[发明专利]致动器装置、致动方法和制造方法

说明书

致动器装置包括由多个光响应层形成的堆叠件，这多个光响应层响应于光而变形，这多个光响应层通过相应的可变形的非光响应层分隔开。可变形的非光响应层在光响应层之间引导光并将光引导到光响应层，以及可以跟随光响应层的变形。

技术领域

本发明涉及一种具有可通过光致动的致动器的装置。本发明还涉及致动方法和制造方法。

背景技术

已经针对多种应用研究了将电能转化为机械作用的电活性材料。然而，这种材料可能需要相对高的电压，这会阻碍将它们用在诸如在待在身体内或身体附近使用的装置中之类的某些应用中。导管转向和‘软体机器人’(例如帮助移动患者的衣服)可能需要高电压，但是在患者体内或靠近患者的身体使用这种高电压会引起电气安全问题。

已经研发出光响应致动器，其能够将光转换成机械作用。光响应材料可由膜或纳米或微米尺寸的颗粒构成。参见例如US20080258108、US20090069528、JP2008-228368或US20120175520。这种材料可包含含有光响应部分(例如偶氮苯衍生物)的液晶物质的聚合物网络的膜或颗粒。一旦利用具有不同波长的光进行照射，偶氮苯基团可在E和Z(顺式和反式)异构体之间光致异构化，并且这种膜或颗粒的照射可以由此在包含这种偶氮苯基团的膜或颗粒的组分内引起化学结构变化。这种变化又诱导膜或颗粒的体积和/或形状(变形)的变化，这可能通过例如膨胀或收缩导致膜或颗粒的宏观机械变形。

理论上，这类致动器应该能够在利用致动光进行照射时施加与人体肌肉纤维相当的力。然而，在实践中，对利用光致动进行的控制通常是不精确的和/或总致动输出(力)似乎是有限的。

发明内容

需要一种具有改进性能的致动器装置。本发明的目的是至少部分地满足该需要。

该目的利用如由独立权利要求所限定的装置来实现。从属权利要求提供了有利实施例。

因此，致动器主体包括：至少一对光响应层，每对光响应层在接收到致动光时提供致动；以及位于每对光响应层之间的非光响应的光导层(例如，层)，其向光响应层引导和提供致动光。因此，非光响应层是光导层。

发明人认识到，致动器的总力实际上受到光响应部分(例如现有技术的聚合物膜)的厚度的限制，其中，薄部分不能施加足够的力以在实践中用于致动。然而，虽然较厚的膜应该能够提供增大的力，但是由于靠近光源的光响应材料比更为远离该光源的光响应材料(更深地进入到该膜中)响应得程度更大或更快，因此这种膜看起来将略微弯曲。这是因为被放置得较深的材料接收较少的光，这是由光诱导致动基于吸收过程的事实所导致的，其中，该吸收过程具有膜的光响应和/或其它材料的相对高的消光作用。可以认为该弯曲效果在某种程度上类似于双金属条的行为。厚度更大的膜或吸收系数增大的膜将根本不变形，这是因为接收可察觉到的光的光响应材料不足以实现整个膜的移动；因此，膜的未照射部分抵消了照射区域的变形。

因此，所要求保护的装置的设置仅使用一个光导和较薄的光响应材料层来提供增加的输出。此外，该光导可被用于恰好在所需的光点处传递光。这是对需要外部照射的致动器的改进。

致动器可被构建成具有多个这种光响应层对，其间具有光导，以便以协作的方式提供它们的致动输出，使得即使各对输出可能由于光响应部分可能是很薄的以避免存在与吸收致动过程相关的实质性缺点这一事实而是较低的，它们的组合输出也提供致动器输出作为高致动输出。因此，该装置允许获得改进的驱动控制和/或增大的总致动输出。该装置还能够通过在增加光响应层对的数量的同时减小层厚度，而在可选择地启动的致动器中使用高吸收性的光响应层。