12中标记为b)和闸门端口1226(在图12中标记为a)可以接收呈现高压(逻辑1)或低压(逻辑0)的流体输入。第一流体阀1216的第二端口1220可以被第二流体阀1218反相。为此，第一流体阀1216的第二端口1220可以流体耦合到第二流体阀1218的闸门端口1226。第二流体阀1218的第一端口1222可以耦合到高压(例如，源)，第二流体阀1218的基座端口1224可以耦合到低压(例如，排放、大气压力等)。第二流体阀1218的第二端口1220(图12中标记为o)可以是或非门1200的输出端。或非门1200可以被配置为根据图12所示的逻辑真值表1230操作。
83.对应于真值表1230的第一行，当第一流体阀1216的闸门端口1226(a)和第一端口1222(b)都耦合到低压(逻辑0)时，第一流体阀1216的基座端口1224上的源压力可以向活塞1201的底部施加力，导致活塞1201(从图12的视角看)沿向上方向移动并打开第一端口1222和第二端口1220之间的流体路径，将低压耦合到第二端口1220。对应于真值表1230的第二行，当第一流体阀1216的闸门端口1226(a)耦合到低压(逻辑0)并且第一流体阀1216的第一端口1222(b)耦合到高压(逻辑1)时，基座端口1224上的源压力可以向活塞1201的底部施加力，导致活塞(从图12的视角来看)沿向上的方向上移动，并且打开第一流体装置1216的第一端口1222和第二端口1220之间的流体路径，将高压源耦合到第一流体装置1216的第二端口1220。
84.对应于真值表1230的第三行，当第一流体阀1216的闸门端口1226耦合到高压(逻辑1)并且第一流体阀1216的第一端口1222耦合到低压(逻辑0)时，闸门端口1226上的高压可以向活塞1201的顶部施加力，导致活塞(从图12的视角看)沿向下的方向移动并且打开闸门端口1226和第二端口1220之间的流体路径，将高压耦合到第二端口1220。对应于真值表1230的最后一行，当闸门端口1226和第一流体阀1216的第一端口1222耦合到高压(逻辑1)时，闸门端口1226上的高压可以向活塞1201的顶部施加力，导致活塞(从图12的视角看)沿向下方向移动，并打开第一端口1222和第二端口1220之间的流体路径，将高压耦合到第一流体阀1216的第二端口1220。
85.如上所述，第一流体阀1216的第二端口1220可以流体耦合到第二流体阀1218的闸门端口1226。第二流体阀1218可以被配置为图9a和图9b的反相器。第二流体阀1218的第一端口1222可以耦合到高压源，第二流体阀1218的基座端口1224可以耦合到低压排放。当第二流体阀1218的闸门端口1226接收到来自第一流体阀1216的第二端口1220的高压时，第二流体阀1218的第二端口1220(o)可以耦合到基座端口1224的低压。当第二流体阀1218的闸门端口1226耦合到来自第一流体阀1216的第二端口1220的低压时，第二流体阀1218的第二端口1220(o)可以耦合到第一端口1222的高压。在一些示例中，或非门1200可以是流体阀组合逻辑回路的一部分，并且为逻辑回路提供逻辑“或非”功能。
86.图13是根据本公开的至少一个实施例的示例性“与非”流体逻辑门装置1300(与非门)的截面图。与非门1300可以包括第一流体阀1316(从图13的视角观察的左侧流体阀)和第二流体阀1318(从图13的视角观察的右侧流体阀)。第一流体阀1316和第二流体阀1318可以包括参考图5描述的流体阀500。第一流体阀1316可以被配置为图11a
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11d的与门，第二流体阀1318可以被配置为图9a和图9b的反相器。第一流体阀1316可以包括耦合到低压排放(例如，大气压)的第一端口1322。基座端口1324(图13中标记为b)和闸门端口1326(图13中标记为a)可以接收包括高压(逻辑1)或低压(逻辑0)的流体输入。第一流体阀1316的第二端
口1320可以被第二流体阀1318反相。第一流体阀1316的第二端口1320可以流体耦合到第二流体阀1318的闸门端口1326。第二流体阀1318的第一端口1322可以耦合到高压源，第二流体阀1318的基座端口1324可以耦合到低压排放(例如大气压)。第二端口1320(图13中标记为o)可以是与非门1300的输出端。与非门1300可以根据图13所示的逻辑真值表1330操作。
87.对应于逻辑表1330的第一行，当第一流体阀1316的闸门端口1326和基座端口1324都耦合到低压(逻辑0)时，活塞1301的弹性特性可导致活塞1301形成将活塞1301移动到(从图13的视角看)向上位置的形状，并打开第一流体阀1316的第一端口1322和第二端口1320之间的流体路径，将低压排放耦合到第二端口1320。对应于逻辑表1330的第二行，当第一流体阀1316的闸门端口1326耦合到低压(逻辑0)并且第一流体阀1316的基座端口1324耦合到高压(逻辑1)时，高压可以向活塞1301的底部施加力，导致活塞(从图13的角度看)沿向上方向移动(或保持)，并打开第一流体阀1316的第一端口1322和第二端口1320之间的流体路径，将低压耦合到第一流体阀1316的第二端口1320。
88.对应于逻辑表1330的第三行，当第一流体阀1316的闸门端口1326耦合到高压(逻辑1)并且第一流体阀1316的基座端口1324耦合到低压(逻辑0)时，闸门端口1326上的高压可向活塞1301的顶部施加力，导致活塞1301(从图13的视角看)沿向下方向移动，并打开第一流体阀1316的基座端口1324和第二端口1320之间的流体路径，将低压耦合到第一流体阀1316的第二端口1320。对应于逻辑表1330的最后一行，当第一流体阀1316的闸门端口1326和基座端口1324耦合到高压(逻辑1)时，高压可在活塞1301的顶部产生净力(net force)，导致活塞1301(从图13的视角看)沿向下方向移动，并打开基座端口1324和第二端口1320之间的流体路径，将高压耦合到第一流体阀1316的第二端口1320。
89.如上所述，第一流体阀1316的第二端口1320可以流体耦合到第二流体阀1318的闸门端口1326。第二流体阀1318可以被配置为图9a
‑
9b的反相器。第二流体阀1318的第一端口1322可以耦合到高压源，第二流体阀1318的基座端口1324可以耦合到低压排放(例如大气压)。当第二流体阀1318的闸门端口1326接收到来自第一流体阀1316的第二端口1320的高压时，第二流体阀1318的第二端口1320(o)可以耦合到基座端口1324的低压。当第二流体阀1318的闸门端口1326从第一流体阀1316的第二端口1320接收低压时，第二流体阀1318的第二端口1320(o)可以耦合到第一端口1322的高压。在一些示例中，与非门1300可以是流体阀组合逻辑回路的一部分，并为逻辑回路提供逻辑“与非”功能。
90.图14是根据本公开的至少一个实施例的示例性“异或(exclusive or)”流体逻辑门装置1400(异或门)的截面图。异或门1400可以包括第一流体阀1416(从图14的视角观察的左侧流体阀)和第二流体阀1418(从图14的视角观察的右侧流体阀)。第一流体阀1416和第二流体阀1418可以各自包括参考图5描述的流体阀500。第一流体阀1416可以包括耦合到高压源的第一端口1422。第一流体阀1416的基座端口1424可以耦合到低压排放。第一流体阀1416的闸门端口1426(图14中标记为b)和第二流体阀1418的闸门端口1426(图14中标记为a)可以接收呈现高压(逻辑1)或低压(逻辑0)的流体输入。第一流体阀1416的第二端口1420可以耦合到第二流体阀1418的基座端口1424(图14中标记为)。第二流体阀1418的基座端口1424可以被配置为相对于第一流体阀1416的闸门端口1426呈现反相的流体信号。尽管图14中未示出，但是第一流体阀1416的闸门端口1426(b)可以耦合到第二流体阀1418的第一端口1422。第二端口1420(图14中标记为o)可以是异或门1400的输出端。异或门1400可
以根据图14所示的逻辑真值表1430操作。
91.对应于真值表1430的第一行，当第二流体阀1418的闸门端口1426(a)和第一流体阀1416的闸门端口1426(b)都耦合到低压(逻辑0)时，来自第一端口1422的高压可以对活塞1401的下侧区域施加力，使第一流体阀1416的活塞1401移动到向上的位置(从图14的角度看)，并将高压耦合到第一流体阀1416的第二端口1420和第二流体阀1418的基座端口1424。基座端口1424(b)上的高压可以向第二流体阀1418的活塞1401的底部施加力，该力将活塞1401移动到向上的位置(从图14的视角看)，并将第二流体阀1418的第一端口1422(b)上的低压耦合到第二流体阀1418的第二端口1420(o)。
92.对应于真值表1430的第二行，当第二流体阀1418的闸门端口1426(a)耦合到低压(逻辑0)并且第一流体阀1416的闸门端口1426(b)耦合到高压(逻辑1)时，第二流体阀1418的活塞1401的弹性特性可导致活塞1401形成将活塞1401移动到向上位置(从图14的视角看)的形状，并打开第一流体阀1416的第一端口1422和第二端口1420之间的流体路径，将第二流体阀1418的第一端口1422(b)上的高压耦合到第二端口1420(o)。
93.对应于真值表1430的第三列，当第二流体阀1418的闸门端口1426(a)耦合到高压(逻辑1)并且第一流体阀1416的闸门端口1426(b)耦合到低压(逻辑0)时，第一流体阀1416的第一端口1422上的高压可以向活塞1401的下侧区域施加力，该力将第一流体阀1416的活塞1401移动到向上的位置(从图14的视角看)，并将高压耦合到第一流体阀1416的第二端口1420和第二流体阀1418的基座端口1424。第二流体阀1418的闸门端口1426(a)上的高压可迫使第二流体阀1418上的活塞1401向下，打开从第二流体阀1418的基座端口1424到第二端口1420(o)的路径，并将高压耦合到第二流体阀1418的第二端口1420(o)。
94.对应于真值表1430中的最后一行，当第二流体阀1418的闸门端口1426(a)和第一流体阀1416的闸门端口1426(b)耦合到高压(逻辑1)时，高压可以迫使第一流体阀1416的活塞1401和第二流体阀1418的活塞1401向下(从图14的视角看)，产生从基座端口1424到第一流体阀1416的第二端口1420以及第二流体阀1418的基座端口1424的流体路径。第二流体阀1418的活塞1401上的高压可产生从第二流体阀1418的基座端口1424到第二端口1420(o)的流体路径，将低压耦合到第二流体阀1418的第二端口1420(o)。在一些示例中，异或门1400可以是流体阀组合逻辑回路的一部分，并为逻辑回路提供逻辑“异或”功能。
95.图15是根据本公开的至少一个实施例的示例性“同或”流体逻辑门装置1500(同或门)的截面图。同或门1500可以包括第一流体阀1516(例如，从图15的视角观察的左侧流体阀)和第二流体阀1518(例如，从图15的视角观察的右侧流体阀)。第一流体阀1516和第二流体阀1518可以包括参考图5描述的流体阀500。第一流体阀1516可以包括耦合到高压源的第一端口1522。第一流体阀1516的基座端口1524可以耦合到低压排放。第一流体阀1516的闸门端口1526(图15中标记为b)和第二流体阀1518的闸门端口1526(图15中标记为a)可以接收呈现高压源(逻辑1)或低压排放(逻辑0)的流体输入。第一流体阀1516的第二端口1520可以耦合到第二流体阀1518的第一端口1522(图15中标记为)。虽然在图15中未示出，但是第一流体阀1516的闸门端口1526(在图15中标记为b)可以流体耦合到第二流体阀1518的基座端口1524(在图15中也标记为b)。第二端口1520(图15中标记为o)可以是同或门1500的输出端。同或门1500可以根据图15所示的逻辑真值表1530操作。
96.对应于真值表1530的第一行，当第二流体阀1518的闸门端口1526(a)和第一流体
阀1516的闸门端口1526(b)(连接到第二流体阀1518的基座端口1524)都耦合到低压(逻辑0)时，第一流体阀1516的第一端口1522上的高压可以向活塞1501的下侧区域施加力，该力将第一流体阀1516的活塞1501移动到向上的位置(从图15的视角看)，并将高压耦合到第一流体阀1516的第二端口1520和第二流体阀1518的第一端口1522第一端口1522上的高压可以向第二流体阀1518的活塞1501的下侧区域施加力，该力将活塞1501移动到向上的位置(从图15的视角看)，并将第二流体阀1518的第一端口1522上的高压耦合到第二流体阀1518的第二端口1520(o)。
97.对应于真值表1530的第二行，当第二流体阀1518的闸门端口1526(a)耦合到低压(逻辑0)并且第一流体阀1516的闸门端口1526(b)耦合到高压(逻辑1)时，第一流体阀1516的闸门端口1526(b)上的高压可以迫使第一流体阀1516的活塞1501到向下的位置(从图15的视角看)，产生从第一流体阀1516的基座端口1524到第二端口1520的流动路径，并且将低压耦合到第一流体阀1516的第二端口1520和第二流体阀1518的第一端口1522第二流体阀1528的基座端口1524上的高压(耦合到b输入端)可以导致第二流体阀1518的活塞1501移动到向上的位置(从图15的视角看)，打开第一端口1522和第二端口1520(o)之间的流体路径，将第一端口1522上的低压耦合到第二流体阀1518的第二端口1520(o)。
98.对应于真值表1530的第三行，当第二流体阀1518的闸门端口1526(a)耦合到高压源(逻辑1)并且第一流体阀1516的闸门端口1526(b)耦合到低压排放(逻辑0)时，来自第一流体阀1516的第一端口1522的高压可以在活塞1501的下侧区域上施加力，该力将第一流体阀1516的活塞1501移动到向上的位置(从图15的视角看)，并将高压耦合到第一流体阀1516的第二端口1520和第二流体阀1518的第一端口1522第二流体阀1518的闸门端口1526(a)上的高压可迫使第二流体阀1518的活塞1501向下(从图15的视角看)，打开从第二流体阀1518的基座端口1524(耦合到b输入端)到第二流体阀1518的第二端口1520(o)的流体路径，并将低压耦合到第二流体阀1518的第二端口1520(o)。
99.对应于真值表1530的最后一行，当第二流体阀1518的闸门端口1526(a)和第一流体阀1516的闸门端口1526(b)耦合到高压(逻辑1)时，高压可以迫使第一流体阀1516的活塞1501和第二流体阀1518的活塞1501向下(从图15的视角看)，产生从基座端口1524上的低压排放到第一流体阀1516的第二端口1520的流体路径。第二流体阀1518的活塞1501上的高压可以产生从第二流体阀1518的基座端口1524(耦合到b输入端)到第二流体阀1518的第二端口1520(o)的流体路径，将高压耦合到第二流体阀1518的第二端口1520(o)。在一些示例中，同或门1500可以是流体阀组合逻辑回路的一部分，并且为逻辑回路提供逻辑“同或”功能。
100.图16是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体解复用器装置1600的截面图。流体解复用器装置1600(在此也称为“解复用器1600”)可以包括上面参考图5描述的多个流体阀500。如图16所示，解复用器1600的流体阀可以彼此流体耦合。解复用器1600可以包括第一端口1622(例如，输入端口)，其基于n个选择端口的压力状态流体耦合到2
n
个控制闸门(例如，输出锁存器)之一。图16的示例解复用器1600示出了n＝3的实施例，其中3个选择端口1630(1)...1630(3)可以被配置成选择八个输出锁存器1632(1)...1632(8)中的一个。然而，本实施例不限于此，并且可以使用任何数量的选择端口1630和任何数量的输出锁存器
1632。
101.选择端口1630(1)...1630(3)可以被配置为闸门端口(例如，如上文参考图5所述的闸门端口526)，并且可以被用于向设置在活塞的顶部中心区域中的活塞(例如，如上文参考图5所述的活塞501)的闸门部分(例如，如上文参考图5所述的闸门部分508)施加高压(逻辑1)或低压(逻辑0)。选择端口1630(1)...1630(3)上的高压和低压的每个组合可以阻塞或不阻塞解复用器1600流体回路中的流体路径，以创建从第一端口1622到输出锁存器1632(1)...1632(8)之一的唯一流体路径。选择端口1630(1)...1630(3)上的压力输入组合可以选择输出锁存器1632(1)...1632(8)之一。每个输出锁存器1632(1)...1632(8)可以包括驱动输入端口。驱动输入端口可以处于高压或低压，并且可以被配置(例如，连接)为每个输出锁存器1632(1)...1632(8)的公共输入。驱动输入压力(高压或低压)可基于选择端口1630(1)...1630(3)的唯一组合输送至所选锁存器的输出(1)...输出(8)之一。每个输出锁存器1632(1)...1632(8)可以包括下面参考图22和图23描述的锁存器。
102.图17示出了根据本公开的至少一个实施例的用于流体全加器装置(例如，图18的全加器1800)的逻辑图1700和真值表1730。逻辑图1700示出了全加器的组合逻辑门，全加器接收第一二进制输入a、第二二进制输入b和进位输入c
in
。逻辑图1700可以根据真值表1730运行，并且提供输出s，该输出s是第一二进制输入a、第二二进制输入b和进位输入c
in
之和的算术和。逻辑图1700还可以用于提供第一二进制输入a、第二二进制输入b和进位输入c
in
的算术进位输出c
out
。每个二进制流体输入可以由高压状态或低压状态表示。
103.流体全加器装置的逻辑图1700可以通过使用参考图5描述的流体阀500的流体逻辑回路来实现。例如，流体全加器装置可以由下面参考图18描述的实施例实现。附加地或替代地，通过将一个全加器的进位输出c
out
菊花链连接到相邻全加器的进位输入c
in
，流体全加器装置可以被级联以产生任意数量的二进制流体输入的加法器。在一些示例中，流体全加器可用于创建流体算术逻辑单元，并可用于流体算术以计算地址、表索引、增量运算符和减量运算符以及类似的逻辑和/或计算操作。
104.图18是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体全加器装置1800(也称为“全加器1800”)的截面图。全加器1800可以根据图18的真值表1830来配置，并且可以包括上面参考图5描述的多个流体阀500。全加器1800可以包括第一异或门1840(例如，图14的“异或”流体逻辑门装置1400)，其被配置为接收第一二进制流体输入a和第二二进制流体输入b(高压或低压)，并在第一异或门1840的第一输出1841处产生其逻辑“异或”功能。全加器1800可以包括第二异或门1842，第二异或门1842被配置为接收第一输出1841和进位输入c
in
，并在第二异或门1842的第二输出(图18中标记为s)处产生其逻辑“异或”功能，其表示a、b和c
in
二进制流体输入的算术和s。全加器1800可以包括第一与门1844(例如，图11a
‑
11d的“与”流体逻辑门装置1100)，其被配置为接收第一输出1841的二进制流体输入和进位输入c
in
二进制流体输入，并在与门1844的第三输出1845处产生其逻辑“与”功能。
105.全加器1800可以包括第二与门1846，其被配置为接收第一输入a和第二输入b，并在来自第二与门1846的第四输出1847处产生其逻辑“与”功能。全加器1800可以包括或门1848(例如，图10a至图10d的“或”流体逻辑门装置1000)，其被配置为分别接收第三输出1845和第四输出1847，并在或门1848的进位输出c
out
处产生其逻辑“或”功能，该逻辑“或”功能表示第一输入a、第二输入b和进位输入c
in
的算术进位。在一些示例中，全加器1800可以是
流体阀顺序和/或组合逻辑回路的一部分，并为逻辑回路提供算术加法功能。
106.图19是根据本公开的至少一个实施例的流体阀1900的替代构造的截面图。与图5的流体阀500相比，流体阀1900可具有第二端口1920和基座端口1924，其被定位和构造成与腔室1940流体耦合，活塞1901的下部基座部分位于腔室1940内。流体阀1900还可以具有第一端口1922，该第一端口1922被定位和构造成与腔室1941流体耦合，活塞1901的中心柱位于腔室1941内。当活塞1901处于向上位置时(如图19所示)，基座端口1924和第二端口1920可以流体连通。当活塞1901处于向下位置时，第一端口1922和第二端口1920可以流体连通。流体阀1900可以作为如下参考图20所述的缓冲器门和/或如下参考图21所述的反相器门来操作。
107.图20是根据本公开的至少一个实施例的流体阀缓冲器2000(也称为“替代缓冲器2000”)的替代配置的截面图。替代缓冲器2000可包括上文参考图19描述的替代配置流体阀1900。替代缓冲器2000可以包括耦合到加压源的第一端口2022，而基座端口2024耦合到低压排放(例如，通向大气压力)。替代缓冲器2000可以根据真值表2030操作。当闸门端口2026被加压时，活塞2001可以(从图20的视角看)沿向下方向移动，并且可以打开第一端口2022和第二端口2020之间的流体路径，将加压流体耦合到第二端口2020。当闸门端口2026未被加压(例如，耦合到压力排放)时，第一端口2022中的源压力可以向活塞2001的下侧区域施加力，导致活塞(从图20的视角看)沿向上的方向上移动，并且打开基座端口2024和第二端口2020之间的流体路径，将基座端口2024的低压耦合到第二端口2020。在一些示例中，替代缓冲器2000可以将闸门端口2026的状态镜像到第二端口2020的状态，同时提供与闸门端口2026处的流体所提供的不同(例如，更高或更低)的流体压力和/或不同的流体流速。
108.图21是根据本公开的至少一个实施例的流体阀反相器2100(也称为“替代反相器2100”)的替代配置的截面图。替代反相器2100可以包括耦合到高压的基座端口2124，而第一端口2122耦合到低压排放(例如，通向大气压力)。替代反相器2100可以根据真值表2130操作。当闸门端口2126被加压时，活塞1201(从图21的视角看)可沿向下的方向移动，并打开第一端口2122和第二端口2120之间的流体路径，将低压从第一端口2122耦合到第二端口2120。
109.当闸门端口2126未被加压(例如，连接到压力排放)时，基座端口2124上的高压可向活塞2101的底部施加力，导致活塞2101(从图21的视角看)沿向上方向移动，并打开基座端口2124和第二端口2120之间的流体路径，将基座端口2124的高压流体耦合到第二端口2120。替代反相器2100可以将闸门端口2126的反相压力状态镜像到第二端口2120的压力状态上。在一些示例中，替代的反相器2100可以是流体阀组合逻辑回路的一部分，并为逻辑回路提供反相功能。
110.图22是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体行列缓冲锁存解码装置2200(也称为“缓冲锁存解码器2200”)的截面图。缓冲锁存解码器2200可以被配置成将n个压力输入(例如，来自图7的压电阀700的输入)转换成(n
‑
2)2个压力输出。压电阀可以被配置为通过缓冲锁存解码器2200向更大数量的压力输出提供高压流体源。缓冲锁存解码器2200可以包括第一流体阀2216、第二流体阀2218和第三流体阀2219。第一流体阀2216、第二流体阀2218和第三流体阀2219可包括如上文参考图5所述的流体阀500。第一流体阀2216可被配置为如上文参考图11a
‑
11d所述的与门。第三流体阀2219可以被配置为参考图8a和图8b描述
的缓冲器。第一流体阀2216的第一端口2222可以耦合到压力排放(例如，通向大气)。
111.第一流体阀2216的第二端口2220可以被配置为根据图11e的逻辑真值表1130操作，并且可以仅当第一流体阀2216的行输入i(连接到闸门端口2226)和列输入j(连接到基座端口2224)都处于高压状态时才被耦合到高压。第一流体阀2216的第二端口2220可以耦合到第二流体阀2218的闸门端口2226。第三流体阀2219可以被配置为缓冲器，并且其第二端口2220可以镜像第三流体阀2219的闸门端口2226的压力状态(高压或低压)。第三流体阀2219的第二端口2220可以流体耦合到(例如，反馈到)第二流体阀2218的第一端口2222，允许高压流通过第二流体阀2218到达第三流体阀2219的闸门端口2226，并锁存第三流体阀2219的第二端口2220的状态。当第二流体阀2228的闸门端口2226被加压时(例如，当行输入i和列输入j都是高压时)，第二流体阀2218的基座端口2224(例如，驱动输入)可以被耦合到第三流体阀2219的闸门端口2226，允许第三流体阀2219的第二端口2220镜像基座端口2224的压力状态(例如，驱动输入)。当第一流体阀2216的行输入i或列输入j为低压时，由于流体反馈，第三流体阀2219的第二端口2220将保持锁存在相同的压力状态。
112.通过锁存第三流体阀2219(例如，缓冲器)的第二端口2220(例如，输出)，第三流体阀2219可以被配置为向与第三流体阀2219的第二端口2220流体耦合的装置(例如，可膨胀囊)提供连续的高压流体或低压流体。通过级联图22的流体回路(例如，创建可由行i和列j寻址的阵列)，第三流体阀2219的每个第二端口2220可由行i和列j输入寻址。
113.图23是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体行
‑
列解复用器装置2300的截面图。在一些实施例中，解复用器装置2300可以被配置为与图22的缓冲锁存解码器2200结合使用。图22的缓冲锁存解码器2200可以包括x行输入(例如，6行输入)和x列输入(例如，6列输入)。为了减少输入的总数，解复用器装置2300可以被配置为包括用于行i和列j输入的x个输入，其中选择输入连接到流体阀2316的闸门端口2326，其在选定的行i和选定的列j之间切换。解复用器装置2300可以包括用于将控制输入锁存到行i输出的第一缓冲锁存器2340(例如，图22的缓冲锁存解码器2200)和用于将控制输入锁存到列j输出的第二缓冲锁存器2342。流体阀2316、第一缓冲锁存器2340和第二缓冲锁存器2342的端口可以连接到压力源、压力排放，或者如图23所示彼此互连。
114.可以如图23所示配置连接到代表行i或列j(取决于行/列选择输入的状态)的第一缓冲锁存器2340和第二缓冲锁存器2342的基座端口的单个控制输入。当行/列选择输入处于低压时，可以选择第二缓冲锁存器2342，并且可以将控制输入锁存到标记为列j的第二缓冲锁存器2342的输出上。当行/列选择输入处于低压时，可以通过流体阀2316取消选择第一缓冲锁存器2340。流体阀2316可以被配置为图9a
‑
9b的流体阀反相器900。当选择输入是高压时，可以选择第一缓冲锁存器2340，并且控制输入可以锁存到标记为行i输出的第一缓冲锁存器2340的输出上。当选择输入是高压时，第二缓冲锁存器2342可以由被配置为反相器阀的流体阀2316取消选择。在一些示例中，解复用器装置2300可以通过减少(例如，减少一半)寻址流体装置阵列(例如，可膨胀囊、流体触觉致动器等)所需的行/列输入的数量来减少流体集成回路的复杂性。
115.图24是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体行
‑
列反相缓冲锁存解码装置2400(也称为“反相缓冲锁存解码器2400”)的截面图。反相缓冲锁存解码器2400可以被配置成将n个压力输入(例如，来自图7的压电阀的n个压力输入)转换成(n
‑
2)2个压力输出。压电
阀可以被配置为通过反相缓冲锁存解码器2400向更大数量压力输出提供高压流体源。反相缓冲锁存解码器2400可以类似于图22的缓冲锁存解码器2200来配置，但是使用或门代替与门，并且提供不同的反馈路径来锁存输出。反相缓冲锁存解码器2400可以包括第一流体阀2416、第二流体阀2418和第三流体阀2419。第一流体阀2416、第二流体阀2418和第三流体阀2419中的每一个都可以包括上面参考图5描述的流体阀500。如图24所示，第一流体阀2416、第二流体阀2418和第三流体阀2419的端口可以连接到压力源、压力排放或彼此互连。
116.第一流体阀2416可被配置为如上文参考图10a
‑
10d所述的或门。第三流体阀2419可以被配置为上面参考图8a和图8b描述的缓冲器。第一流体阀2416的输出可以根据图10e的真值表1030操作，并且当行输入i或列输入j为高压时，可以耦合到高压。第一流体阀2416的输出可以耦合到第二流体阀2418的闸门端口。第三流体阀2419可以被配置为缓冲器，并且其输出i、j可以镜像第三流体阀2419的闸门端口的压力状态(高压或低压)。第三流体阀2419的输出i、j可以流体耦合到(例如，反馈到)
117.第二流体阀2418的基座端口，允许高压流通过第二流体阀2418到达第三流体阀2419的闸门端口，从而锁存第三流体阀2419的输出i、j。当第二流体阀2418的闸门端口未被加压时(例如，当行输入i和列输入j是低压时)，第二流体阀2418的驱动输入可以耦合到第三流体阀2419的闸门输入，允许第三流体阀2419的输出i、j镜像驱动输入的压力状态。
118.通过锁存第三流体阀2419(例如，缓冲器)的输出i、j，第三流体阀2419可以被配置为向流体耦合到输出i、j的装置(例如，可膨胀囊)提供连续的高压流体或连续的低压流体。通过级联图24的流体回路(例如，创建可由行i和列j寻址的阵列)，第三流体阀2419的每个输出i、j可以由行i和列j输入寻址。
119.图25是根据本公开的至少一个实施例的示例性流体行
‑
列反相解复用器装置2500的截面图。反相解复用器装置2500可以被配置为与图22的缓冲锁存解码器2200结合使用。图22的缓冲锁存解码器2200可以包括x行输入(例如，6行输入)和x列输入(例如，6列输入)。为了减少输入的总数，反相解复用器装置2500可以被配置为包括用于行i和列j输入的x输入，并且行/列选择输入在所选的行i和所选的列j之间切换。行i和列j输入可以施加到流体阀2516的闸门端口2526。
120.反相解复用器装置2500可以类似于图23的解复用器装置2300来配置，但是提供不同的反馈路径用于锁存行i和列j输出，并且向第一缓冲锁存器2540和第二缓冲锁存器2542的第一端口(例如，左端口)提供控制输入。反相解复用器装置2500可以包括用于将控制输入锁存到行i输出的第一缓冲锁存器2540和用于将控制输入锁存到列j输出的第二缓冲锁存器2542。可以如图25所示配置代表行i或列j(取决于行/列选择输入的状态)的单个控制输入。流体阀2516、第一缓冲锁存器2540和第二缓冲锁存器2542的端口可以连接到压力源、压力排放，或者如图25所示彼此互连。
121.当行/列选择输入是高压时，可以选择第二缓冲锁存器2542(列锁存器)，并且控制输入(高压或低压)可以锁存到第二缓冲锁存器2542的列j输出上。当选择输入是高压时，第一缓冲锁存器2540可以由被配置为反相器阀的流体阀2516(例如，图9a
‑
9b的流体阀反相器900)取消选择。当行/列选择输入处于低压时，可以选择第一缓冲锁存器2540(行锁存器)，并且可以将控制输入(高压或低压)锁存到第一缓冲锁存器2540的行j输出上。当行/列选择输入处于低压时，流体阀2516可以取消选择第二缓冲锁存器2542。在一些示例中，反相解复
用器装置2500可以通过减少(例如，减少一半)寻址流体装置(例如，可膨胀囊)阵列所需的行/列输入的数量来降低流体集成回路的复杂性。
122.图26a是线性化可变压力调节器装置2600(也称为“线性调节器2600”)的示意图。图26b是根据本公开的至少一个实施例的线性化可变压力调节器装置2600的模拟压力输出数据的图表2602。图26c是根据本公开的至少一个实施例的线性化可变压力调节器装置2600的实验压力输出数据的图表2604。虽然以上关于图1
‑
25的描述涉及在两种不同状态(高压或低压)的流体压力，但是图26b和图26c分别是提供可变(例如，模拟或半模拟)流体压力输出的线性化可变压力调节器装置2600的模拟和实验数据的图表2602、2604。线性调节器2600可以产生接近连续且单调的压力输出，如图26b至图26c的图表2602、2604所示。如下文参考图27所述，线性调节器2600可由限制流体流量的选定直径孔口阵列(例如，如图26a所示的r
‑
2r梯形)构成。通过将来自选定的不同直径孔口的流体流量组合成组合压力输出，可以实现线性化的可变压力输出。参考图26a，高压和低压流体的离散值可以应用于输入a0...a
n
‑1以在p
out
处产生可变压力输出。
123.图27示出根据本公开的至少一个实施例的线性可变压力调节器装置2700的流体限流器(flow restrictor)2750(1)...2750(n)(例如，选定直径的孔口)。线性可变压力调节器装置2700的限流器2750(1)...2750(n)可以被配置为可变直径的孔口。限流器2750(1)...2750(n)可类似于电子数模转换器中的r
‑
2r电阻梯形中的电阻使用。限流器2750(1)...2750(n)可以类似于r
‑
2r电阻梯形中的电阻布置，以创建可编程压力调节器。
124.限流器2750(1)...2750(n)的孔口可以被配置成补偿流体流量限制孔口的压力与流量关系的非线性效应。每个限流器2750(1)...2750(n)可以被配置成具有产生期望的输出轮廓(例如，单调增加的阶梯轮廓(例如，如图26b和图26c所示)、线性轮廓等)的选定直径。增加r/2r级的数量(例如，增加限流器2750(1)...2750(n)的数量)可以减小阶梯之间的压力差的步长，并创建更平滑(例如，更线性)的压力输出曲线。然而，在一些示例中，线性化可变压力调节器装置可能会遭受流量泄漏，需要流量放大器，诸如下面参考图28描述的流量放大器。
125.图28示出了根据本公开的至少一个实施例的模拟流体推挽放大器回路2800。在一些示例中，图27的线性化可变压力调节器装置可以利用流体流量放大器来驱动某些流体装置(例如，致动器、触觉囊等)，其需要比线性化可变压力调节器装置可能能提供的流体流量更高的流体流量。推挽放大器回路2800可以包括第一流体阀2816和第二流体阀2818。第一流体阀2816和第二流体阀2818可各自包括上文参考图5描述的流体阀500。
126.推挽放大器回路2800可以在闸门端口2826上从低流量、高泄漏可变压力调节器回路接收可变压力，并产生到体积2860的高流量、无泄漏输出。举例来说，推挽放大器回路2800可以从可变压力调节器装置的输出接收可变压力，作为到闸门端口2826的输入。体积2860可以包括流体输出端，诸如流体致动器(例如，流体腔室、囊、触觉手套囊)。当闸门端口2826的输入向第一流体阀2816和第二流体阀2818的闸门(例如，活塞的顶部)呈现模拟流体压力的增加时，第一流体阀2816的活塞2801可以向下移动((例如，从图28的视角看向右)，允许流体从第一流体阀2816的基座端口2824a上的源压力流入体积2860，直到体积2860中的压力等于输入压力。
127.当闸门端口2826的输入处的压力等于体积2860中的压力时，第一流体阀2816的活
塞2801可以向上移动((例如，从图28的视角看向左)，阻止基座端口2824a处的源压力进入体积2860。当闸门端口2826的输入处的压力呈现模拟空气压力的降低时，第二流体阀2818的活塞2801可以向上移动(例如，从图28的视角看向左)，允许流体从体积2860流向第二流体阀2818的基座端口2824b。第二流体阀2818的基座端口2824b可以连接到压力排放，允许体积2860中的压力降低。体积2860中的压力可以降低，直到体积2860中的压力等于闸门端口2826处的输入压力，将第二流体阀2818的活塞2801向上移动(例如，从图28的视角看向左)，并将第二流体阀2818的基座端口2824b与体积2860隔开。因此，推挽放大器回路2800可以被操作以在由闸门端口2826处的输入压力调节的压力下在体积2860处提供输出。与闸门端口2826相比，体积2860处的输出可具有不同(例如，更低或更高)的流速，同时保持相同的流体压力。
128.图29是根据本公开的至少一个实施例的流体全加器装置2900(全加器)的示例物理实现方式的透视图。全加器2900可以使用任何方法和/或任何材料来物理实现。例如，全加器2900可以如上面参考图6a
‑
6b所述来实现。全加器2900可以包括多层材料(例如，丙烯酸材料)，这些材料被堆叠并彼此结合。每个层可以包括用于微流体阀回路的大规模集成的特征，包括但不限于通道、通孔、端口、活塞、密封件、阀、电子器件或其组合。每个层可以以允许流体移动通过流体阀组件的内部部件的方式密封和/或结合到相邻层。在一些示例中，每个层可以包括丙烯酸材料。每个层还可以包括定位成与相邻层的贯穿孔对齐的贯穿孔，创建延伸穿过整个组件的孔。在一些示例中，这些层可以通过将溶剂(例如丙酮)注入贯穿孔而彼此结合。注入的溶剂可以在丙烯酸层之间虹吸。注入的溶剂可用作粘合剂，并在丙烯酸层之间产生结合。
129.全加器2900可以被配置成根据图17的真值表1730操作，并且可以包括上面参考图5描述的多个流体阀500。全加器2900可以包括第一异或门2940(例如，图14的“异或”流体逻辑门装置1400)，其被配置为分别接收第一二进制流体输入(图29中标记为a)和第二二进制流体输入(图29中标记为b)(高压或低压)。第一异或门2940可以在第一异或门2940的第一输出产生逻辑“异或”功能。全加器2900还可以包括第二异或门2942，第二异或门2942被配置为接收第一异或门2940的第一输出和进位输入(在图29中标记为进位输入)，并在第二异或门2942的第二输出(在图29中标记为和(sum))处产生其逻辑“异或”功能，其表示a、b和进位输入二进制流体输入的算术和。全加器2900可以包括第一与门2944(例如，图11a
‑
11d的“与”流体逻辑门装置1100)，其被配置为接收第一输出和进位输入二进制流体输入，并在与门2944的第三输出处产生其逻辑“与”功能。
130.全加器2900可以包括第二与门2946，第二与门2946被配置为分别接收第一输入a和第二输入b，并在第二与门2946的第四输出处产生其逻辑“与”功能。全加器2900还可以包括或门2948(例如，图10a至图10d的“或”流体逻辑门装置1000)，其被配置为接收第三输出和第四输出，并在或门2948的进位输出(在图29中标记为进位输出)处产生其逻辑“或”功能，其代表第一输入a、第二输入b和进位输入二进制流体输入的算术进位。在一些示例中，全加器2900可以是流体阀顺序和/或组合逻辑回路的一部分，并为逻辑回路提供算术加法功能。
131.图30是根据本公开的至少一个实施例的微流体控制系统3000的框图。微流体控制系统3000可以被配置为向流体致动器3080的阵列(例如，可膨胀囊、容器、触觉反馈装置、人
工现实手套等)提供可编程的流体压力(例如，经由空气或液体)。微流体控制系统3000可以被配置为在人工现实环境(例如，图35的人工现实环境3500)中和/或与人工现实系统(例如，图34的振动触觉系统3400)相关联地向流体致动器3080提供可编程流体压力。
132.微流体控制系统3000可以包括处理器3070，其被配置为向压电阀3072(例如，图7的压电阀700)提供控制信号。压电阀3072可以被配置成选择性地向解码器3074提供高流速压力源和/或压力排放。流体压力源3082可以被配置为向压电阀3072、解码器3074、数模转换器3076、推挽放大器3078和/或流体致动器3080提供加压流体。压电阀3072也可以被配置成将流体压力排放到低压排放，诸如大气。
133.解码器3074可以被配置为从压电阀3072接收n个流体输入(压力源或压力排放)。该n个流体输入可以被编码(例如，二进制编码)以对应于2
n
个输出之一。由解码器3074(例如，图16的解复用器1600)解码的相应输出(压力源或压力排放)可以在解码器3074的输出处被锁存，并被用作数模转换器3076的输入。解码器3074的输入的多种组合可以导致锁存在解码器3074的输出上的压力源和压力排放的多种组合。数模转换器3076(例如，图26a
‑
26c和图27的线性化可变压力调节器装置)的压力源和压力排放输入的组合可以被转换成在数模转换器3076的输出处的可变模拟压力。数模转换器3076的输出处的模拟压力可以作为输入提供给推挽放大器3078(例如，图28的推挽放大器回路2800)。推挽放大器3078可以放大模拟压力的流速，并将模拟流体压力提供给流体致动器3080。流体致动器3080可以包括人工现实手套中的可膨胀囊和/或流体触觉致动器。在一些示例中，微流体控制系统3000可以被配置成控制流向手套中的囊和/或流体触觉致动器的流体压力和/或流体流量，该手套被配置成与人工现实应用相关联地向用户提供触觉反馈。
134.图31是根据本公开的至少一个附加实施例的微流体控制系统3100的框图。在一些方面，微流体控制系统3100可以类似于上面参考图30描述的微流体控制系统3000。例如，图31的微流体控制系统3100可以被配置为向流体致动器3180的阵列(例如，可膨胀囊、容器、触觉反馈装置、人工现实手套等)提供可编程流体压力(例如，经由空气或液体)。微流体控制系统3100可以被配置为在人工现实环境(例如，图35的人工现实环境3500)中和/或与人工现实系统(例如，图34的振动触觉系统3400)相关联地向流体致动器3180提供可编程流体压力。
135.微流体控制系统3100可以包括处理器3170，其被配置为向压电阀3172(例如，图7的压电阀700)提供控制信号。压电阀3172可以被配置成选择性地向解码器3174提供高流速压力源和/或压力排放。如图31所示，解码器3174可以向流体多路复用器3184提供流体信号。流体多路复用器3184可以包括连接到流体选择闸门(例如，图5的流体阀500、图8a至图8b的流体阀缓冲器800等)的储罐3186。储罐3186可以保持各种不同压力(诸如低压、中低压、中压、中高压和高压)的流体。各种不同的压力可以由数模转换器3176提供给储罐3186。流体多路复用器3184的流体选择闸门可用于从储罐3186中选择压力水平，诸如通过将流体从储罐3186之一或储罐3186的组合传递到一个或更多个多路复用器出口。可选地，在一些实施例中，来自多路复用器3185的流体信号可以被传递到推挽放大器3178，推挽放大器3178又可以用于流体控制流体致动器3180。在另外的实施例中，可以省略推挽放大器3178，并且多路复用器3184的出口可以流体耦合到流体致动器3180，以控制流体致动器3180的致动。
136.流体压力源3182可以被配置为向压电阀3172、解码器3174、数模转换器3076、推挽放大器3178和流体致动器3180提供加压流体。压电阀3172也可以被配置成将流体压力排放到低压排放，诸如大气。在一些示例中，流动抑制器(例如，二极管、止回阀等)可以耦合到储罐3186，以抑制反向压力(backpressure)在操作期间流入储罐3186。
137.本公开包括微流体装置、系统和方法。单活塞流体阀可以被配置为组合和/或顺序数字逻辑系统的逻辑门装置。模拟流量调节器和放大器可以被配置为向致动器(诸如触觉系统中的可膨胀囊)提供高流量的可变压力。
138.本公开的实施例可以包括各种类型的人工现实系统或结合各种类型的人工现实系统来被实现。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式被调整的一种形式的现实，其可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全计算机生成的内容或者与捕获的(例如，现实世界)内容相结合的计算机生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(诸如向观看者产生三维效果(3d)的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)的应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联。
139.可以在各种不同的形状因子和配置中实现人工现实系统。一些人工现实系统可能被设计成在没有近眼显示器(ned)的情况下工作。其他人工现实系统可以包括ned，该ned还提供对真实世界的可视性(诸如，图32中的增强现实系统3200)，或者使用户视觉沉浸在人工现实中(诸如，图33中的虚拟现实系统3300)。虽然一些人工现实装置可以是自主式系统，但是其他人工现实装置可以与外部装置通信和/或协作以向用户提供人工现实体验。这种外部装置的示例包括手持控制器、移动装置、台式计算机、由用户佩戴的装置、由一个或更多个其他用户佩戴的装置、和/或任何其他合适的外部系统。
140.转到图32，增强现实系统3200可以包括具有框架3210的眼镜装置3202，框架3210被配置为将左显示装置3215(a)和右显示装置3215(b)保持在用户的眼睛前方。显示装置3215(a)和3215(b)可以一起或独立地起作用来向用户呈现图像或图像系列。虽然增强现实系统3200包括两个显示器，但是本公开的实施例可以在具有单个ned或两个以上ned的增强现实系统中实现。
141.在一些实施例中，增强现实系统3200可以包括一个或更多个传感器，诸如传感器3240。传感器3240可以响应于增强现实系统3200的运动产生测量信号，并且可以位于框架3210的基本上任何部分上。传感器3240可以代表多种不同感测机构中的一种或更多种，例如位置传感器、惯性测量单元(imu)、深度相机组件、结构光发射器和/或检测器或其任意组合。在一些实施例中，增强现实系统3200可以包括或不包括传感器3240，或者可以包括一个以上的传感器。在传感器3240包括imu的实施例中，imu可以基于来自传感器3240的测量信号来生成校准数据。传感器3240的示例可以非限制地包括加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于imu的误差校正的传感器、或其某种组合。
142.在一些示例中，增强现实系统3200还可以包括具有多个声换能器3220(a)
‑
3220(j)(统称为声换能器3220)的麦克风阵列。声换能器3220可以代表检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声换能器3220可以被配置成检测声音并将检测到的声音转换成电子格
式(例如，模拟或数字格式)。图32中的麦克风阵列可以包括例如十个声换能器：3220(a)和3220(b)，其可以被设计成放置在用户的相应耳朵内；声换能器3220(c)、3220(d)、3220(e)、3220(f)、3220(g)和3220(h)，其可以位于框架3210上的不同位置；和/或声换能器3220(i)和3220(j)，它们可以被安置在相应颈带3205。
143.在一些实施例中，声换能器3220(a)
‑
(f)中的一个或更多个可以用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声换能器3220(a)和/或3220(b)可以是耳塞或任何其他合适类型的耳机或扬声器。
144.麦克风阵列的声换能器3220的配置可以变化。虽然增强现实系统3200在图32中显示为具有十个声换能器3220，但是声换能器3220的数量可以大于或小于十个。在一些实施例中，使用更多数量的声换能器3220可以增加所收集的音频信息量和/或音频信息的灵敏度和准确性。相反，使用较少数量的声换能器3220可以降低相关控制器3250处理所收集的音频信息所需的计算能力。此外，麦克风阵列的每个声换能器3220的位置可以变化。例如，声换能器3220的位置可以包括用户上的定义位置、框架3210上的定义坐标、与每个声换能器3220相关联的取向或它们的某种组合。
145.声换能器3220(a)和3220(b)可以位于用户耳朵的不同部分，诸如耳廓后面、耳屏后面和/或耳廓或耳窝内。或者，除了耳道内的声换能器3220之外，在耳朵上或耳朵周围可以有附加的声换能器3220。将声换能器3220定位在用户的耳道附近可以使麦克风阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将至少两个声换能器3220定位在用户头部的任一侧(例如，作为双耳麦克风)，增强现实装置3200可以模拟双耳听觉并捕获用户头部周围的3d立体声声场。在一些实施例中，声换能器3220(a)和3220(b)可以经由有线连接3230连接到增强现实系统3200，并且在其他实施例中，声换能器3220(a)和3220(b)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)连接到增强现实系统3200。在其他实施例中，声换能器3220(a)和3220(b)可以根本不与增强现实系统3200结合使用。
146.框架3210上的声换能器3220可以以各种不同的方式定位，包括沿着镜腿的长度、跨过镜梁、在显示装置3215(a)和3215(b)的上方或下方、或它们的某种组合。声换能器3220也可以被定向成使得麦克风阵列能够检测佩戴增强现实系统3200的用户周围的大范围方向上的声音。在一些实施例中，可以在增强现实系统3200的制造期间执行优化过程，以确定麦克风阵列中每个声换能器3220的相对定位。
147.在一些示例中，增强现实系统3200可以包括或连接到外部装置(例如，配对装置)，例如颈带3205。颈带3205通常代表任何类型或形式的配对装置。因此，以下对颈带3205的讨论也可适用于各种其他配对装置，诸如充电盒、智能手表、智能电话、腕带、其他可佩戴装置、手持控制器、平板电脑、膝上型电脑、其他外部计算装置等。
148.如图所示，颈带3205可以通过一个或更多个连接器耦合到眼镜装置3202。连接器可以是有线或无线的，并且可以包括电气和/或非电气(例如，结构)部件。在一些情况下，眼镜装置3202和颈带3205可以独立地操作而在它们之间没有任何有线或无线连接。虽然图32示出了在眼镜装置3202和颈带3205上的示例位置中的眼镜装置3202和颈带3205的部件，但是这些部件可以位于眼镜装置3202和/或颈带3205的其他地方和/或在眼镜装置1402和/或颈带1405上不同地分布。在一些实施例中，眼镜装置3202和颈带3205的部件可以位于与眼镜装置3202、颈带3205或其某种组合配对的一个或更多个附加外围装置上。
149.将外部装置(诸如颈带3205)与增强现实眼镜装置配对，可使眼镜装置达到一副眼镜的外形尺寸，同时仍能为扩展功能提供足够的电池和计算能力。增强现实系统3200的电池功率、计算资源和/或附加特征中的一些或全部可以由配对的装置提供，或者在配对的装置和眼镜装置之间共享，因此总体上减少了眼镜装置的重量、热分布和形状因素，同时仍然保持期望的功能。例如，颈带3205可以允许以其他方式将被包括在眼镜装置上的部件包括在颈带3205中，因为用户可以在他们的肩膀上容忍比在他们的头上将容忍的重量负荷更重的重量负荷。颈带3205也可以具有更大的表面积，以在该表面积上将热量扩散并分散到周围环境中。因此，颈带3205可以允许比以其他方式在独立眼镜装置上可能有的电池和计算容量更大的电池和计算容量。由于颈带3205中承载的重量比眼镜装置3202中承载的重量对用户的侵害性更小，因此用户可以忍受佩戴较轻的眼镜装置，并且可以忍受比佩戴较重的独立眼镜装置更长的时间来携带或佩戴配对的装置，从而使得用户能够将人工现实环境更充分地结合到他们的日常活动中。
150.颈带3205可以与眼镜装置3202和/或其他装置通信地耦合。这些其他装置可以向增强现实系统3200提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图32的实施例中，颈带3205可以包括两个声换能器(例如，3220(i)和3220(j)))，它们是麦克风阵列的一部分(或者潜在地形成它们自己的麦克风子阵列)。颈带3205还可以包括控制器3225和电源3235。
151.颈带3205的声换能器3220(i)和3220(j)可以被配置成检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(模拟或数字)。在图32的实施例中，声换能器3220(i)和3220(j)可以定位在颈带3205上，从而增加颈带声换能器3220(i)和3220(j)与定位在眼镜装置3202上的其他声换能器3220之间的距离。在一些情况下，增加麦克风阵列的声换能器3220之间的距离可以提高经由麦克风阵列执行的波束成形的精度。例如，如果声换能器3220(c)和3220(d)检测到声音，并且声换能器3220(c)和3220(d)之间的距离大于例如声换能器3220(d)和3220(e)之间的距离，则检测到的声音的确定的源位置可能比声换能器3220(d)和3220(e)检测到声音的情况更准确。
152.颈带3205的控制器3225可以处理由颈带3205和/或增强现实系统3200上的传感器产生的信息。例如，控制器3225可以处理来自麦克风阵列的描述由麦克风阵列检测到的声音的信息。对于每个检测到的声音，控制器3225可以执行到达方向(doa)估计以估计方向(检测到的声音从该方向到达麦克风阵列)。当麦克风阵列检测到声音时，控制器3225可以用该信息填充音频数据集。在增强现实系统3200包括惯性测量单元的实施例中，控制器3225可以从位于眼镜装置3202上的imu计算所有惯性和空间计算。连接器可以在增强现实系统3200和颈带3205之间以及增强现实系统3200和控制器3225之间输送信息。信息可以是以光数据、电数据、无线数据的形式或任何其他可传输数据形式。将增强现实系统3200生成的信息的处理移动到颈带3205可以减少眼镜装置3202中的重量和热量，使其对用户更舒适。
153.颈带3205中的电源3235可以向眼镜装置3202和/或颈带3205提供电力。电源3235可以非限制地包括锂离子电池、锂聚合物电池、一次锂电池、碱性电池或任何其他形式的电力储存装置。在一些情况下，电源3235可以是有线电源。在颈带3205上而不是在眼镜装置3202上包括电源3235可以帮助更好地分配由电源3235生成的重量和热量。
154.如所提到的，一些人工现实系统可以实质上用虚拟体验代替用户对现实世界的一个或更多个感官知觉，而不是将人工现实与实际现实混合。这种类型系统的一个示例是头戴式显示系统，诸如图33中的虚拟现实系统3300，其或完全覆盖用户的视野。虚拟现实系统3300可以包括前刚体3302和形状适于围绕用户头部的带3304。虚拟现实系统3300还可以包括输出音频换能器3306(a)和3306(b)。此外，尽管在图33中未示出，前刚体3302可以包括一个或更多个电子元件，包括一个或更多个电子显示器、一个或更多个惯性测量单元(imu)、一个或更多个跟踪发射器或检测器、和/或用于创建人工现实体验的任何其他合适的装置或系统。
155.人工现实系统可以包括各种类型的视觉反馈机构。例如，增强现实系统3200和/或虚拟现实系统3300中的显示装置可以包括一个或更多个液晶显示器(lcd)、发光二极管(led)显示器、有机led(oled)显示器、数字光投影(dlp)微显示器、硅上液晶(lcos)微显示器和/或任何其他合适类型的显示屏。这些人工现实系统可以包括用于两只眼睛的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供显示屏，这可以为变焦调整或校正用户的屈光不正提供额外的灵活性。这些人工现实系统中的一些还可以包括具有一个或更多个透镜(例如，传统的凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调液体透镜等)的光学子系统，用户可以通过它观看显示屏。这些光学子系统可用于多种目的，包括准直(例如，使物体看起来相比其物理距离处于更远距离)、放大(例如，使物体看起来比其实际尺寸更大)和/或传递光(例如，传递到观察者的眼睛)。这些光学子系统可以用于非光瞳形成架构(诸如直接准直光但导致所谓枕形失真的单透镜结构)和/或光瞳形成架构(诸如产生所谓桶形失真以抵消枕形失真的多透镜结构)。
156.除了使用显示屏之外或代替使用显示屏，这里描述的一些人工现实系统可以包括一个或更多个投影系统。例如，增强现实系统3200和/或虚拟现实系统3300中的显示装置可以包括将光(使用例如波导)投射到例如允许环境光通过的透明组合透镜的显示装置中的微型led投影仪。显示装置可以朝着用户的瞳孔折射所投射的光，并且可以使用户能够同时观看人工现实内容和现实世界。显示装置可以使用多种不同光学部件中的任何一种来实现这一点，包括波导部件(例如，全息、平面、衍射、偏振和/或反射波导元件)、光操纵表面和元件(诸如衍射、反射和折射元件和光栅)、耦合元件等。人工现实系统也可以配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统，诸如在虚拟视网膜显示器中使用的视网膜投影仪。
157.这里描述的人工现实系统还可以包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统3200和/或虚拟现实系统3300可以包括一个或更多个光学传感器，诸如二维(2d)或3d相机、结构光发射器和检测器、飞行时间深度传感器、单光束或扫描激光测距仪、3d lidar传感器和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以处理来自这些传感器中的一个或更多个的数据以识别用户的位置、绘制现实世界的地图、向用户提供关于现实世界周围环境的背景、和/或执行各种其他功能。
158.这里描述的人工现实系统还可以包括一个或更多个输入和/或输出音频换能器。输出音频换能器可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器、耳屏振动换能器和/或任何其他合适类型或形式的音频换能器。类似地，输入音频换能器可以包括电容式麦克风、电动式麦克风(dynamic microphone)、带式麦克风、和/或任何其他类型或形式的输入换能器。在一些实施例中，单个换能器可以用于音
频输入和音频输出两者。
159.在一些实施例中，本文描述的人工现实系统还可以包括触觉(tactile)(即触觉(haptic))反馈系统，其可以被结合到头饰、手套、紧身衣裤、手持控制器、环境装置(例如椅子、地板垫等)中，和/或任何其他类型的装置或系统。触觉反馈系统可以提供各种类型的皮肤反馈，包括振动、力、牵引力、纹理和/或温度。触觉反馈系统还可以提供各种类型的动觉反馈，例如运动和顺应性。可以使用电机、压电致动器、射流系统和/或各种其他类型的反馈机构来实现触觉反馈。触觉反馈系统可以独立于其他人工现实装置、在其他人工现实装置内和/或结合其他人工现实装置来实现。
160.通过提供触觉感觉、可听内容和/或视觉内容，人工现实系统可以创建整个虚拟体验或者增强用户在各种背景和环境中的现实世界体验。例如，人工现实系统可以帮助或扩展用户在特定环境中的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与在现实世界中的其他人的交互，或者可以实现用户与虚拟世界中的其他人的更沉浸式的交互。人工现实系统还可以用于教育目的(例如，用于在学校、医院、政府组织、军事组织、商业企业等中的教学或培训)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)和/或用于可及性目的(例如，作为助听器、助视器等)。本文公开的实施例可以在这些背景和环境中的一个或更多个中和/或在其他背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。
161.一些增强现实系统可以使用称为“同时定位和映射”(slam)的技术来映射用户和/或装置的环境。slam地图构建和位置识别技术可以涉及各种硬件和软件工具，其可以创建或更新环境的地图，而同时保持跟踪用户在所绘制地图的环境内的位置。slam可以使用许多不同类型的传感器来创建地图并确定用户在地图内的位置。
162.slam技术可以例如实现光学传感器以确定用户的位置。包括wifi、蓝牙、全球定位系统(gps)、蜂窝或其他通信装置的无线电装置也可以用于确定用户相对于无线电收发器或收发器组(例如，wifi路由器或gps卫星组)的位置。诸如麦克风阵列的声传感器或者2d或3d声纳传感器也可以用于确定用户在环境内的位置。增强现实和虚拟现实装置可以结合任何或所有这些类型的传感器来执行slam操作，诸如创建和持续更新用户当前环境的地图。在本文描述的至少一些实施例中，由这些传感器生成的slam数据可以被称为“环境数据”，并且可以指示用户的当前环境。该数据可以存储在本地或远程数据储存器(例如，云数据储存器)中，并且可以按需提供给用户的ar/vr装置。
163.当用户在给定环境中佩戴增强现实头戴装置或虚拟现实头戴装置时，用户可能正在与其他用户或充当音频源的其他电子装置进行交互。在一些情况下，希望确定音频源相对于用户位于哪里且然后将音频源呈现给用户好像它们来自音频源的位置一样。确定音频源相对于用户的位置的过程可以被称为“定位”，而使音频源信号的回放看起来好像来自特定方向的过程可以被称为“空间化”。
164.可以以多种不同的方式来执行定位音频源。在某些情况下，增强现实或虚拟现实头戴装置可以启动doa分析来确定声源的位置。doa分析可以包括在人工现实装置上分析每个声音的强度、频谱和/或到达时间，以确定声音起源的方向。doa分析可以包括用于分析人工现实装置所处的周围声学环境的任何合适的算法。
165.例如，doa分析可以被设计成从麦克风接收输入信号，并将数字信号处理算法应用于输入信号以估计到达方向。这些算法可以包括例如，延迟算法和求和算法，其中输入信号
被采样，并且采样信号的得到的加权和延迟版本被一起取平均以确定到达方向。也可以实现最小均方(lms)算法以创建自适应滤波器。该自适应滤波器然后可以用于例如，识别信号强度的差异或到达时间的差异。然后，这些差异可用于估计到达方向。在另一个实施例中，可以通过将输入信号转换到频域内并选择要处理的时频(tf)域内的特定单元(bin)来确定doa。可以处理每个选定tf单元以确定该单元是否包括具有直接路径音频信号的音频频谱的一部分。然后可以分析具有直接路径信号的一部分的那些单元，以识别麦克风阵列接收直接路径音频信号的角度。然后，所确定的角度可以用于识别接收到的输入信号的到达方向。也可以单独地或者与上面的算法结合地使用上面没有列出的其他算法来确定doa。
166.在一些实施例中，不同的用户可能将声源感知为来自稍微不同的位置。这可能是每个用户具有独特的头部相关传递函数(hrtf)的结果，该头部相关传递函数可以由用户的包括耳道长度和耳鼓膜的定位的解剖结构决定。人工现实装置可以提供对准和定向指南，用户可以遵循该指南以基于他们的独特hrtf来定制呈现给用户的声音信号。在一些实施例中，人工现实装置可以实现一个或更多个麦克风以收听在用户的环境中的声音。增强现实或虚拟现实头戴装置可以使用各种不同的阵列传递函数(例如，上面识别的任何doa算法)来估计声音的到达方向。一旦到达方向被确定，人工现实装置就可以根据用户的独特hrtf来向用户回放声音。因此，使用阵列传递函数(atf)生成的doa估计可以用于确定声音将从那播放的方向。回放声音可以基于特定用户如何根据hrtf听到声音被进一步改善。
167.除了执行doa估计之外或者作为执行doa估计的备选方案，人工现实装置可以基于从其他类型的传感器接收的信息来执行定位。这些传感器可以包括摄像机、ir传感器、热传感器、运动传感器、gps接收器、或者在一些情况下的检测用户的眼球移动的传感器。例如，如上面所提到的，人工现实装置可以包括确定用户正在看哪里的眼球跟踪器或注视检测器。用户的眼球常常会看向声源，即使短暂地。由用户的眼球提供的这样的线索可以进一步帮助确定声源的位置。诸如照机机、热传感器和ir传感器的其他传感器也可以指示用户的位置、电子装置的位置、或另一声源的位置。可以单独或组合地使用任何或所有上述方法来确定声源的位置，并且还可以用于随着时间来更新声源的位置。
168.一些实施例可以实现所确定的doa来为用户生成更多的定制的输出音频信号。例如，“声学传递函数”可以表征或定义如何从给定位置接收声音。更具体地，声学传递函数可以定义声音在其源位置处的参数与通过其检测声音信号(例如，由麦克风阵列检测或由用户的耳朵检测)的参数之间的关系。人工现实装置可以包括检测在装置的范围内的声音的一个或更多个声传感器。人工现实装置的控制器可以(例如，使用上面识别的任一方法)估计检测到的声音的doa，并且基于检测到的声音的参数，可以生成特定于装置的位置的声学传递函数。因此，该定制的声学传递函数可以用于生成空间化的输出音频信号，其中声音被感知为来自特定位置。
169.事实上，一旦一个或更多个声源的位置是已知的，人工现实装置就可以将声音信号重新再现(即，空间化)成好像来自该声源的方向的声音。人工现实装置可以应用滤波器或其他数字信号处理，其改变声音信号的强度、频谱或到达时间。数字信号处理可以以使得声音信号被感知为源自所确定的位置这样的方式被应用。人工现实装置可以放大或抑制某些频率或者改变信号到达每个耳朵的时间。在一些情况下，人工现实装置可以创建特定于装置的位置和声音信号的检测到的到达方向的声学传递函数。在一些实施例中，人工现实
装置可以在立体声装置或多扬声器装置(例如，环绕声装置)中重新再现源信号。在这种情况下，可以向每个扬声器发送单独且不同的音频信号。可以根据用户的hrtf以及根据对用户的位置和声源的位置的测量来将这些音频信号中的每一个改变成好像它们来自声源的所确定的位置一样的声音。因此，以这种方式，人工现实装置(或与该装置相关联的扬声器)可以将音频信号重新再现为好像源自特定位置的声音。
170.如上所述，人工现实系统3200和3300可以与各种其他类型的装置一起使用，以提供更引人注目的人工现实体验。这些装置可以是具有换能器的触觉接口，该换能器提供触觉反馈和/或收集关于用户与环境的交互的触觉信息。本文公开的人工现实系统可以包括检测或输送各种类型的触觉信息(包括触觉反馈(例如，用户通过皮肤中的神经检测的反馈，也可以称为皮肤反馈)和/或动觉反馈(例如，用户通过位于肌肉、关节和/或肌腱中的感受器检测的反馈))的各种类型的触觉接口。
171.触觉反馈可以由位于用户环境(例如，椅子、桌子、地板等)内的接口和/或用户可以佩戴或携带的物品(例如手套、腕带等)上的接口提供。作为示例，图34示出了可佩戴手套(触觉装置3410)和腕带(触觉装置3420)形式的振动触觉系统3400。触觉装置3410和触觉装置3420被示为可佩戴装置的示例，其包括柔性的、可佩戴的纺织材料3430，该纺织材料被成形和配置为分别抵靠用户的手和手腕定位。本公开还包括振动触觉系统，该振动触觉系统可以被成形和配置为抵靠诸如手指、手臂、头部、躯干、脚或腿的其他人体部分定位。作为示例而非限制，除其他可能性外，根据本公开的各种实施例的振动触觉系统也可以是手套、头带、臂带、袖子、头套、袜子、衬衫或裤子等形式。在一些示例中，术语“纺织品”可以包括任何柔性的、可佩戴的材料，包括纺织织物、非纺织织物、皮革、布、柔性聚合物材料、复合材料等。
172.一个或更多个振动触觉装置3440可以至少部分地位于振动触觉系统3400的纺织材料3430中形成的一个或更多个相应的口袋内。振动触觉装置3440可以定位在向振动触觉系统3400的用户提供振动感觉(例如触觉反馈)的位置。例如，振动触觉装置3440可以靠着用户的手指、拇指或手腕定位，如图34所示。在一些示例中，振动触觉装置3440可以足够柔性以符合用户的相应身体部位或随其弯曲。
173.用于向振动触觉装置3440施加电压以激活振动触觉装置3440的电源3450(例如电池)可以诸如经由导电线路3452电耦合到振动触觉装置3440。在一些示例中，每个振动触觉装置3440可以独立地电耦合到电源3450，用于单独激活。在一些实施例中，处理器3460可以可操作地耦合到电源3450，并被配置(例如，编程)来控制振动触觉装置3440的激活。
174.振动触觉系统3400可以以多种方式实现。在一些示例中，振动触觉系统3400可以是独立的系统，其具有独立于其他装置和系统运行的集成子系统和部件。作为另一个示例，振动触觉系统3400可以被配置为与另一个装置或系统3470交互。例如，在一些示例中，振动触觉系统3400可以包括通信接口3480，用于接收信号和/或向其他装置或系统3470发送信号。其他装置或系统3470可以是移动装置、游戏控制台、人工现实(例如，虚拟现实、增强现实、混合现实)装置、个人计算机、平板计算机、网络装置(例如，调制解调器、路由器等)，手持控制器等。通信接口3480可以实现振动触觉系统3400和其他装置或系统3470之间经由无线(例如，wi
‑
fi、蓝牙、蜂窝、无线电等)链接或有线链接的通信。如果存在，通信接口3480可以与处理器3460通信，例如向处理器3460提供信号以激活或去激活一个或更多个振动触觉
装置3440。
175.振动触觉系统3400可以可选地包括其他子系统和部件，诸如触敏垫3490、压力传感器、运动传感器、位置传感器、照明元件和/或用户接口元件(例如，开/关按钮、振动控制元件等)。在使用过程中，振动触觉装置3440可以被配置为由于各种不同的原因而被激活，诸如响应于用户与用户接口元件的交互、来自运动或位置传感器的信号、来自触敏垫3490的信号、来自压力传感器的信号、来自其他装置或系统3470的信号等。
176.尽管电源3450、处理器3460和通信接口3480在图34中被示为位于触觉装置3420中，但是本公开不限于此。例如，电源3450、处理器3460或通信接口3480中的一个或更多个可以位于触觉装置3410内或另一个可佩戴纺织品内。
177.触觉可佩戴装置(诸如结合图34示出和描述的那些)可以在各种类型的人工现实系统和环境中实现。图35示出了包括一个头戴式虚拟现实显示器和两个触觉装置(即，手套)的示例性人工现实环境3500，并且在其他实施例中，这些部件和其他部件的任何数量和/或组合可以被包括在人工现实系统中。例如，在一些实施例中，可以有多个头戴式显示器，每个头戴式显示器具有相关联的触觉装置，每个头戴式显示器和每个触觉装置与相同的控制台、便携式计算装置或其他计算系统通信。
178.头戴式显示器3502通常代表任何类型或形式的虚拟现实系统，诸如图33中的虚拟现实系统3300。头戴式显示器3502可以包括可调节的带系统，其形状适合于围绕用户的头部。触觉装置3504通常表示由人工现实系统的用户佩戴的任何类型或形式的可佩戴装置，其向用户提供触觉反馈，以给予用户他或她正在物理上与虚拟对象接合的感觉。在一些实施例中，触觉装置3504可以通过向用户施加振动、运动和/或力来提供触觉反馈。例如，触觉装置3504可以限制或增加用户的移动。举一个具体的示例，触觉装置3504可以限制用户的手向前移动，使得用户具有他或她的手已经与虚拟墙壁物理接触的感觉。在该特定示例中，触觉装置内的一个或更多个致动器可以通过将流体泵入触觉装置的可膨胀囊来实现物理运动限制。在一些示例中，用户也可以使用触觉装置3504向控制台发送动作请求。动作请求的示例包括但不限于启动应用和/或结束应用的请求和/或在应用内执行特定动作的请求。
179.虽然触觉接口可以用于虚拟现实系统，如图35所示，但是触觉接口也可以用于增强现实系统，如图36所示。图36是用户3610与增强现实系统3600交互的透视图。在该示例中，用户3610可以佩戴一副增强现实眼镜3620，该眼镜可以具有一个或更多个显示器3622并且与触觉装置3630配对。在该示例中，触觉装置3630可以是腕带，该腕带包括多个带元件3632和将带元件3632彼此连接的张紧机构3634。
180.一个或更多个带元件3632可以包括适于提供触觉反馈的任何类型或形式的致动器。例如，一个或更多个带元件3632可以被配置成提供一种或更多种不同类型的皮肤反馈，包括振动、力、牵引力、纹理和/或温度。为了提供这样的反馈，带元件3632可以包括一个或更多个各种类型的致动器。在一个示例中，每个带元件3632可以包括振动触觉器(例如，振动触觉致动器)，该振动触觉器被配置为一致地或独立地振动，以向用户提供一种或更多种各种类型的触觉。可替代地，只有单个带元件或带元件的子集可以包括振动器。
181.触觉装置3410、3420、3504和3630可以包括任何合适数量和/或类型的触觉换能器、传感器和/或反馈机构。例如，触觉装置3410、3420、3504和3630可以包括一个或更多个机械换能器、压电换能器和/或流体换能器。触觉装置3410、3420、3504和3630还可以包括不
同类型和形式的换能器的各种组合，这些换能器一起或独立地工作以增强用户的人工现实体验。在一个示例中，触觉装置3630的每个带元件3632可以包括振动触觉器(例如，振动触觉致动器)，该振动触觉器被配置为一致地或独立地振动，以向用户提供一种或更多种各种类型的触觉。
182.作为非限制性示例，以下实施例包括在本公开中。
183.实施例1：微流体装置可以包括：第一入口端口，其被配置为将呈现第一压力的第一流体输送到流体装置中；第二入口端口，其被配置为将呈现第二压力的第二流体输送到流体装置中；输出端口，其被配置为将第一流体或第二流体之一输送出流体装置，以及活塞，其可在禁止流体通过第二入口端口流到输出端口的第一位置和禁止流体通过第一入口端口流到输出端口的第二位置之间移动，其中活塞在第一位置和第二位置之间的移动由施加在活塞的控制闸门上的控制压力确定，其中活塞的凸缘具有大约10mm或更小的外径。
184.实施例2：根据实施例1的微流体装置，其中第一流体和第二流体包括气体、空气或液体中的至少一者。
185.实施例3：根据实施例1或实施例2的微流体装置，其中活塞包括橡胶、聚合物、腈或硅酮中的至少一者。
186.实施例4：根据实施例1至3中任一实施例的微流体装置，其中活塞以向下偏置配置、向上偏置配置、偏向中心配置或高增益配置中的至少一者来配置。
187.实施例5：根据实施例1至4中任一实施例的微流体装置，其中第一入口端口、第二入口端口和闸门提供流体输入信号，并且在出口端口处提供流体输出信号，并且其中微流体装置被配置为以下中的至少一个：缓冲器、反相器、或门、或者与门。
188.实施例6：根据实施例1至5中任一实施例的微流体装置，其中微流体装置包括多个微流体装置，并且多个微流体装置被配置为以下至少一个：解复用器、全加器、行
‑
列缓冲锁存解码器、行
‑
列解复用器、行
‑
列反相锁存解码器或行
‑
列反相解复用器。
189.实施例7：根据实施例1至6中任一实施例的微流体装置，其中微流体装置包括第一流体装置和第二流体装置，第一流体装置和第二流体装置被配置为或非门、与非门、异或门或同或门中的至少一者。
190.实施例8：根据实施例1至7中任一实施例的微流体装置，其中微流体装置包括一起配置为异或门的第一流体装置和第二流体装置，第一流体装置包括：第一源端口、第一排放端口、第一闸门端口、第一输出端和用于在第一排放端口和第一输出端之间切换来自第一源端口的流的第一阀元件，第二流体装置包括：第二源端口、第二排放端口、第二闸门端口、第二输出端和用于在第二排放端口和第二输出端之间切换来自第二源端口的流的第二阀元件，第一源端口连接到高压源，第一排放端口连接到低压源，第一输出端连接到第二排放端口，第一闸门端口连接到第二源端口，当高压源连接到第一闸门端口或第二闸门端口时，高压源连接到第二输出端，当高压源连接到第一闸门端口和第二闸门端口时，或者低压源连接到第一闸门端口和第二闸门端口时，低压源连接到第二输出端。
191.实施例9：根据实施例1至8中任一实施例的微流体装置，其中第一流体或第二流体中的至少一者由压电阀供应。
192.实施例10：根据实施例9的微流体装置，其中压电阀包括被配置为悬臂梁的第一压电致动器和第二压电致动器，其中第一压电致动器被配置为控制第一流体或第二流体之一
通过源端口的流动，第二压电致动器被配置为控制第一流体或第二流体之一通过排放端口的流动，并且第一压电致动器和第二压电致动器被配置为在相同方向上被同时致动。
193.实施例11：根据实施例9的微流体装置，其中压电阀被配置为被电致动，并提供电子控制系统和微流体装置之间的接口。
194.实施例12：根据实施例1至11中任一实施例的微流体装置，其中微流体装置被配置成将第一流体或第二流体中的至少一者输送到流体腔室。
195.实施例13：根据实施例1至12中任一实施例的微流体装置，其中微流体装置包括第一流体装置和第二流体装置，并且第一流体装置和第二流体装置被配置为推挽流体放大器。
196.实施例14：根据实施例13的微流体装置，其中第一流体装置的基座端口连接到压力源，第二流体装置的基座端口连接到压力排放，第一流体装置的输出端口连接到流体腔室，第二流体装置的输出端口连接到流体腔室，第一流体装置的闸门端口连接到可变压力输入，第二流体装置的闸门端口连接到可变压力输入，并且流体装置被配置成在流体腔室中镜像可变压力输入。
197.实施例15：根据实施例14的微流体装置，其中流体腔室中的流体流速高于第一流体装置的闸门端口和第二流体装置的闸门端口中的流体流速。
198.实施例16：根据实施例14的微流体装置，其中可变压力输入由线性化可变压力调节器装置提供。
199.实施例17：根据实施例1至16中任一实施例的微流体装置，其中第一入口端口或第二入口端口中的至少一者连接到线性化可变压力调节器装置，线性化可变压力调节器装置包括多个限流器，每个限流器包括不同直径的孔口，并且多个限流器被配置成产生线性化可变压力调节器装置。
200.实施例18：根据实施例1至17中任一实施例的微流体装置，其中微流体装置被配置为控制流体向手套中的囊的流动，并且手套中的囊被配置为结合人工现实应用向用户提供触觉反馈。
201.实施例19：一种流体逻辑门装置，包括输入端口、n个选择端口、驱动输入端口、2
n
个输出端口、分别耦合到输出端口的2
n
个控制闸门、被配置为将流体从输入端口路由到控制闸门的流体通道、以及选择活塞，每个选择活塞包括流体耦合到选择端口之一的闸门元件，并且被配置为当处于第一压力状态时，阻塞第一个流体通道并且不阻塞第二个流体通道，并且当处于第二压力状态时，不阻塞第一个流体通道并且阻塞第二个流体通道，其中选择端口上的第一压力状态和第二压力状态的每个组合打开从输入端口到所选择的一个控制闸门的唯一流体路径，以将驱动输入端口的状态传递到相应的输出端口。
202.实施例20：一种二进制流体全加器装置，包括：第一“异或”流体装置，其被配置为在第一输出处产生第一和第二二进制流体输入的逻辑“异或”；第二“异或”流体装置，其被配置为在第二输出处产生第一输出和进位输入二进制流体输入的逻辑“异或”，该逻辑“异或”代表第一二进制流体输入、第二二进制流体输入和进位输入二进制流体输入的算术和；第一“与”流体装置，其被配置为在第三输出处产生第一输出和进位输入二进制流体输入的逻辑“与”；第二“与”流体装置，其被配置为在第四输出处产生第一和第二二进制流体输入的逻辑“与”；以及“或”流体装置，其被配置为在第五输出处产生第三输出和第四输出的逻
辑“或”，代表第一、第二和进位输入二进制流体输入的算术进位。
203.本文描述和/或示出的过程参数和步骤顺序仅作为示例给出，并且可以根据需要改变。例如，虽然在本文示出和/或描述的步骤可以以特定顺序示出或讨论，但是这些步骤不一定需要以示出或讨论的顺序执行。本文描述和/或示出的各种示例方法也可以省略本文描述或示出的一个或更多个步骤，或者包括除了那些公开的步骤之外的附加步骤。
204.已经提供了前面的描述，以使本领域的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例实施例的各个方面。该示例描述并不旨在穷举或限制于任何公开的精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变化是可能的。本文公开的实施例在所有方面都应该被认为是说明性的，而不是限制性的。在确定本公开的范围时，应当参考所附权利要求及其等同物。
205.除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应被解释为允许直接和间接(即，通过其他元件或部件)连接。此外，说明书和权利要求书中使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”应被解释为意指“...中的至少一个”。最后，为了便于使用，说明书和权利要求书中使用的术语“包括(including)”和“具有”(及其派生词)可与词语“包括(comprising)”互换并具有相同的含义。