致动器装置、致动方法和制造方法制造方法及图纸

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。

Actuator Device, Actuating Method and Manufacturing Method

The actuator device includes a stack consisting of a plurality of light response layers, which are deformed in response to light and are separated by corresponding deformed non-light response layers. The deformable non-photoresponse layer guides light between the photoresponse layers and directs light to the photoresponse layer, and can follow the deformation of the photoresponse layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】致动器装置、致动方法和制造方法
本专利技术涉及一种具有可通过光致动的致动器的装置。本专利技术还涉及致动方法和制造方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
需要一种具有改进性能的致动器装置。本专利技术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。专利技术人认识到，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。光可由光源提供。非光响应层具有以下特性。它们能够在很少或几乎不吸收入射光的情况下将入射光引导到光响应层，并因此起到光导层的作用。虽然更为靠近光源的层将由于光通过逐渐越来越多的层时的衰减而比更为远离光源的层变形得更多，但是分隔开相邻的光响应层的可变形的非光响应层在光响应层之间引导非吸收光和/或将非吸收光引导到光响应层。可变形的非光响应层可或者在堆叠方向上正好在光响应层之间引导光响应层之间的光，或者在垂直于堆叠方向的方向上在层之间引导光响应层之间的光，以便例如更好地分布光，和/或通过经由设置在层堆叠件的周边处的非光响应层的部分引导光来引导光响应层之间的光。光导层的后面部分可不包括光响应层，使得光也可从垂直于堆叠方向的方向进入光响应层堆叠件。因此，具有这种光导层可增强对堆叠件的光的整体供应，从而导致机械作用增加。此外，光导层可增强对堆叠件的所有部分的光供应的正时，使得机械作用得到更好的控制并且可能地不发生不希望的弯曲。除了光学特性之外，光导层也是可变形层，其中，可变形性使得层跟随由利用致动光对它们进行的照射所引起的光响应层的变形，并允许存在待使用的光响应层的所有变形的组合。为了避免由光响应层的变形产生的力的损失，可变形层应该是可充分弹性或塑性变形的，使得光响应层的移动(易于)由光导层所跟随。光导层例如是‘非光响应的’。这意味着非光响应层中的光的衰减以及因此对该光的化学或物理响应小于光响应层中的光的衰减，例如小于30％或10％或5％。因此，它被用作关于光响应层的相关术语。这种非光响应层吸收较少的入射光(并且因此对其较少作出响应)。光导层可以是透明层，但是它们同样可以具有散射或折射特性，使得它们对于致动光而言是不透明的。理想情况下，它们具有较低的光吸收作用。因此，光导层和非光响应层是不吸收任何入射光的层，或者可以相对于光响应层吸收少量入射光。光响应层包括具有光响应特性的光响应材料，使得该材料在被照射时使该层变形。该光响应层可完全由这种光响应材料构成，但是可以存在其它材料。可存在单一类型的光响应材料，但也可存在包含多种不同光响应材料的组分。光响应材料还可包含非光响应载体材料，其已经混合、分散或溶解有光响应材料中的一种或多种。可以选择不同的光响应材料，使得它们对相同的照射频率和/或强度作出响应，以具有不同或相同的机械效果。然后可以使用由这种不同材料构成的堆叠件上的空间分布来使该堆叠件在被利用相同的辐射进行照射时提供不同的机械致动。作为选择，可以对它们进行选择以对不同的照射作出响应。这通过所施加的照射的例如关于所提供的照射的频率或强度的差异来提供对该致动的控制。当存在不同的光响应材料时，可以使用不同的非光响应层来向相应的不同光响应层提供致动照射。光响应层可各自包含至少一种液晶组分和至少一种光响应基团。基团可以指实体或分子物质或其一部分。基团可以表示分子物质的一部分。在液晶组分中可能发生大的各向异性变形，这可能导致在利用具有适当波长的光进行照射时施加显著的机械力。液晶组分的变形也是可逆的，这允许光响应层的光诱导变形被经由热和/或光化学手段逆转。光响应层中的一个或多个的厚度可以是1至50微米。其它厚度可以介于1至25微米之间或介于1至10微米之间或介于1至5微米之间。厚度也可介于5至50微米之间、介于10至50微米之间或介于25至50微米之间。可以根据光在这些层中的穿透深度来选择该厚度，该穿透深度取决于这些层的吸收特性。可以使用标准UV-Vis或其它光谱手段来确定吸收特性。通过这种测量，可以确定该层的消光系数，其与这些层的光的透射相关联，并且因此根据朗伯比尔定律也与厚度相关联。具有这种尺寸的光响应层或膜可以有效地收缩(和膨胀)。比1微米薄的光响应层可能施加过小的机械力。厚度大于50微米的层可能会使过多的光衰减，使得光不能到达与光源相距更远的层，其效果是该层的体积的变形可以忽略不计。厚度大于50微米的层也可能显示出明显不均匀的变形，这是由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种致动器装置，包括层的堆叠件，所述堆叠件包括：‑多个光响应层(101)，其响应于入射光而变形；和‑可变形的非光响应层(102)，其被至少部分地定位在每对相邻的所述光响应层之间，并且在所述光响应层之间引导光以及将光引导到所述光响应层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.21 EP 16189915.8;2017.02.28 EP 17158318.01.一种致动器装置，包括层的堆叠件，所述堆叠件包括：-多个光响应层(101)，其响应于入射光而变形；和-可变形的非光响应层(102)，其被至少部分地定位在每对相邻的所述光响应层之间，并且在所述光响应层之间引导光以及将光引导到所述光响应层。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述光响应层(101)各自包括至少一种液晶组分和至少一种光响应基团。3.如权利要求2所述的装置，其中，所述至少一个光响应基团是肉桂酸衍生基团、肉桂基衍生基团、螺吡喃衍生基团和偶氮苯衍生基团中的至少一种。4.如任一前述权利要求所述的装置，其中，每个光响应层(101)的厚度为1-50微米。5.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述装置在所述堆叠件的至少一个侧面上包括机械耦合件(103)，所述机械耦合件固定住所述光响应层和所述可变形的非光响应层在堆叠方向上的相对位置，但允许所述堆叠件收缩和伸展。6.如权利要求1至4中的任一项所述的装置，其中，所述装置在所述堆叠件的至少一个侧面上包括机械耦合件(103)，所述机械耦合件固定住所述光响应层和所述可变形的非光响应层在所述堆叠方向上的相对位置，但允许所述堆叠件弯曲。7.如权利要求5或6所述的装置，其中，所述机械耦合件(103)是诸如丙烯酸酯聚合物之类的聚合物。8.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述光响应层(101)包括以下中的至少一种：可固化的液晶组分；诸如丙烯酸酯官能化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·鲁布，N·P·威拉德，C·P·亨德里克斯，K·J·A·范登阿克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL