Актюаторное устройство, способ актюации и способ изготовления
Изобретение относится к области фоточувствительных устройств-актюаторов, которые способны превращать свет в механическое воздействие, и касается актюаторного устройства, способа актюации и его изготовления. Устройство содержит стопу, сформированную из множества фоточувствительных слоев, которые деформируются в качестве реакции на свет и которые разделены соответствующими деформируемыми нефоточувствительными слоями. Деформируемые нефоточувствительные слои направляют свет между фоточувствительными слоями и к фоточувствительным слоям и могут деформироваться в соответствии с деформацией фоточувствительных слоев. Изобретение обеспечивает возможность улучшенного регулирования возбуждения и/или увеличенного общего выходного воздействия, вызываемого актюацией, а также позволяет использовать фоточувствительные слои с высокой поглощающей способностью в оптически активируемых актюаторах за счет уменьшения толщины слоев при увеличении числа пар фоточувствительных слоев. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к устройству с актюатором, которое может быть подвергнуто возбуждению светом. Изобретение также относится к способу актюации и способу изготовления.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электроактивные материалы, которые преобразуют электрическую энергию в механическое воздействие, были исследованы для ряда применений. Однако такие материалы могут требовать сравнительно высоких напряжений, что может не способствовать их использованию в некоторых применениях, например, в устройствах, подлежащих использованию в теле или рядом с телом. Управление направлением перемещения катетера и «мягкие роботизированные средства» (например, предметы одежды, которые помогают пациентам двигаться) могут потребовать высоких напряжений, но использование таких высоких напряжений внутри тела или близко к телу пациента может создать проблемы электробезопасности.
Были разработаны фоточувствительные актюаторы, которые способны превращать свет в механическое воздействие. Фоточувствительные материалы могут быть созданы из пленки или из наночастиц или частиц микронного размера. См., например, US20080258108, US20090069528, JP2008-228368 или US 20120175520. Такие материалы могут содержать пленку или частицы из полимерной сетки из жидкокристаллических компонентов, содержащих фоточувствительные группы, такие как производные азобензола. Азобензольные группы могут подвергаться фотоизомеризации между Е и Z (цис- и транс-) изомерами при облучении светом с разными длинами волн, и, таким образом, облучение таких пленок или частиц может вызывать химическое структурное изменение в составляющих пленки или частицы, включающих такие азобензольные группы. Это изменение, в свою очередь, вызывает изменение объема и/или формы (деформацию) пленки или частиц, результатом чего может быть макроскопическая механическая деформация пленки или частиц, например, в виде расширения или сужения.
Актюаторы данного класса теоретически должны обладать способностью к приложению сил, сравнимых с мышечными волокнами человека, при их облучении возбуждающим светом. Однако на практике регулирования возбуждения светом, как правило, является неточным и/или общий результат возбуждения (сила) оказывается ограниченным.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существует потребность в актюаторном устройстве с улучшенными свойствами. Задача изобретения состоит в, по меньшей мере частичном, удовлетворении этой потребности.
Эта задача решается посредством устройства, определенного посредством независимых пунктов формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные варианты осуществления.
Таким образом, основная часть актюатора включает в себя, по меньшей мере, одну пару фоточувствительных слоев, каждый из которых обеспечивают актюацию при получении возбуждающего света, и нефоточувствительный светонаправляющий слой (например, слой) между двумя фоточувствительными слоями, который направляет и подает возбуждающий свет к фоточувствительным слоям. Таким образом, нефоточувствительные слои представляют собой светонаправляющие слои.
Авторы изобретения осознали, что общая сила, создаваемая актюатором, на практике ограничена толщиной фоточувствительной части (например, полимерной пленки по предшествующему уровню техники), при этом тонкие части не могут прикладывать силу, достаточную для того, чтобы она была полезной для оказания воздействия на практике. Однако, несмотря на то, что более толстые пленки должны были бы обладать способностью обеспечивать увеличенную силу, оказывается, что такие пленки изгибаются в некоторой степени вследствие того, что фоточувствительный материал, находящийся ближе к источнику света, реагирует в большей степени или быстрее, чем фоточувствительный материал, находящийся дальше от источника света (глубже в пленке). Это обусловлено тем, что более глубоко расположенный материал получает меньше света из-за того, что актюация, вызываемая светом, базируется на процессе поглощения при сравнительно сильном ослаблении света фоточувствительным и/или другим материалом пленки. Этот эффект изгибания можно рассматривать как до некоторой степени аналогичный поведению биметаллической полоски. Еще более толстые пленки или пленки с увеличенным коэффициентом поглощения вообще не будут деформироваться, поскольку фоточувствительного материала, который получает свет в значительном количестве, недостаточно для осуществления перемещения всей пленки; таким образом, не подвергнутая облучению, большая часть пленки подавляет деформацию облученных зон.
Следовательно, структура заявленного устройства обеспечивает увеличенное выходное воздействие при использовании только одного световода и более тонких слоев фоточувствительного материала. Кроме того, световод может использоваться для подвода света в точно необходимое место. Это является усовершенствованием по отношению к актюатору, который требует внешнего облучения.
Актюатор может быть создан с множеством таких пар фоточувствительных слоев со световодом между ними для обеспечения их совместного выходного воздействия, вызываемого актюацией, так, что их суммарное выходное воздействие обеспечивает выходное воздействие актюатора в виде большого выходного воздействия, вызываемого актюацией, даже несмотря на то, что выходное воздействие отдельной пары может быть небольшим вследствие того, что фоточувствительная (-ые) часть (-и) может (могут) быть тонкой (-ими) для избежания существенных недостатков, связанных с процессом поглощения при актюации. Таким образом, устройство обеспечивает возможность улучшенного регулирования возбуждения и/или увеличенного общего выходного воздействия, вызываемого актюацией. Устройство также позволяет использовать фоточувствительные слои с высокой поглощающей способностью в оптически активируемых актюаторах за счет уменьшения толщины слоев при увеличении числа пар фоточувствительных слоев.
Свет может обеспечиваться источником света. Нефоточувствительные слои имеют следующие характеристики. Они способны направлять падающий свет - при его малом поглощении или отсутствии его поглощения - к фоточувствительным слоям и, следовательно, функционируют в качестве светонаправляющих слоев. В то время как слои, находящиеся ближе к источнику света, будут деформироваться в большей степени, чем слои, находящиеся дальше от него, вследствие ослабления света при его прохождении через постепенно увеличивающееся число слоев, деформируемые нефоточувствительные слои, которые разделяют соседние фоточувствительные слои, направляют непоглощенный свет между фоточувствительными слоями и к фоточувствительным слоям. Деформируемые нефоточувствительные слои могут направлять свет между фоточувствительными слоями или непосредственно между слоями в направлении укладки в стопу, или между слоями в направлении, перпендикулярном к направлению укладки в стопу, например, для лучшего распределения света и/или посредством направления света через части нефоточувствительных слоев, расположенные в периферийных зонах стопы слоев. Указанные последними части светонаправляющих слоев могут не включать в себя фоточувствительные слои, так что свет может также поступать в стопу фоточувствительных слоев в направлении, перпендикулярном к направлению укладки в стопу. Таким образом, наличие таких светонаправляющих слоев может обеспечить увеличение общего количества света, подаваемого к стопе, в результате чего увеличивается механическое воздействие. Кроме того, светонаправляющие слои могут обеспечить увеличение продолжительности подачи света ко всем частям стопы, так что улучшается регулирование механического воздействия и, возможно, не происходит нежелательного изгиба.
Светонаправляющие слои помимо того, что они имеют оптические характеристики, так же являются деформируемыми слоями, деформируемость которых такова, что данные слои деформируются в соответствии с деформацией фоточувствительных слоев, индуцируемой их облучением возбуждающим светом, и обеспечивают возможность использования комбинации всех деформаций фоточувствительных слоев. Для избежания потери силы, создаваемой за счет деформации фоточувствительных слоев, деформируемые слои должны быть в достаточной степени упруго или пластически деформируемыми, чтобы светонаправляющие слои (легко) повторяли перемещение фоточувствительных слоев.
Светонаправляющие слои являются, например, «нефоточувствительными». Под этим понимается то, что ослабление света в нефоточувствительном слое, и, следовательно, химическое или физическое реагирование на этот свет меньше, чем ослабление света в фоточувствительных слоях, например, меньше на 30% или 10% или 5%. Таким образом, данный термин используется как относительный термин с учетом фоточувствительных слоев. Такие нефоточувствительные слои поглощают меньше падающего света (и, следовательно, реагируют в меньшей степени на падающий свет).
Светонаправляющие слои могут представлять собой прозрачные слои, но они также могут обладать рассеивающими или преломляющими свойствами, так что они будут непрозрачными для возбуждающего света. В идеальном случае они характеризуются малым поглощением света. Таким образом, светонаправляющие слои и нефоточувствительные слои представляют собой слои, которые или не поглощают никакого падающего света, или могут поглощать малое количество падающего света по отношению к фоточувствительным слоям.
Фоточувствительный слой содержит фоточувствительный материал, обладающий способностью реагировать на свет так, что этот материал заставляет слой деформироваться при облучении. Фоточувствительный слой может полностью состоять из такого фоточувствительного материала, но могут присутствовать другие материалы. Может быть предусмотрен фоточувствительный материал одного типа, но также может иметься композиция, содержащая множество разных фоточувствительных материалов. Фоточувствительный материал может также содержать нефоточувствительный несущий материал, имеющий вмешанные в него, диспергированные или растворенные в нем один или более из фоточувствительных материалов. Разные фоточувствительные материалы могут быть выбраны так, чтобы они реагировали на одинаковые частоту и/или интенсивность облучения с разным или одинаковым механическим эффектом. При этом пространственное распределение таких разных материалов по стопе может быть использовано для того, чтобы стопа обеспечивала разное механическое воздействие при облучении одним и тем же излучением. В альтернативном варианте они могут быть выбраны с возможностью реагирования на разное излучение. Это обеспечивает регулирование актюации посредством дифференциации подводимого излучения, например, в отношении частоты или интенсивности обеспечиваемого облучения. Когда имеются разные фоточувствительные материалы, могут быть использованы разные нефоточувствительные слои для подвода возбуждающего излучения к соответствующим разным фоточувствительным слоям.
Каждый из фоточувствительных слоев может содержать, по меньшей мере, один жидкокристаллический компонент и, по меньшей мере, одну фоточувствительную группу. Группа может означать соединение или молекулярную субстанцию или ее часть. Группа может означать часть молекулярной субстанции.
В жидкокристаллических компонентах возможны большие анизотропные деформации, которые могут приводить к значительной механической силе, создаваемой при облучении светом соответствующей длины волны. Деформация жидкокристаллических компонентов также является обратимой, что позволяет изменять светоиндуцированную деформацию фоточувствительных слоев на противоположную с помощью термических и/или фотохимических средств.
Толщина одного или более из фоточувствительных слоев может составлять 1-50 микрон. Другие толщины могут составлять от 1 до 25 микрон или от 1 до 10 микрон, или от 1 до 5 микрон. Толщина также может составлять от 5 до 50 микрон, от 10 до 50 микрон или от 25 до 50 микрон. Толщина может быть выбрана на основе глубины проникновения света в таких слоях в зависимости от поглощающих свойств таких слоев. Поглощающие свойства могут быть определены при использованы стандартного спектрофотометра UV-Vis или других спектроскопических средств. Из таких измерений могут быть определены коэффициенты ослабления для слоя, которые связаны с пропусканием света слоями и, следовательно, также с толщиной согласно законам Ламберта-Бера.
Фоточувствительные слои или пленки с таким размерами могут эффективно подвергаться усадке (и расширяться). Фоточувствительные слои с толщиной менее 1 микрона могут создавать слишком малую механическую силу. Слои с толщиной более 50 микрон могут ослаблять свет в слишком большой степени, так что свет не сможет достичь слоев, более удаленных от источника света, вследствие чего деформация большой части слоя станет ничтожно малой. Слои с толщиной более 50 микрон могут также демонстрировать в значительной степени неоднородную деформацию вследствие того, что зоны в самом слое, более удаленные от источника света, получают меньше света и, следовательно, подвергаются меньшему деформационному отклику, чем зоны в пределах слоя, более близкие к источнику света.
Фоточувствительные слои и светонаправляющие слои могут быть механически прикреплены друг другу или напрямую, или посредством промежуточного слоя (который должен быть, по меньшей мере частично, прозрачным для падающего света). Механическое крепление может быть выполнено посредством клея, химического соединения или соединения какого-либо другого вида. В альтернативном варианте слои уложены в стопу свободно при отсутствии какого-либо механического соединения/фиксации между ними. Вместо этого может быть использован механический соединительный элемент на одной или более сторонах стопы, который фиксирует взаимные положения, по меньшей мере, множества фоточувствительных слоев. Данные один или более светонаправляющих слоев могут быть оставлены свободными, то есть не прикрепленными к механическому соединительному элементу, но также могут быть прикреплены к механическому соединительному элементу. В качестве альтернативы или дополнения они могут быть механически прикреплены к деформируемым нефоточувствительным слоям. Механический соединительный элемент удерживает слои в направлении укладки в стопу, но обеспечивает возможность сужения и расширения стопы.
Механический соединительный элемент может способствовать объединению сил, генерируемых каждым из фоточувствительных слоев, а также способствовать соединению фоточувствительных слоев друг с другом и с деформируемыми нефоточувствительными слоями.
Может быть использован механический соединительный элемент на, по меньшей мере, одной из сторон стопы, который фиксирует взаимные положения фоточувствительных слоев и деформируемых нефоточувствительных слоев в направлении укладки в стопу, но обеспечивает возможность изгибания стопы.
Таким образом, механические соединительные элементы могут способствовать «объединению» деформаций фоточувствительных слоев для обеспечения общего выгибания или изгибания стопы, а также способствовать соединению фоточувствительных слоев друг с другом и со светонаправляющими слоями.
Механический соединительный элемент может содержать полимер или состоять из полимера, такого как акрилатный полимер.
Акрилатные полимеры могут обеспечивать требуемую жесткость механического соединительного элемента и могут быть легко получены при использовании термической или фотохимической полимеризации акрилатных мономеров.
Данная, по меньшей мере, одна фоточувствительная группа может представлять собой, по меньшей мере, одну из групп, полученных из коричной кислоты, полученных из циннамилидена, полученных из спиропирана и полученных из азобензола.
Физическое изменение фоточувствительной группы может происходить на молекулярном уровне, таком как светоиндуцированная изомеризация, также называемая фотоизомеризацией. Группы, полученные из коричной кислоты, полученные из циннамилидена, полученные из спиропирана и полученные из азобензола, могут подвергаться таким светоиндуцированным физическим изменениям.
Фоточувствительный слой может содержать, по меньшей мере, один из жидкокристаллического компонента, который является отверждаемым, такого как акрилат-функционализированный жидкокристаллический компонент, и полимера отверждаемого жидкокристаллического компонента.
Жидкокристаллический компонент, который является отверждаемым, обеспечивает возможность полимеризации или сшивания жидкокристаллических компонентов. Жидкокристаллический компонент, который является отверждаемым, может быть присоединен к другой отверждаемой группе. Полимер или гомополимер отверждаемого жидкокристаллического материала может быть образован полимеризацией или сшиванием (которое также называют отверждением) двух или более из отверждаемых жидкокристаллических компонентов. Это может быть обеспечено функционализацией отверждаемого жидкокристаллического компонента посредством отверждаемой группы, такой как акрилатная группа. Следовательно, за счет полимеризации или сшивания отверждаемых жидкокристаллических компонентов способности жидких кристаллов к молекулярному упорядочению/выстраиванию могут быть объединены с упругими свойствами сетки эластомерного полимера.
Деформируемый нефоточувствительный слой может представлять собой полимер или каучук, такой как полимер или каучук на основе кремнийорганических соединений. Полимеры или каучуки на основе кремнийорганических соединений могут обладать свойствами, необходимыми для деформируемых нефоточувствительных слоев, в отношении малого ослабления света и низкого модуля упругости. Такие полимеры также могут быть легко получены при использовании термической или фотохимической полимеризации соответствующих мономеров на основе кремнийорганических соединений.
Устройство может дополнительно содержать один или более источников света для обеспечения падающего света. Данные один или более источников света могут быть предусмотрены вверху и/или внизу стопы слоев и/или у одного или более краев стопы слоев. Данные один или более источников света могут быть встроены в механические соединительные элементы. Могут быть использованы один или более источников света, свободно расположенных, но обеспечивающих возможность облучения стопы слоев. В альтернативном варианте источник света может быть предназначен для подачи падающего света к дополнительному световоду, такому как оптическое волокно, которое, в свою очередь, способно подводить свет к деформируемым нефоточувствительным слоям. Это обеспечивает возможность размещения источников света удаленно от актюаторного устройства с актюатором при обеспечении возможности создания локально ограниченного входного светового потока по сравнению со свободно расположенными источниками света. Таким образом, имеются разные опции для обеспечения регулирования падающего света.
Согласно другому аспекту изобретения предложен способ изготовления актюаторного устройства.
В одном примере способ включает формирование стопы слоев посредством укладки фоточувствительных слоев между дистанционирующими элементами, образующими межслойные пространства (которые могут быть названы межслойными зонами), заполнения межслойных пространств и - при необходимости - нанесения на одну или более из сторон стопы покрытия из отверждаемого (-ых) материала (-ов), такого (-их) как силиконовый материал и/или акрилатный материал, и отверждения отверждаемого (-ых) материала (-ов) посредством использования термической и/или фотохимической полимеризации.
В альтернативном примере способ включает формирование стопы слоев посредством нанесения на фоточувствительные слои покрытия из отверждаемого материала, такого как силиконовый материал и/или акрилатный материал, укладки слоев с покрытием в стопу, нанесения - при необходимости - на одну или более из сторон стопы покрытия из отверждаемого материала, такого как силиконовый материал и/или акрилатный материал, и отверждения отверждаемого (-ых) материала (-ов) посредством использования термической и/или фотохимической полимеризации.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен способ актюации, включающий освещение стопы слоев, содержащей множество фоточувствительных слоев, которые разделены деформируемыми нефоточувствительными слоями, каждый из которых расположен между каждыми двумя соседними фоточувствительными слоями, посредством чего осуществляется деформирование фоточувствительных слоев, и обеспечение повторения деформируемыми нефоточувствительными слоями деформации фоточувствительных слоев, обеспечение усреднения деформации фоточувствительных слоев.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Примеры заявленного устройства далее будут описаны подробно со ссылкой на сопровождающие схематические чертежи, в которых:
фиг.1-3, 4, 6 и 8 показывают соответствующие примеры устройства согласно изобретению;
фиг.5 показывает актюаторное устройство по фиг.4, подвергающееся деформации в качестве реакции на возбуждающий свет от источника света;
фиг.7 показывает актюаторное устройство по фиг.6, подвергающееся деформации в качестве реакции на возбуждающий свет от источника света; и
фиг.9 показывает актюаторное устройство согласно изобретению, подвергающееся актюации с выгибанием в качестве реакции на возбуждающий свет, направленный к одной стороне фоточувствительных слоев устройства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В формуле изобретения определено актюаторное устройство, содержащее воздействующую структуру, подвергающуюся актюации, которая может обеспечить оказание воздействия на основе наличия фоточувствительной части, которая при получении возбуждающего света может деформироваться, и светонаправляющий слой, то есть световод для направления и подвода возбуждающего света к фоточувствительному слою. Воздействующая структура, подвергающаяся актюации, создана так, что фоточувствительная часть освещается более эффективно, чем фоточувствительная часть, имеющая такой же объем и встроенная в воздействующую структуру. Следовательно, может быть получено улучшенное выходное воздействие (ход и/или деформация), являющееся результатом актюации, при определенном объеме фоточувствительной части.
Поскольку слои, находящиеся ближе к источнику света, деформируются в большей степени, чем слои, находящиеся дальше от него, вследствие ослабления света при его прохождении через постепенно увеличивающееся число слоев, предусмотрены деформируемые нефоточувствительные слои (светонаправляющие слои), которые разделяют соседние фоточувствительные слои. Они направляют непоглощенный свет между слоями, а также обеспечивают возможность входа света с боковых сторон. Они деформируются в соответствии с деформацией слоев. Таким образом, бóльшие или меньшие деформации фоточувствительных слоев, зависящие от их близости к источнику света, «объединяются» в общую механически полезную деформацию стопы. Для избежания потери силы, создаваемой за счет деформации фоточувствительных слоев, деформируемые нефоточувствительные слои обладают способностью к деформированию в такой степени, которая достаточна для того, чтобы деформация нефоточувствительных слоев легко повторяла движение фоточувствительных слоев.
Светонаправляющие слои могут быть упруго или пластически деформируемыми. В обоих случаях количество энергии, необходимое для деформирования любой светонаправляющей части, должно быть сравнительно малым по сравнению с работой, которая должна быть выполнена фоточувствительными частями.
Устройство, заявленное в данном документе, будет описано со ссылкой на нижеприведенные примеры.
В первом примере структура 100 с актюатором по фиг.1 содержит светонаправляющий слой 101, расположенный между фоточувствительными слоями 102 и 102'. Данные три слоя образуют стопу слоев. Фоточувствительный слой 102 имеет первую поверхность 106, обращенную в первом направлении и обращенную к светонаправляющему слою 101 с одной стороны, и фоточувствительный слой 102' имеет вторую поверхность 106', обращенную во втором направлении, противоположном первому направлению, и обращенную к светонаправляющему слою 101 с другой стороны по отношению к данной одной стороне. Светонаправляющий слой 101 подводит свет через данные поверхности к фоточувствительной части, например, по меньшей мере в двух противоположных направлениях 103 и 103'. Светонаправляющий слой 101 имеет толщину 104, и фоточувствительные слои 102' и 102 соответственно имеют толщины 105' и 105, которые все измерены в направлении укладки в стопу. Таким образом, в этом примере светонаправляющий слой подводит возбуждающий свет к разным фоточувствительным слоям. Этот пример предпочтителен по отношению к устройству (непоказанному), в котором имеется только один фоточувствительный слой, толщина которого равна сумме толщин 105 и 105' (выходное воздействие, обусловленное актюацией, приблизительно зависит от объема фоточувствительного материала), в сочетании со светонаправляющим слоем, подводящим свет только с одной стороны фоточувствительного слоя. Это обусловлено тем, что актюация базируется на процессе поглощения возбуждающего света, и, таким образом, конструкция по изобретению «оставляет» больше света (обеспечивает меньшее поглощение), используемого для актюации большей части всей фоточувствительной части в структуре. Кроме того, изобретение обеспечивает более равномерное освещение фоточувствительной части. Источники меньшей интенсивности могут быть использованы для конфигурации данного типа.
Фиг.2 показывает актюатор, имеющий более одного светонаправляющего слоя 201, 201'. Наружные светонаправляющие слои обеспечивают освещение фоточувствительных слоев с дополнительной стороны 203 или 203'. Наружные светонаправляющие слои могут также включать в себя зеркала или могут быть заменены зеркалами, отражающими любой возбуждающий свет от слоя 201 в середине, который не был поглощен во время использования фоточувствительными слоями.
Примеры по фиг.1 и 2 были разъяснены посредством структуры, имеющей слои, уложенные в стопу вдоль одной оси. Слои необязательно должны быть непрерывными, но могут быть структурированными. Например, это реализовано в варианте осуществления по фиг.3, которая показывает воздействующую структуру 300, подвергающуюся актюации и включающую в себя основную часть из фоточувствительного материала 302, в которую заделаны четыре светонаправляющие части (подчасти) 301, 301', 301'' и 301'''. Можно видеть, что части 301 и 301' принадлежат одному структурированному светонаправляющему слою, уложенному в стопе в направлении 304 и структурированному в направлении 306, и то же самое имеет место для частей 301'' и 301'''. Основная часть имеет соответствующие слои фоточувствительного материала между структурированными светонаправляющими слоями. Каждая из данных частей излучает свет в основную часть 302, по меньшей мере, вдоль направлений 304 и 306.
Хотя это не показано, аналогичным образом может быть реализована обратная структура, в которой части 301, 301', 301'' и 301''' образуют структурированные фоточувствительные слои, в то время как основная часть 302 представляет собой светонаправляющий слой.
Еще одно устройство 400 согласно изобретению включает в себя стопу слоев, как показано на фиг.4. Стопа содержит фоточувствительные слои 401, между которыми размещены светонаправляющие слои 402. Слои соединены механическими соединительными элементами 403. Соединительные элементы могут, например, зажимать вместе концы стопы. Могут быть использованы другие способы соединения, предусматривающие использование клея или тому подобного. На фиг.5 показана та же стопа, когда она подвергается деформированию в качестве реакции на активацию при использовании активирующего света. В этом случае активация приводит к уменьшению длины устройства в направлении, перпендикулярном к направлению укладки в стопу. Сужение обусловлено молекулярными изменениями в фоточувствительных материалах, описанными ранее. Сужение может быть использовано в качестве воздействия в виде хода или деформации.
Светонаправляющие слои могут быть образованы из многих материалов, которые будут разъяснены ниже.
Фиг.6 показывает стопу 600, содержащую фоточувствительные слои 601, разделенные деформируемыми светонаправляющими слоями 602, которые соединены механическими соединительными элементами 603, а также показывает источник 605 света и световод 606, который служит в качестве канала для прохождения света между источником 605 света и стопой 600. На фиг.7 показана та же стопа 600, когда она подвергается деформированию в качестве реакции на свет, такой как синий свет или ультрафиолетовый свет, обеспечиваемый источником 605 света. Таким образом, стопа 600 создает механическую силу 604.
Фиг.6 и 7 показывают источник света, расположенный внизу стопы. Вместо этого освещение может быть обеспечено сверху и снизу. Интенсивность света в каждом фоточувствительном слое 601 неизбежно будет разной. Однако более постоянное освещение для каждого фоточувствительного слоя будет обеспечиваться в результате освещения сверху и снизу. Механические соединительные элементы 603 удерживают слои для обеспечения их деформирования в боковом направлении в одинаковой степени. Это означает, что в структуре будут существовать внутренние напряжения, которые вызывают снижение эффективности преобразования освещения в силу. Тем не менее, генерируемая выходная сила будет превышать ту, которая возможна при наличии одного слоя (или меньшего числа слоев) с такой же общей толщиной.
Часть, обеспечивающая свет, может быть присоединена к фоточувствительным частям посредством поверхностей, через которые свет подводится к фоточувствительным частям. В альтернативном варианте они могут быть не соединены. Это обеспечивает подвижность. Например, в конфигурациях по фиг.5 и 6 может осуществляться скольжение (со смазкой или без смазки), и поэтому части, обеспечивающие свет, в наименьшей степени препятствуют воздействию, индуцируемому посредством деформации фоточувствительных частей.
В вышеприведенных примерах предпочтительно, если источник света или множество источников света расположен (-ы) в механических соединительных элементах, так что свет от этих источников может быть подан к светонаправляющим слоям, которые служат в качестве световодов, для распределения света и его подвода к фоточувствительным части и подчастям стопы. Светонаправляющие части могут обладать способностью к рассеиванию света, если они функционируют в качестве световода. Следовательно, рассеянный свет, поступающий в светонаправляющие слои от источника, направляется и рассеивается для выхода из светонаправляющего слоя к фоточувствительным частям или в фоточувствительные части. Таким образом, светонаправляющие слои или части/подчасти предпочтительно образованы из светорассеивающих материалов, таких как непрозрачные материалы. Одним примером является силоксановый или кремнийорганический каучук. Могут быть использованы другие податливые слои.
Фиг.8 показывает иллюстрирующее устройство 800, включающее в себя светонаправляющую часть 802, имеющую множество подчастей в виде слоев, между которыми имеются слои (подчасти) 801 из фоточувствительного материала. Имеются механические соединительные элементы 803 и 803', первый из которых является прозрачным для света из светодиодного источника 805 света, который он содержит. Свет от светодиода при его включении поступает в светонаправляющую часть 802 для активации фоточувствительных частей посредством направления света в зону между слоями 801 и выхода света к данным слоям. Устройство по фиг.8 включает в себя светонаправляющие слои в нижней и верхней частях стопы, так что ко всем фоточувствительным слоям будут подаваться одинаковые количества света. Это является предпочтительным и также может быть использовано в остальных устройствах.
В одном множестве примеров структура может быть выполнена с возможностью избежания изгибания и обеспечения линейного воздействия, происходящего в плоскости, за счет удерживания слоев так, чтобы они не могли деформироваться не в плоскости. Таким образом, в вышеприведенных примерах показана светоиндуцированная деформация в одном направлении, но это не должно рассматриваться как ограничение деформирования стопы только такими деформациями, относящимися к одному размеру в плоскости. Если слои не присоединены друг к другу в направлении укладки в стопу, может возникать скольжение и может быть обеспечена оптимизированная выходная сила, как описано ранее в данном документе. В таких случаях не требуется использовать никакого податливого материала, поскольку слои, подводящие свет, необязательно должны соответствовать изменениям формы или размера, которые вызываются актюацией фоточувствительной части.
В качестве альтернативы фиг.9 показывает деформацию стопы, когда падающий свет вызывает изгибание стопы.
Для индуцирования изгибания фоточувствительные слои покрыты светопоглощающим (черным) слоем 910 с одной стороны. Это означает, что фоточувствительные слои 901 (которые в этом примере могут иметь толщину, превышающую 30 микрон) могут быть облучены только с одной стороны (например, сверху в конфигурации, показанной на фиг.9). В этом случае может иметь место градиент интенсивности, создаваемый на толщине слоя вследствие большого поглощения в фоточувствительном слое 901. Этот градиент приводит к асимметричной изомеризации, и поэтому изгибание будет происходить вследствие внутреннего эффекта, аналогичного эффекту в биметалле. Если опорные слои присоединены к фоточувствительным слоям, такой градиент не требуется, при условии, что опорные слои не являются фоточувствительными в такой же степени, как фоточувствительные слои. Как и в предыдущих вариантах, актюация приводит к тому, что совокупность фоточувствительных слоев и опорных слоев будет вести себя подобно эффекту биметалла.
На фиг.9 стопа 900 освещается источником 905 света с одной боковой стороны, поскольку свет больше не может распространяться через стопу в вертикальном направлении укладки в стопу. Асимметричное поглощение света, разъясненное выше, приводит к большому эффективному изгибанию стопы.
В альтернативном варианте изгибание, показанное на фиг.9, может быть обеспечено посредством использования фоточувствительных слоев, содержащих закрученную молекулярную структуру с двумя взаимно перпендикулярными ориентациями (стержнеобразных) мезогенных групп жидкокристаллического компонента, при этом закручивание осуществляется в вертикальном направлении укладки в стопу. Изгибание будет происходить в результате облучения, поскольку одна сторона сжимается, а другая сторона расширяется. Это позволяет избежать необходимости в слоях, барьерных для света, и, следовательно, обеспечивает возможность освещения в вертикальном и/или боковом направлениях. Изгибанию может дополнительно способствовать использование отдельных фоточувствительных слоев с большей толщиной, составляющей, например, 30-50 микрон.
Механические соединительные элементы 103 также могут быть использованы для подвода света в боковом направлении в фоточувствительные слои, для повышения равномерности освещения и уменьшения внутренних напряжений посредством этого, повышения эффективности преобразования и уменьшения, если это желательно, склонности структуры к изгибанию, а не к линейному расширению или сужению.
Один способ подвода света в боковом направлении состоит в подаче света сверху и/или снизу и в использовании механических соединительных элементов в качестве отражателей для изменения направления света с направления укладки в стопу на боковое направление. Для этой цели может быть использована структура с формой призмы, подобная показанной, например, на фиг.4 и 5, в которой используется или зеркальная отражающая поверхность, или полное внутреннее отражение.
В альтернативном варианте могут быть предусмотрены источники света, закрепленные у краев стопы (как показано на фиг.9) вместо размещения или в дополнение к размещению их вверху и/или внизу.
Свет может быть обеспечен посредством локального источника света, который представляет собой часть устройства с актюатором, как показано, например, на фиг.4 и 5. Однако вместо этого свет может подаваться из удаленного источника и может быть направлен к устройству с актюатором через свободное пространство или через другую среду, которая служит в качестве световода. Следовательно, воздействующая структура может включать в себя дополнительные источники света (например, в виде трубчатых световых волноводов), которые подводят возбуждающий свет к светонаправляющим частям. Следовательно, посредством этого обеспечивается возможность дистанционного регулирования с помощью световых волноводов.
Светонаправляющие части (например, слои) в структурах актюаторов могут иметь одинаковые или разные размеры (например, толщину). Размеры (например, 104 и 105 или 205 и 204, или 304 и 306), которые могут представлять собой толщину в случае слоев, находятся в диапазоне от 1 микрона до 50 микрон. Фоточувствительные слои или пленки с такими размерами могут эффективно подвергаться усадке (и расширяться).
Размер фоточувствительной части может составлять, например, от 1 до 10 микрон. В случае фоточувствительных материалов на основе незамещенного азобензола (например, Формула 4) или фоточувствительных материалов со сопоставимым ослаблением при длине волны возбуждения данный размер может составлять 5 микрон, поскольку это обеспечивает благоприятный баланс между обеспечением эффективной усадки (и расширения) и обеспечением возможности прохождения непоглощенного света к другим фоточувствительным слоям стопы.
В альтернативном варианте может быть использована фоточувствительная часть с толщиной от 30 до 50 микрон, если предпочтительно изгибание, а не линейное расширение и сужение. Кроме того, если при длине волны возбуждения уменьшается ослабление, то могут быть использованы более толстые части фоточувствительных частей. Это обеспечит увеличение выходного механического воздействия устройства и повышение технологичности.
Толщина светонаправляющей части или подчасти может составлять, например, от 5 до 20 микрон. Размер в этом диапазоне приводит к деформируемым светонаправляющим слоям, которые являются достаточно тонкими для обеспечения легкого повторения ими деформаций фоточувствительных слоев и при этом достаточно толстыми для направления света между фоточувствительными слоями и к фоточувствительным слоям.
Число фоточувствительных слоев в стопе может составлять от 2 до 50, например, от 2 до 30 или, например, от 2 до 20. Таким образом, высота стопы может составлять от 3 микрон до приблизительно 1 мм.
Например, в случае стопы, содержащей 10 фоточувствительных слоев с толщиной 10 микрон и деформируемый нефоточувствительный слой с толщиной 20 микрон, высота стопы составляет 0,3 мм.
Длина и ширина стопы зависят от намеченного применения, и эти размеры как таковые могут находиться в диапазоне от порядка миллиметров до сантиметров.
Из фигур становится ясно, что форма механических соединительных элементов не ограничена особым образом и может представлять собой, например, призматическую или кубовидную. Механические соединительные элементы могут образовывать соединение, которое продолжается в направлении укладки в стопу для соединения всех слоев стопы, так что деформации отдельных актюаторов объединяются в полную деформацию стопы. Таким образом, механический соединительный элемент фиксирует взаимные положения в направлении укладки в стопу, но обеспечивает возможность сужения и расширения или изгибания стопы.
В качестве альтернативы или дополнения светонаправляющие части/подчасти и фоточувствительные части/подчасти могут быть механически соединены друг с другом посредством их поверхности контакта или напрямую, или посредством дополнительных слоев. Это может быть выполнено, например, посредством использования клея.
Не желая быть ограниченными теорией, полагают, что в примере, в котором части представляют собой такие слои, что имеется стопа из светонаправляющего слоя (световода) и фоточувствительного слоя, которые оба являются упруго деформируемыми, модуль (Е1) упругости светонаправляющего слоя предпочтительно равен или меньше модуля (Е2) упругости фоточувствительного слоя. Модуль (Е1) упругости светонаправляющего слоя может находиться в соотношении с модулем (Е2) упругости фоточувствительного слоя, соответствующем Выражению 1:
E1≤k*E2*(d1/(d1+d2)) Выражение 1
где d1 и d2 соответствуют соответственно толщине фоточувствительного слоя и толщине светонаправляющего слоя и k представляет собой постоянный коэффициент. k предпочтительно равен или меньше значения, выбранного из группы, состоящей из: 1, 0,5, 0,25, 0,1 или 0,05. Предпочтительное значение k составляет 0,1. Например, для фоточувствительного слоя с модулем упругости, составляющим порядка 1000 МПа, соответствующее значение модуля упругости светонаправляющего слоя составляет порядка 100 МПа. Модуль упругости, составляющий 100 МПа, соответствует твердости 60 по шкале А Шора в случае силиконового эластомерного материала.
Если предположить, что модуль упругости деформируемого светонаправляющего слоя очень низкий (так что можно пренебречь им в вычислениях), максимальная сила (F), которая может быть приложена взятыми вместе слоями стопы, может быть приближенно выражена (Выражением 2):
F=ΦnA{d1/(d1+d2)} Выражение 2
где Φ - напряжение фоточувствительного слоя, n - число фоточувствительных слоев, А - площадь поперечного сечения всей многослойной стопы и d1 и d2 соответствуют соответственно толщине фоточувствительного слоя и толщине светонаправляющих слоев.
Фоточувствительная группа фоточувствительной части реагирует на свет проявлением эффекта, который может иметь место на молекулярном уровне, такого как светоиндуцированная изомеризация или химическая реакция, например, такая как химическая димеризация. Изомеризация означает, что химический состав фоточувствительной группы не изменяется, но пространственное расположение атомов молекулы изменяется при подвергании этому процессу. Эта изомеризация или реакция может изменить форму молекулы (молекул), что может вызвать изменение схемы расположения/упорядочения соединений, непосредственно окружающих вовлеченную (-ые) молекулу (-ы) и/или присоединенных к ней (ним). Таким образом, молекулярный отклик фоточувствительной (-ых) группы (групп) на возбуждающий свет вызывает макроскопическое структурное изменение/деформацию фоточувствительной части.
Результатом воздействия света на группу, полученную из азобензола, может быть хорошо известная изомеризация молекулы между цис- и транс-изомерами; эти изомеры различаются в отношении расположения арильных колец с обеих сторон двойной связи N=N. Более стабильный транс-изомер группы, полученной из азобензола, превращается в цис-изомер при облучении ультрафиолетовым светом или светом в ближнем УФ-диапазоне (синим светом) (Выражение 3, приведенное ниже) и фиг.10. Для обратного процесса может быть использован видимый свет с большей длиной волны, такой как зеленый свет. Для обратного процесса может быть также или в качестве альтернативы использована тепловая энергия вследствие термодинамического предпочтения, связанного с транс-изомером.
Выражение 3
Именно так называемый n-π* переход при соответствующем диапазоне длин волн обуславливает E-Z-изомеризации.
Фоточувствительная часть/подчасть может содержать, например, по меньшей мере, один жидкокристаллический компонент. Такие материалы пригодны для преобразования света в механическое воздействие, поскольку результат физического изменения фоточувствительной группы (такой как фотоизомеризация) может повлиять на порядок/выстраивание жидкокристаллического (-их) компонента (-ов), что приводит к значительной макроскопической деформации фоточувствительной части. В US2008264058 описаны такие материалы и то, как они возбуждаются, и данные материалы могут быть использованы в изобретении. Полимерные жидкокристаллические компоненты, также известные как жидкокристаллические эластомеры, полученные из жидкокристаллических компонентов, которые являются отверждаемыми, пригодны для фотоактивации, поскольку мезогенное упорядочение жидкокристаллических компонентов может сочетаться с упругими свойствами полимерной сетки, что обеспечивает большие и обратимые анизотропные деформации.
Отверждаемые жидкокристаллические компоненты хорошо известны сами по себе и могут содержать мезогенную группу, соединенную с отверждаемой группой посредством промежуточного звена/соединения. Мезогенные группы сами по себе хорошо известны. Мезогенная группа может представлять собой, например, группу, полученную из бензойнофенилового эфира. Отверждаемые группы точно так же хорошо известны; например, подходящие отверждаемые группы могут представлять собой акрилатные группы. Одна или более отверждаемых групп, таких как акрилатные группы, могут быть использованы в отверждаемом жидкокристаллическом компоненте. Промежуточные группы также хорошо известны; подходящими примерами могут быть алкильные или полиметиленовые ((CH2)n) группы.
Молекулы, содержащие мезогенную группу, соединенную с отверждаемой группой посредством промежуточного соединения, хорошо известны сами по себе. Неограничивающими примерами отверждаемого жидкокристаллического компонента, которые могут использоваться в фоточувствительных слоях стопы, являются соединения, соответствующие Формулам 1-3:
Формула 1
Формула 2
Формула 3
Акрилат-функционализированные отверждаемые жидкокристаллические компоненты, такие как соединения, соответствующие Формулам 1-3, демонстрируют эффективные мезогенные свойства вследствие линейной стержнеобразной структуры, и акрилатная (-ые) группа (-ы) может (могут) быть использована (-ы) в реакциях полимеризации/сшивания с другими отверждаемыми компонентами, такими как другие отверждаемые жидкокристаллические компоненты. Кроме того, реакции полимеризации/сшивания могут происходить между отверждаемым жидкокристаллическим компонентом, таким как соединение согласно Формулам 1-3 и/или полимеры из него, и отверждаемыми полимерными или мономерными фоточувствительными группами.
Термин «фоточувствительная группа» предназначен для обозначения химической группы или химического соединения/вещества, которая (-ое) реагирует на свет. Фоточувствительная группа реагирует на свет, демонстрируя физическое изменение. Данная, по меньшей мере, одна фоточувствительная группа может быть включена в качестве части данного, по меньшей мере, одного жидкокристаллического компонента и/или может быть использована отдельно от жидкокристаллического компонента. Выражения «включена в качестве части» и «использована отдельно от» можно интерпретировать как означающие то, что химические связи соответственно обеспечивают или не обеспечивают соединение фоточувствительной группы с жидкокристаллическим компонентом. Фоточувствительная группа может сама обладать мезогенными или жидкокристаллическими свойствами, так что она также может представлять собой жидкокристаллический компонент. Это физическое изменение фоточувствительной группы при освещении может влиять на упорядочение/выстраивание данного, по меньшей мере, одного жидкокристаллического компонента для осуществления макроскопического изменения/деформации фоточувствительного слоя.
Фоточувствительная группа, которая является отверждаемой, обеспечивает возможность полимеризации или сшивания фоточувствительной группы, и она может быть присоединена к другой отверждаемой группе. Это может быть обеспечено посредством функционализации фоточувствительной группы, по меньшей мере, одной отверждаемой группой, такой как акрилатная группа. Фоточувствительная группа может быть соединена с отверждаемой группой при использовании промежуточной группы, такой как алкильная или полиметиленовая (-(CH2)n-) группа. Подходящая фоточувствительная группа может быть получена из азобензола, следовательно, подходящая отверждаемая фоточувствительная группа может представлять собой акрилат-функционализированную группу, полученную из азобензола.
Отверждаемые фоточувствительные группы, содержащие фоточувствительную группу, соединенную с отверждаемой группой посредством промежуточной группы, сами по себе хорошо известны. Неограничивающим примером такой отверждаемой фоточувствительной группы, которая может быть использована в фоточувствительных частях по изобретению, является соединение согласно Формуле 4.
Формула 4
где q - число метиленовых групп в промежуточной группе. Например, q может быть равно 3 или 6.
Диакрилат-функционализированная отверждаемая фоточувствительная группа, полученная из азобензола, согласно Формуле 4 может сама проявлять мезогенные свойства вследствие ее линейной стержнеобразной структуры. В неограничивающем примере акрилатные группы отверждаемой фоточувствительной группы согласно Формуле 4 могут быть использованы в реакции полимеризации/сшивания с другими отверждаемыми компонентами, таким как другие отверждаемые фоточувствительные группы, например, другие отверждаемые фоточувствительные группы согласно Формуле 4 или их гомополимеры.
Фоточувствительный слой может быть получен посредством приготовления смеси отверждаемого жидкокристаллического компонента, такого как одно или более из соединений согласно Формулам 1-3, и фоточувствительной группы, такой как молекула согласно Формуле 4, выстраивания мезогенных групп из жидкокристаллического компонента, например, при использовании параллельных шлифованных поверхностей и полимеризации или отверждения смеси. Способ полимеризации не ограничен особым образом, и может осуществляться фотохимическая, термическая, каталитическая полимеризация и т.д.
Получающийся в результате, фоточувствительный слой может содержать одну/один или более из фоточувствительной группы, которая является отверждаемой, такой как акрилат-функционализированная группа, полученная из азобензола, гомополимера отверждаемой фоточувствительной группы, сополимера отверждаемой фоточувствительной группы и отверждаемого жидкокристаллического компонента, сополимера, содержащего гомополимер отверждаемой фоточувствительной группы и отверждаемый жидкокристаллический компонент, и сополимера, содержащего гомополимер отверждаемой фоточувствительной группы и гомополимер отверждаемого жидкокристаллического компонента.
Гомополимер или полимер фоточувствительной группы может быть образован полимеризацией или сшиванием (которое также называют отверждением) двух или более отверждаемых фоточувствительных групп. В примере отверждаемая фоточувствительная группа включена как часть жидкокристаллического компонента, поэтому гомополимер отверждаемой фоточувствительной группы предпочтительно будет обеспечивать фоточувствительность, способность жидких кристаллов к молекулярному упорядочению/выстраиванию в сочетании с упругими свойствами сетки эластомерного полимера.
В альтернативном варианте сополимер отверждаемой фоточувствительной группы и отверждаемого жидкокристаллического компонента может быть образован сополимеризацией или сшиванием (которое также называеют отверждением) одной или более из отверждаемых фоточувствительных групп с одним или более из отверждаемых жидкокристаллических компонентов. Посредством этого отверждаемая фоточувствительная группа соединяется с жидкокристаллическим компонентом, что может предпочтительно усилить влияние светоиндуцированной реакции фоточувствительной группы на способность жидких кристаллов к молекулярному упорядочению/выстраиванию и, следовательно, на макроскопическую деформацию фоточувствительного слоя. Кроме того, сополимер также имеет упругие свойства сетки эластомерного полимера, что благоприятно.
В альтернативном варианте сополимер, содержащий гомополимер отверждаемой фоточувствительной группы и отверждаемый жидкокристаллический компонент, может быть образован сополимеризацией и/или сшиванием (которое также называют отверждением), по меньшей мере, одного из гомополимеров отверждаемой (-ых) фоточувствительной (-ых) группы (групп) с, по меньшей мере, одним из отверждаемых жидкокристаллических компонентов. Посредством этого гомополимер отверждаемой фоточувствительной группы соединяется с жидкокристаллическим компонентом, что может предпочтительно усилить влияние светоиндуцированной реакции фоточувствительной группы на способность жидких кристаллов к молекулярному упорядочению/выстраиванию и, следовательно, на макроскопическую деформацию фоточувствительного слоя. Кроме того, сополимер также имеет упругие свойства сетки эластомерного полимера, что благоприятно.
В альтернативном варианте сополимер, содержащий гомополимер отверждаемой фоточувствительной группы и гомополимер отверждаемого жидкокристаллического компонента, может быть образован сополимеризацией и/или сшиванием (которое также называют отверждением), по меньшей мере, одного из гомополимеров отверждаемой (-ых) фоточувствительной (-ых) группы (групп) с, по меньшей мере, одним из гомополимеров отверждаемого (-ых) жидкокристаллического (-их) компонента (-ов). Посредством эого гомополимер отверждаемой фоточувствительной группы соединяется с гомополимером жидкокристаллического компонента, что может предпочтительно усилить влияние светоиндуцированной реакции фоточувствительной группы на способность жидких кристаллов к молекулярному упорядочению/выстраиванию и, следовательно, на макроскопическую деформацию фоточувствительного слоя. Кроме того, сополимер также имеет упругие свойства сетки эластомерного полимера, что благоприятно.
Стопа может быть использована в качестве одного актюатора, или же может иметься линия или упорядоченная структура из стоп, например, для обеспечения управления двумерным или трехмерным контуром. Такие устройства с актюатором могут найти применение в гибкой фольге для струйных систем, катетеров, актюаторов для доставки лекарств, мягких роботизированных средств в подушках или предметах одежды (таких как чулки с активным давлением), которые могут обеспечить механическую опору для пожилых людей или инвалидов или содействовать физиотерапии или обеспечивать направление при физиотерапии, или способствовать предотвращению пролежневых язв. Другие возможные применения - это применения в изделиях, в которых используются ультрафиолетовые светодиоды, например, для поддержания здорового состояния полости рта (отверждения отбеливающих покрытий для зубов) и фотодинамической терапии (для лечения псориаза, угревой сыпи). Такие устройства также могут использоваться при применении фотокаталитического окисления (для очистки воды и воздуха).
Кроме того, настоящее изобретение относится к изготовлению стопы. В неограничивающем примере фоточувствительные слои или пленки получают в ячейках размером 10 микрон, в которых параллельные шлифованные поверхности заполнены смесью отверждаемого жидкокристаллического компонента согласно Формуле 1 и фоточувствительной группы согласно Формуле 2. После выстраивания и фотополимеризации с помощью фотоинициатора получают пленку толщиной 10 микрон, которая может быть извлечена из ячейки и разрезана на фоточувствительные слои для стопы.
В одном варианте осуществления фоточувствительные слои толщиной 10 микрон укладывают между промежуточными элементами с размером 10 микрон в виде стопы. Затем зазоры между фоточувствительными слоями заполняют отверждаемым силиконовым материалом, который может быть также нанесен на боковых сторонах стопы, что может способствовать разделению света между несколькими слоями. Таким образом, свет направляется к фоточувствительным слоям как в направлении укладки в стопу, так и в направлении, перпендикулярном к направлению укладки в стопу, за счет направления света через нефоточувствительный материал, размещенный в периферийных зонах стопы. После этого силиконовый материал подвергают отверждению для формирования силиконового полимера/каучука деформируемых нефоточувствительных слоев. Края стопы затем соединяют посредством механического соединительного элемента, который образован из акрилатных мономеров посредством термической или фотохимической полимеризации.
В альтернативном варианте осуществления фоточувствительные слои покрывают слоем неотвержденного силиконового материала с толщиной 10 микрон таким способом, как нанесение покрытия ножевым устройством. Фоточувствительные слои с покрытием затем укладывают в стопу с последующим отверждением силиконового материала для образования силиконового полимера/каучука. Механические соединительные элементы могут быть наложены до или после отверждения силиконового материала.
Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть понятными для специалистов в данной области техники и могут быть осуществлены ими при реализации заявленного изобретения на практике на основе изучения чертежей, раскрытия изобретения и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и неопределенный артикль ʺaʺ или ʺanʺ не исключает множества. Само по себе то, что определенные меры приведены в отличающихся друг от друга, зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация данных мер не может быть с успехом использована. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.
1. Актюаторное устройство, содержащее стопу слоев, содержащую:
- множество фоточувствительных слоев (101), которые деформируются в качестве реакции на падающий свет; и
- деформируемый нефоточувствительный слой (102), который расположен, по меньшей мере частично, между каждыми двумя соседними фоточувствительными слоями и который направляет свет между фоточувствительными слоями и к фоточувствительным слоям.
2. Устройство по п.1, в котором каждый из фоточувствительных слоев (101) содержит, по меньшей мере, один жидкокристаллический компонент и, по меньшей мере, одну фоточувствительную группу.
3. Устройство по п.2, в котором данная, по меньшей мере, одна фоточувствительная группа представляет собой, по меньшей мере, одну из групп, полученных из коричной кислоты, полученных из циннамилидена, полученных из спиропирана и полученных из азобензола.
4. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором толщина каждого фоточувствительного слоя (101) составляет 1-50 микрон.
5. Устройство по любому предшествующему пункту, содержащее механический соединительный элемент (103) на, по меньшей мере, одной из сторон стопы, который фиксирует взаимные положения фоточувствительных слоев и деформируемых нефоточувствительных слоев в направлении укладки в стопу, но обеспечивает возможность сужения и расширения стопы.
6. Устройство по любому из пп.1-4, содержащее механический соединительный элемент (103) на, по меньшей мере, одной из сторон стопы, который фиксирует взаимные положения фоточувствительных слоев и деформируемых нефоточувствительных слоев в направлении укладки в стопу, но обеспечивает возможность изгибания стопы.
7. Устройство по п.5 или 6, в котором механический соединительный элемент (103) представляет собой полимер, такой как акрилатный полимер.
8. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором фоточувствительный слой (101) содержит, по меньшей мере, один из:
жидкокристаллического компонента, который является отверждаемым;
полимера отверждаемого жидкокристаллического компонента, такого как акрилат-функционализированный жидкокристаллический компонент.
9. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором деформируемый нефоточувствительный слой (102) представляет собой полимер или каучук, такой как полимер или каучук на основе кремнийорганических соединений.
10. Устройство по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащее источник (105) света для обеспечения падающего света, при этом источник света предусмотрен вверху и/или внизу стопы и/или у одного или более краев стопы.
11. Способ изготовления актюаторного устройства, включающий формирование стопы слоев, содержащей:
множество фоточувствительных слоев (101), которые деформируются в качестве реакции на падающий свет; и
соответствующий деформируемый нефоточувствительный слой (102), который расположен, по меньшей мере частично, между каждыми двумя соседними фоточувствительными слоями и который направляет свет между фоточувствительными слоями и к фоточувствительным слоям.
12. Способ по п.11, включающий:
укладку фоточувствительных слоев (101) между дистанционирующими элементами в виде стопы;
заполнение межслойных пространств и при необходимости нанесение на одну или более из сторон стопы покрытия из отверждаемого (-ых) материала (-ов), такого (-их) как силиконовый материал и/или акрилатный материал; и
отверждение отверждаемого (-ых) материала (-ов) посредством использования термической и/или фотохимической полимеризации.
13. Способ по п.11, включающий:
нанесение на фоточувствительные слои покрытия из отверждаемого материала, такого как силиконовый материал и/или акрилатный материал;
укладку слоев с покрытием в стопу и при необходимости нанесение на одну или более из сторон стопы покрытия из отверждаемого материала, такого как силиконовый материал и/или акрилатный материал; и
отверждение отверждаемого (-ых) материала (-ов) посредством использования термической и/или фотохимической полимеризации.
14. Способ актюации, включающий:
освещение стопы, содержащей множество фоточувствительных слоев (101), которые разделены деформируемыми нефоточувствительными слоями (102), каждый из которых расположен между каждыми двумя соседними фоточувствительными слоями, посредством чего осуществляется деформирование фоточувствительных слоев;
обеспечение повторения деформируемыми нефоточувствительными слоями (102) деформации фоточувствительных слоев (101); и
обеспечение усреднения деформации фоточувствительных слоев.
