基于活性材料节点的可重构结构制造技术

可重构的结构，包括至少一个中心体、多个附着于所述至少一个中心体并从其延伸的臂，其中所述臂和／或中心体的至少一部分限定了一节点并且由活性材料形成。所述活性材料适合于响应激活信号而改变至少一种属性，其中所述至少一种属性的改变改变了所述活性材料部分的模量性能、形状取向、或所述模量性能改变和所述形状取向改变的结合。其中所述多个臂和所述至少一个中心体可以形成用于附着和释放构件的可重构开口。做为选择，所述多个臂和／或中心体可以进一步地包括用于附着到另外的结构的连接器。在此处还公开了用于选择性地重构结构的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于活性材料节点的可重构结构 相关申请的交叉引用本申请要求2005年2月19日提交的美国临时的专利申请 No. 60/654， 309的权益，在此全文引入作为参考。技术背景本公开 一 般地涉及基于可重构结构的活性材料节点。 专利技术概要在此公开了基于可重构结构的活性材料节点。在一个实施方案中， 所述可重构结构包含至少一个中心体；多个臂附着于所述至少一个中心 体并且从其延伸，其中所述中心体和/或臂的至少一部分限定了一个节 点并且其由活性材料形成，所述活性材料适于响应激活信号而改变其至 少一种属性，其中所述至少一种属性的改变改变了模量性能、形状取 向、或者所述活性材料部分的模量性能改变与形状取向改变的结合；适 于提供所述激活信号的激活装置与所述活性材料有效连通；并且控制器 与所述激活装置有效连通。应将理解的是，所述臂可以具有不同几何图 案的截面形状，包括但不局限于棒状、带状(厚的以及薄的)、和片状 (厚的以及薄的)，并且它们在所述中心体处的连接可以为孔、缝等几 何协调的形式。在另一个实施方案中， 一种用于选择性地重构结构的方法，包括向 含有多个固定连接到中心体的臂的可重构结构的节点施加激活信号，其 中所述节点包含所述中心体和/或臂的至少一部分并且由活性材料形 成；以及改变从所述节点的模量性能、形状取向、以及模量性能和形状 取向的结合中选择的一个。通过以下附图和详述说明对上述所描述的及其他特性进行例证。附图说明现在参照所述附图，其是示范性的实施方案并且其中类似的元件用 同样的数字表示图1是根据本公开一个实施方案的可重构的结构的示意图；图2是根据本公开另一个实施方案的可重构的结构的示意图；并且图3是一个结构元件的剖视图。详细说明在此处公开的是基于可重构结构的活性材料，其中一个或多个被选 择节点的模量或形状可以通过施加适当的场而被可逆地改变。用这样的 方式，所述结构可以被即时地重构和/或所述结构的刚度可以被改变。 所述可重构结构可以是多维的，并且还可以作为用于即需地选择性连接 和/或断开的附加结构。如将要在下面更为详细描述的，所述不同的节 点可以;陂选择性地激活和去激活以适应各种应用。这里所使用的术语"活性材料"是指若干不同类别的材料，其中的全 部显示了至少一个属性的变化，例如当受到许多不同类型被施加激活信 号中的至少一个时的尺寸、形状和/或弹性模量，这种信号的例子为热 的、电的、磁的、机械的、气压的信号等。活性材料的一类为形状记忆 材料。这些材料显示出形状记忆效应。具体地，在伪塑性地变形之后， 通过响应激活信号，它们可以恢复其原来的形状。适合的形状记忆材料包括《旦不限于，形状记忆合金(SMAs)、磁形状记忆合金(MSMAs)、 以及形状记忆聚合物(SMPs)。活性材料的第二类可以被认为是那些受 到所施加的激活信号时显示出至少一个属性的改变，但是当所述施加激 活信号去除后又恢复到它们的初始状态的材料。这个类别的活性材料包 括但不局限于压电材料、电活性聚合物(EAPs)、磁流变流体以及弹性 体(MRs)、电流变流体(ERs) 、 baroplastics、上述材料中的一个或 多个与非活性材料的复合物和包含上述材料中至少一个的结合等。以上所提到的活性材料，即SMAs、 MSMAs、 EAPs、以及次要程度的 为MR弹性体可以随着施加适当的激活信号而提供一种可测量的阻塞 力，从而提供自我启动的附加功能，以及在有些情况下，表现为可逆的 可重构结构。与此相反，活性材料例如SMPs、 baroplastics、以及MR 和ER流体很少或不会提供启动力。但是，这些材料确实提供了将所述 节点锁定在适当位置的能力，并且这样可以对内应力进行锁定，否则所 述内应力会起到重构所述结构的作用。更具体地说，所述SMPs和 baroplastics可以在未激活时用来锁定所述结构几何形状，而所述MR 和ER流体将在激活时锁定所述结构。本领域技术人员将容易地理解所 述不同活性材料所固有和特有的独特性能，并且根据本公开可以容易地 将该知识应用到特定的可重构结构和应用中。图1显示了一种典型的可重构结构，其一般由数字10表示。可重构的结构10包括从处于中心的中心体14放射状布置的多个臂12。虽然 显示了四个臂，可以使用更多或更少的臂。同样地，每个臂可以具有同 样的或不同的形状，其不必如图中所示是直线的。此外，尽管该可重构 结构IO被显示为基本上平面的简单结构，但对于一些应用来说，复杂 的几何形状也是可以预期的。例如，所述结构可以包括多个中心体，或 者被连接到另外的可重构结构并形成三维二十面体的结构。照这样，所 述可重构的结构不意欲受限于任何特定的形状或形式。臂连接器16被置于所述臂12的每端，用于将所述可重构结构连接 到另一个构件或另一个可重构的结构。所述连接器16可以采用任何适 于附着到另外的结构的形状或形式。所述另外的结构可以是可重构的或 非可重构的，并采用任何形状或形式。用于说明性的目的，所述臂12 由形状记忆聚合物形成并限定所述节点(虽然也应当同样地被理解，所 述中心体可以包括所述节点和/或其中所述中心体和所述臂的至少一部 分包括所述节点)。激活装置18和控制器20与所述活性材料有效的通 信以提供带有适当激活信号的选择性激活。例如，在给定例子中，所述 激活信号包括加热一个或多个所述臂(节点)到超过所述Tg，从而使限 定所述形状记忆聚合物的至少 一个片段降低杨氏模量(E)和切变模量(G) 性能，由此改变所述可重构结构的弯曲和扭转刚度性能。在其加热形式 中，所述臂的结构被容易地改变，并且所述新的位置可以通过在保持所 述新的结构时冷却到Tg以下而被固定(从而锁定任何内应力)。 一旦 所述臂冷却到Tg以下，其恢复了其早先的E和G,并因此其最初的钢性 被恢复，但是所述结构本身被重新设置。在一个实施方案中，所述被选择节点由活性材料所形成，所述活性 材料通过应用一种外加的场而被暂时"软化"，以使所述结构通过外加力 或内应力净皮重构。所述外加力或内应力可以采用各种形式，例如，自然 发生的和随机发生的。自然发生的外加力或内应力可以从所述可重构的 结构IO被置于其中的环境而发生，而随机的外加力或应力可以通过以 期望或随机的方式而有意地从外部施加作用以改变所述结构的几何形 状。维持所述改变了几何形状的内部或外部应力以保持所述被改变的几何形状直到其被固定或锁定。然后，当所述节点保持在所述被重构的结 构时，所述外加场将被去除。与改变所述可重构结构的几何形状相反，其它的实施方案包括控制钢性性能。在另一个实施方案中，在收到所述 激活后，所述节点被变形。这包括，例如，在以外力强迫的"塑性"改变 而使所述节点的几何形状发生变形之后，将其结构恢复到其最初的/开 始的几何形状。在另 一 个实施方案中，可以由不同活性材料的结合而形成混合节 点，其能因此被"软化，，。例如， 一个第一场的应用选择性地激活("软 化，，)第一活性材料。然后通过使用激活第二("启动器")活性材料 的第二场来改变所述节点的几何形状。用这样的方式，所述结构的模量 行为和形状取向可以被修整以适应其中使用了所述可重构结构的专门 应用。复合物可以进一步地扩展该功能。如果所述连接器被加热超过Tg, 对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重构结构，包含：至少一个中心体；和多个附着于所述至少一个中心体并且从所述至少一个中心体延伸的臂，其中所述臂和／或所述中心体的至少一部分限定了一个节点并且由活性材料形成，所述活性材料适于响应激活信号而改变至少一种属性，其中所述至少一种属性的改变改变了所述活性材料部分的模量性能、形状取向，或者是模量性能改变和形状取向改变的结合；激活装置，其与所述适于提供激活信号的活性材料有效连通；和与所述激活装置有效连通的控制器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AL布劳恩，ND曼卡姆，NL约翰逊，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[]