CN107116967A - 用于自推进式车辆的球形轮胎 - Google Patents

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F.恩戈
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Abstract

本发明涉及一种用于自推进式车辆的球形轮胎。一种用于车辆的支撑组件包括：至少两个球形轮胎，所述球形轮胎在路面上行进并且相对于所述路面和所述车辆转动；以及驱动系统，所述驱动系统磁地驱动所述轮胎相对于所述驱动系统自身转动，从而使得所述驱动系统的任何部分都不与所述轮胎或所述路面物理接触。轮胎各自具有外胎面层，所述外胎面层包括在干燥时具有第一硬度并且在湿润时具有第二硬度的材料，所述第一硬度大于所述第二硬度。

Description

用于自推进式车辆的球形轮胎
技术领域
本发明涉及运输工具，并且更具体地，涉及用于支撑车辆并且越过地面或其他表面的组件。
背景技术
常规装置可包括球形壳体和内部驱动系统，该内部驱动系统包括联接到一个或多个轮的一个或多个马达，该轮与球形壳体的内表面接合。包括弹簧和接触端的偏置机构可联接到内部驱动系统，以在轮和接触端之间提供直径方向相对的力，从而允许马达的动力被传递到球形壳体的内表面，引起自推进式装置沿接触表面滚动。自推进式装置可基于其质心的移动、马达的独立动力和偏置机构对内表面的力的组合而转动。磁联接部件可包括在偏置机构中。磁联接部件可包括含黑色金属或永磁体，诸如钕磁体，以提供穿过球形壳体与外部装置和/或配件磁相互作用的磁场。
发明内容
根据本发明的用于车辆的支撑组件，包括：至少两个球形轮胎，所述球形轮胎在路面上行进并且相对于所述路面和所述车辆转动；以及驱动系统，所述驱动系统磁地驱动所述轮胎相对于所述驱动系统自身转动，从而使得所述驱动系统的任何部分都不与所述轮胎或所述路面物理接触。轮胎各自具有外胎面层，所述外胎面层包括在干燥时具有第一硬度并且在湿润时具有第二硬度的材料，所述第一硬度大于所述第二硬度。
根据组件的另一方面，所述驱动系统使所述车辆磁悬浮在距所述轮胎第一预定距离。
根据组件的又另一方面，所述驱动系统使其自身磁悬浮在距所述轮胎的内表面第二预定距离。
根据组件的再另一方面，所述轮胎是具有与外部环境完全隔离的内部空间的封闭球体。
根据组件的又另一方面，所述驱动系统包括第一磁被动部分和第二磁主动部分。
根据组件的再另一方面，所述第一部分仅产生恒定的磁场。
根据组件的又另一方面，所述第二部分产生恒定的磁场和可变的磁场。
根据组件的再另一方面，所述驱动系统使所述车辆相对于所述驱动系统保持基本恒定的定向。
根据组件的又另一方面，所述轮胎包括多个层。
根据组件的再另一方面，所述所述多个层中的一个机械地支撑由所述车辆确定的载荷的部分。
根据组件的又另一方面，所述多个层中的一个包括用于在所述轮胎和所述路面之间产生牵引力的胎面。
根据组件的再另一方面，所述多个层中的一个包括用于阻尼振动的弹性体层，所述振动由轮胎在所述路面上行进产生。
根据本发明的用于车辆的另一支撑组件包括至少一个球形轮胎，所述球形轮胎在路面上行进并且相对于所述路面和所述车辆转动。所述轮胎具有外胎面层，所述外胎面层包括聚合物主链，所述聚合物主链具有基于二烯的弹性体，所述该弹性体选自溶液聚合苯乙烯丁二烯橡胶、乳液聚合苯乙烯丁二烯橡胶、天然聚异戊二烯橡胶、合成聚异戊二烯橡胶和聚丁二烯；和结合到主链的聚合物侧链，所述侧链包含选自聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚(N-环丙基丙烯酰胺)和聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)的聚合物。
本申请还包括如下技术方案：
1. 一种用于车辆的支撑组件，包括：
至少两个球形轮胎，所述球形轮胎在路面上行进并且相对于所述路面和所述车辆转动；所述轮胎具有外胎面层，所述外胎面层包括在干燥时具有第一硬度并且在湿润时具有第二硬度的材料，所述第一硬度大于所述第二硬度；以及
驱动系统，所述驱动系统磁地驱动所述轮胎相对于所述驱动系统自身转动，从而使得所述驱动系统的任何部分都不与所述轮胎或所述路面物理接触。
2. 如技术方案1所述的支撑组件，其中，所述驱动系统使所述车辆磁悬浮在距所述轮胎第一预定距离。
3. 如技术方案2所述的支撑组件，其中，所述驱动系统使其自身磁悬浮在距所述轮胎的内表面第二预定距离。
4. 如技术方案3所述的支撑组件，其中，所述轮胎是具有与外部环境完全隔离的内部空间的封闭球体。
5. 如技术方案4所述的支撑组件，其中，所述驱动系统包括第一磁被动部分和第二磁主动部分。
6. 如技术方案5所述的支撑组件，其中，所述第一部分仅产生恒定的磁场。
7. 如技术方案6所述的支撑组件，其中，所述第二部分产生恒定的磁场和可变的磁场。
8. 如技术方案7所述的支撑组件，其中，所述驱动系统使所述车辆相对于所述驱动系统保持基本恒定的方向。
9. 如技术方案8所述的支撑组件，其中，所述轮胎包括多个层。
10. 如技术方案9所述的支撑组件，其中，所述多个层中的一个机械地支撑由所述车辆确定的载荷的一部分。
11. 如技术方案10所述的支撑组件，其中，所述多个层中的一个包括用于在所述轮胎和所述路面之间产生牵引力的胎面。
12. 如技术方案11所述的支撑组件，其中，所述多个层中的一个包括用于阻尼振动的弹性体层，所述振动由轮胎在所述路面上行进所引起。
13. 一种用于车辆的支撑组件，包括：
至少一个球形轮胎，所述球形轮胎在路面上行进，并且相对于所述路面和所述车辆转动，所述轮胎具有外胎面层，所述外胎面层包括聚合物主链，所述聚合物主链具有基于二烯的弹性体，所述该弹性体选自溶液聚合苯乙烯丁二烯橡胶、乳液聚合苯乙烯丁二烯橡胶、天然聚异戊二烯橡胶、合成聚异戊二烯橡胶和聚丁二烯；和结合到主链的聚合物侧链，所述侧链包含选自聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚(N-环丙基丙烯酰胺)和聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)的聚合物。
附图说明
在附图中以举例方式而非限制方式描述本发明，其中，相似的附图标记表示相似的元件，并且在附图中：
图1示意性地图示根据本发明的组件；
图2是图示用以控制自推进式装置的操作的常规系统的示例性框图；
图3是处于控制设备的控制下的常规自推进式装置的示意图；
图4示意性地图示常规自推进式装置的示例；
图5图示常规自推进式装置的另一个示例；
图6是图4和5的计算机系统和自推进式装置的示例性框图；
图7显示三硫代碳酸酯RAFT链转移剂、具有三硫代碳酸酯端基的PNIPAM和具有硫醇基的PNIPAM的紫外可见光谱；
图8显示具有CTA端基的数种PNIPAM聚合物的浊度-温度的透射测量；
图9显示苯乙烯-丁二烯弹性体和用PNIPAM官能化的苯乙烯-丁二烯弹性体的1H-NMR谱；
图10显示苯乙烯-丁二烯弹性体和三种PNIPAM官能化的苯乙烯-丁二烯弹性体的GPC曲线；
图11显示PNIPAM官能化的苯乙烯-丁二烯弹性体的作为PNIPAM含量的函数的接触角；
图12显示PNIPAM官能化的苯乙烯-丁二烯弹性体的高于和低于LCST的接触角的相对差；
图13显示苯乙烯-丁二烯弹性体的作为温度的函数的流变性质；
图14显示苯乙烯-丁二烯和PNIPAM的接枝共聚物（具有6%PNIPAM）的作为温度的函数的流变性质；以及
图15显示苯乙烯-丁二烯和PNIPAM的接枝共聚物（具有4%PNIPAM）的作为温度的函数的流变性质。
具体实施方式
示例性的常规装置，诸如在US 8,536,266、US 9,090,214和US 9,211,920中所描述的装置，其全部内容通过引用合并于此，可包括球形壳体和内部驱动系统，内部驱动系统包括联接到一个或多个轮的一个或多个马达，该轮与球形壳体的内表面接合。包括弹簧和接触端的偏置机构可联接到内部驱动系统，以提供轮和接触端之间的直径方向相对的力，从而允许马达的动力被传递到球形壳体的内表面，引起自推进式装置沿接触表面滚动。自推进式装置可基于其质心的移动、马达的独立动力和偏置机构对内表面的力的组合而旋转。磁联接部件可包括在偏置机构中。磁联接部件可包括含黑色金属或永磁体，诸如钕磁体，以提供穿过球形壳体与外部装置和/或配件磁相互作用的磁场。
示例性的用于装置的外部配件可包括磁联接部件，以与偏置机构的磁联接部件（例如，接触端）磁联接。因此，当引起自推进式装置的球形壳体滚动时，外部配件可经由穿过球形壳体的磁相互作用保持稳定地联接到偏置构件的接触端。
自推进式装置、或外部配件、或两者均可包括磁体（例如钕磁体），以产生引起磁相互作用的磁场。这种相互作用可包含在外部配件和球形壳体的外表面之间发生接触的磁吸引。在该示例中，可以通过用基本无摩擦的材料涂覆球形壳体的外表面和/或外部配件的接触表面以减小摩擦力。额外地或替代地，磁相互作用可包含排斥力，这种排斥力包括在外部配件和球形壳体之间产生稳定的磁悬浮的稳定性机构（例如，一个或多个另外的磁体）。
如在此使用的，当自推进式装置处于操作控制下时，在偏置机构的角转动的语境下，“基本上”表示在0°和小于90°之间。因此，当自推进式装置处于非加速状态时，“基本上”稳定、“基本上”恒定的角度，或偏置机构（或弹簧部件）和自推进式装置在其上滚动的外部表面之间的“基本上”垂直表示相对于该表面小于90°，并且通常小于45°。如在此进一步使用的，在球形壳体的外表面和外部配件装置的接触表面之间的摩擦的语境下，“基本上”表示两个常规光滑表面（例如，抛光的金属或木头表面）之间低于正常的摩擦关系。因此，“基本上”无摩擦的材料表示被设计或制造成用于减小摩擦的材料。
在此描述的一个或多个常规示例提供了由计算装置执行的方法、技术和动作可以以编程方式执行，或者作为由计算机实施的方法执行。如在此使用的，“以编程方式”表示通过使用代码或计算机可运行指令。这些指令可被存储在计算装置的一个或多个存储资源中。以编程方式执行的步骤可以是自动的也可以不是自动的。
在此描述的一个或多个常规示例可利用系统的编程模块或部件来实施。编程模块或部件可包括能够执行一个或多个所陈述的任务或功能的程序、子程序、程序的一部分、软件部件和/或硬件部件。如在此使用的，模块或部件可存在于独立于其他模块或部件的硬件部件上。替代地，模块或部件可以是其他模块、程序和/或机器的共享元件或过程。
在此描述的一些示例通常需要使用计算装置，包括处理和存储器资源。例如，在此描述的一个或多个示例可整体地或部分地在计算装置（诸如数码相机、数码摄像机、台式计算机、移动/智能电话、个人数字助手（PDA）、笔记本计算机、打印机、数码相框和/或平板装置）上实施。存储器、处理和网络资源均可以与本文描述的任何示例的建立、使用和/或执行（包括任何方法的执行和/或任何系统的实施）相关地使用。
此外，可通过使用一个或多个处理器可运行的指令实施在此描述的一个或多个示例。这些指令可由计算机可读介质承载。下文中结合附图示出和描述的机器提供了处理资源和计算机可读介质的示例，该资源和计算机可读介质可承载和/或运行用于执行示例的指令。具体地，以示例示出的许多机器可包括处理器和用于保存（hold）数据和指令的各种形式的存储器。计算机可读介质的示例可包括永久性存储器存储装置，诸如个人计算机或服务器上的硬盘驱动器。计算机存储介质的其他示例可包括便携式存储单元，诸如CD或DVD单元、闪存（诸如被承载在智能电话、多功能装置和/或平板装置上）和磁存储器。计算机、终端、可联网装置（例如，移动装置，诸如移动电话）都可利用处理器、存储器和/或存储在计算机可读介质上的指令。此外，示例可以计算机程序、或能够承载这种程序的非临时性计算机可用承载介质的形式实施。
现在参照图2，示出了示例性自推进式装置100的示意性绘图。自推进式装置100可在另一个装置（诸如由用户操作的计算装置）的控制下移动。自推进式装置100可被配置有能够进行以下操作中的一个或多个的资源：在装置开始移动之后，保持对相对于初始参照框架（reference frame）的定向和/或位置的自我认知；以编程方式处理控制输入，从而使得对于不同的控制输入能够进行一系列不同的特定程序响应；使得另一个装置能够利用可与自推进式装置上的程序逻辑通信的软件或程序逻辑控制自推进式装置移动；和/或就自推进式装置的移动和状态产生可被控制装置软件解释的输出响应。
自推进式装置100可包括若干个互相连接的子系统和模块。处理器114可运行来自程序存储器104的程序指令。可改变存储在程序存储器104中的指令，例如增加特征、修正缺陷和/或修改装置行为。程序存储器104可存储程序指令，该程序指令可与链接的控制器装置上的软件通信或以其他方式操作。处理器114可运行不同组的程序指令，以便改变自推进式装置100解释或以其他方式响应来自链接的控制器的控制输入的方式。
无线通信端口110连同通信变换器102可在处理器114和其他外部装置之间交换数据。数据交换例如可为程序存储器104提供通信、控制、逻辑指令、状态信息和/或更新。处理器114可生成与状态和/或位置信息相对应的输出，该输出经由无线通信端口110通信到链接的控制器。自推进式装置100的移动性可能限制硬线连接。因此，用语“连接”可被理解成表示逻辑连接，诸如在不与自推进式装置100物理连接的情况下形成的无线链接。
无线通信端口110可实施通信协议，并且变换器102可以是适合用于传送和接收无线电信号的天线。在替代性实施方式中也可以使用其他无线通信媒介和协议。传感器112可向处理器114传送关于周围环境和情况的信息。传感器112可包括惯性测量装置，包括三轴陀螺仪、三轴加速计和/或三轴磁强仪。传感器114可提供输入，以使得处理器114能够在装置100开始移动之后，保持对装置相对于初始参照框架的定向和/或位置的认知。此外，传感器112可包括用于检测光、温度、湿度和/或测量化学品浓度或放射性的仪器。
状态/变量存储器106可存储关于系统当前状态的信息，包括例如关于每个轴的位置、定向、转动速率和/或平移。状态/变量存储器106还可存储与当例如装置投入使用（例如装置被开启）时装置100的初始参照框架相对应的信息，以及当装置处于使用中时的位置和定向信息。因此，装置100可利用状态/变量存储器106的信息，以便在装置移动时保持装置的位置和定向信息。
时钟108可通过实施用于测量间隔和变化速率的时基（time-base）向处理器114提供时间信息。时钟108可提供日、日期、年、时间和/或警告功能。时钟108可允许自推进式装置100在预设的时间发出警告声或警报。
扩展端口120可为额外的配件或装置提供连接。扩展端口120可提供用于未来的扩展以及添加选择或改进的灵活性。例如，扩展端口120可用于向基本的自推进式装置100添加外设、传感器、处理硬件、存储器、显示器或致动器。
在变型中，扩展端口120可提供能够利用模拟或数字信号与适当配置的部件通信的接口。因此，扩展端口120可提供标准的或公知的电接口和协议。此外，扩展端口120可实现光学接口。适于扩展端口120的示例性接口可包括通用串行总线（USB）、内部集成电路总线（I2C）、串行外设接口（SPI）和/或以太网。
可包括显示器118，以向外部装置或用户呈现信息。显示器118可以用各种形式呈现信息。在变型中，显示器118可产生具有颜色和图案的光、声音、振动、音乐和/或感觉刺激的组合。显示器118可连同致动器126一起操作，以通过装置100的物理移动通信信息。例如，装置100可被制成为模仿人的头部，点头和/或摇头以通信“是”或“否”。
在变型中，显示器118可以是光发射器，不论在可见光或是不可见光的范围。在红外或紫外范围内的不可见光可以用于例如发送人类感官不可见但专用探测器可获取的信息。在一些示例中，显示器118可包括发出各种光频率的一系列发光二极管（LED），LED被布置成使得它们的相对强度可变并且所发出的光被掺混以形成颜色混合。
显示器118可包括LED阵列，LED阵列包括若干个LED，每个LED发出人眼可见的原色。处理器114可改变每个LED的相对强度，以产生宽的颜色范围。光的原色是其中几个颜色可按不同量掺混以产生宽色域的表现色(apparent color)的那些颜色。已知许多组原色，包括例如红/绿/蓝、红/绿/蓝/白、以及红/绿/蓝/琥珀色。例如，红、绿和蓝色LED一起可限定包括显示器118的能够使用的一组可用三原色的装置。在其他示例中，可以使用其他组原色和白色LED。显示器118还可包括用于指示装置100上的用于对准的参照点的LED。
动力电池124可存储用于操作装置100的电子器件和机电部件的能量。动力电池124可以是可充电电池。此外，感应充电端口128可允许无需有线的电连接而为动力电池124充电。在变型中，感应充电端口128可接收磁能并将其转化成电能，以为动力电池124充电。充电端口128还可提供与外部充电装置的无线通信接口。
可包括深度睡眠传感器122，以使自推进式装置100进入功率很低或“深度睡眠”模式，其中大多数电子装置不使用电池电力。这对于长期存储或运送可以是有用的。在变型中，深度睡眠传感器122可以是非接触式的，这是因为该传感器穿过装置100的壳体感测而无需有线连接。深度睡眠传感器122可以是霍尔效应传感器，其被安装成使得外部磁体可被应用在装置100上的预定位置以激活深度睡眠模式。
可以包括驱动致动器126，以将电能转化成机械能用于各种用途。驱动致动器126的主要用途可以是使自推进式装置100推进和转向。移动和转向致动器也可被称作驱动系统或牵引系统。驱动系统可在处理器114的控制下以转动和平移方式使装置100移动。驱动致动器126的示例可包括但不限于：轮、马达、螺线管、推进器、桨轮和/或摆。驱动致动器126可包括两个平行的轮，每个轮被安装到轴上，该轴通过减速齿轮系统与独立可变速马达连接。因此，处理器114可控制两个驱动马达的速度。
驱动致动器126可产生除仅转动和平移自推进式装置100之外的各种移动。因此，在一些变型中，驱动致动器126可允许装置100运行交流性的或唤起情感的移动，包括模仿人类姿势，例如点头、摇晃、颤动、旋转和/或翻转。在一些变型中，处理器114可协调驱动致动器126与显示器118。例如，处理器114可向驱动致动器126和显示器118提供信号，以使得设备100旋转或颤动并且同时发出彩色光的图案。因此，装置100可与移动同步地发出光和/或声音图案。
在进一步的变型中，自推进式装置100可用作其他网络连接装置的控制器。装置100可含有传感器和无线通信能力，并且因此装置100可执行用于其他装置的控制器的功能。例如，自推进式装置100可手持并且用于感测姿势、移动、转动、组合输入等。
图3是处于控制装置208的控制下的自推进式装置214的示例性常规示意图，该控制装置208诸如智能电话或平板计算装置。更具体地，自推进式装置214可通过可源自控制器装置208的编程逻辑和/或控制使其移动受到控制。自推进式装置214可在计算装置208的控制下移动，该计算装置208可由用户202操作。利用标准的或专有的无线通信协议，计算装置208可将控制数据204无线地通信到自推进式装置214。在变型中，自推进式装置214可至少部分地自我控制，利用传感器和内部程序逻辑控制其移动参数（例如，速度、方向等）。更进一步地，为了在计算装置208上产生或替代内容的目的，自推进式装置214可通信关于装置的位置和/或移动参数的数据。自推进式装置214可通过其移动和/或内部程序逻辑控制计算装置208的多个方面。自推进式装置214可具有多个操作模式，包括其中所述装置由计算装置208控制，所述装置是另一个装置（例如，另一个自推进式装置或计算装置208）的控制器，和/或所述装置是部分或完全自主的操作模式。
自推进式装置214和计算装置208可共享计算平台，程序逻辑在计算平台上共享，以便使得用户202能够操作计算装置208并产生多种输入，包括简单的方向输入、命令输入、姿势输入、运动和/或其他感觉输入、声音输入或其组合，使得自推进式装置214能够将从计算装置208接收的输入解释成命令或一组命令，和/或使得自推进式装置214能够通信关于该装置的位置、移动和/或状态的数据，以便影响计算装置208上的状态（例如，显示器状态，诸如与控制器-用户界面相对应的内容）。自推进式装置214可包括编程接口，该编程接口便于额外的程序逻辑和/或指令使用该装置。计算装置208可执行编程，该编程可与自推进式装置214上的程序逻辑通信。
根据一些示例，自推进式装置214包括引起运动或方向性移动的致动器或驱动机构。自推进式装置214可用许多相关用语和短语称谓，包括受控装置、机器人、机器人装置、远程装置、自主装置和远程受控装置。自推进式装置214可被构造成在各种介质中移动并被控制。例如，自推进式装置214可移动通过诸如平坦表面、沙地表面和/或岩石表面的介质。
如图4所示，自推进式装置214可对应于可滚动和/或执行其他移动（诸如旋转）的球形物体。自推进式装置214可包括经由穿过装置的球形壳体的磁联接而磁联接自推进式装置214的外部配件216。自推进式装置214可对应于无线电控制的飞行器，诸如飞机、直升机、气垫船和/或气球。装置214可对应于无线电控制的船只，诸如船或潜水艇。也可实施许多其他变型，诸如其中装置214是机器人的那些变型。
自推进式装置214可包括密封的中空外罩，外罩基本是球形形状的，能够通过外罩内侧的致动器的动作进行方向性移动。自推进式装置214可利用网络通信链路210、212与计算装置208通信。一个链路210可将数据从计算装置208传输到自推进式装置214。另一个链路212可将数据从自推进式装置214传输到计算装置208。链路210、212可以是单独的单向链路，或是单个的沿两个方向通信的双向通信链路。链路210、212在类型、带宽和/或容量上可以不是相同的。例如，从计算装置208至自推进式装置214的链路210具有的通信速率和带宽可比链路212的更高。在一些情形中，可仅建立一个链路210或212。于是通信可以是单向的。
计算装置208可对应于至少包括处理器和通信能力的任何装置，所述通信能力适于至少与自推进式装置214建立单向通信。这类装置的示例可包括但不限于：移动计算装置（例如多功能消息/声音通信装置，诸如智能电话）、平板计算机、便携式通信装置和/或个人计算机。
用户202可经由计算装置208与自推进式装置214交互，以便控制自推进式装置214和/或在计算装置208接收来自自推进式装置214的反馈或相互作用。这样，用户202可通过计算装置208的各种机构明确明确输入204。这类输入的示例可包括：文本输入、声音命令、触摸感测表面或屏幕、物理操纵、姿势、敲击、摇晃及其组合。
用户202可与计算装置208交互，以便接收反馈206。计算装置208可响应用户输入产生反馈206。反馈206还可基于从自推进式装置214通信到计算装置208的关于例如自推进式装置的位置或状态的数据。反馈206的示例可包括文本显示、图形显示、声音、音乐、音调模式、光的颜色或强度的调整、触觉的、振动的和/或触知的刺激。反馈206可以与在计算装置208上产生的输入组合。计算装置208由此可输出内容，该内容被修改以反映从自推进式装置214通信的位置或状态信息的内容。
计算装置208和/或自推进式装置214因此可被配置成使得用户输入204和反馈206为用户202最大程度地提供可用性和可访问性，该用户202可能具有有限的感知、思考、认知、运动和/或其他能力。这允许残疾的或有特殊需要的用户202操作系统200。
图4示意性地示出自推进式装置300的另一个常规示例。自推进式装置300可具有允许其在成年人的手中被容易地抓握、抬起和/或搬运的尺寸和重量。自推进式装置300可包括具有外表面的球形壳体302，该外表面在装置滚动移动时与外部表面接触。球形壳体302包括内表面304和被球形壳体的内表面包封的若干个机械和电子部件。
球形壳体302可由传送用于无线通信的信号、但不透潮气和污物的材料构成。球形壳体302可进一步是耐久的、可洗的和/或防碎的。球形壳体302还可以被构造成能够传送光并被纹理化（textured）以扩散光。球形壳体302可以是密封的聚碳酸酯塑料。球形壳体302可包括具有相关联的附接机构的两个半球形壳，由此球形壳体可打开，以允许访问内部电子和机械部件。
若干个电子和机械部件可位于球形壳体302内，用于处理、无线通信、推进和/或其他功能（共同被称作“内部机构”）。在所述部件之中，示例可包括使得装置300能够推进自身的驱动系统301。驱动系统301可联接到处理资源和其他控制机构。承载件314用作驱动系统301的部件的附接点和支撑。驱动系统301的部件可以非刚性地附接到球形壳体302。代替地，驱动系统301可包括与球形壳体302的内表面304摩擦接触的一对辊318、320。
承载件314可与能量存储部件316机械地接触和/或电接触。能量存储部件316可提供能量贮存器，以为装置300及其相关联的电子部件提供动力。可通过感应充电端口326补充能量存储部件316。能量存储部件316可以是可充电电池。这种电池可包括锂聚合物电池。也可以使用其他合适的可充电电池化学成分/机械装置。承载件314可为大多数内部部件（包括电子组件的印刷电路板、传感器阵列、天线和连接器）提供安装位置，并为内部部件提供机械附接点。
驱动系统301可包括马达322、324和轮318、320。马达322、324可分别联接到轮318、320，各自通过相关联的轴、轮轴和齿轮驱动（未示出）。轮318、320的外周可在基本上两个点处机械地接触内表面304。这些点可提供球形壳体302或球的驱动机构，并且可被涂覆材料以增加轮318、320和内表面304之间的摩擦并减少打滑。例如，轮318、320可包括硅橡胶轮胎。
偏置机构315可主动地推动轮318、320靠在内表面304上。弹簧312和弹簧端部310可包括偏置机构315。更具体地，弹簧312和弹簧端部310可被定位成在与轮318、320直径地相对的点处接触内表面304。弹簧312和弹簧端部310可提供额外的接触力以减少轮318、320的打滑，特别是在内部机构未被定位成轮位于底部并且重力未能提供足够的力以防止驱动轮318、320打滑的情形中。弹簧312可提供力将轮318、320和弹簧端部310压靠在内表面304上。
弹簧端部310可提供与内表面304的几乎无摩擦的接触。弹簧端部310可以是圆形表面，其被配置成在与内表面304接触的所有接触点处类似地产生（mirror）低摩擦接触区域。圆形表面可包括一个或多个轴承，以进一步降低弹簧端部310沿内表面304移动的接触点处的摩擦。弹簧312和弹簧端部310可由非磁性材料制成，以避免干扰敏感的磁传感器。但是，弹簧端部310可包括一个或多个磁部件以磁联接到外部配件装置330。
弹簧312可具有使得轮318、320和弹簧端部310可恒定地接合到球形壳体302的内表面304的弹簧常数。这样，来自马达322、324的大部分动力可被直接传递以转动球形壳体302，而非引起内部部件（例如，偏置机构315和内部驱动系统301）偏斜或倾斜（pitch）。因此，虽然可至少部分地通过倾斜内部部件（并因此使装置的质心倾斜）而引起自推进式装置300的运动，但也可通过轮318、320靠在球形壳体302的内表面304上的主动的力（经由偏置机构315）并且通过将来自马达322、324的电功率直接传递到轮318、320而直接引起运动。偏置机构315的倾斜可显著减小，并且保持基本恒定（例如，基本垂直于自推进式装置300在其上移动的外部表面）。在硬加速或减速期间，偏置机构315的倾斜可增大（例如增大至超过45°）。此外，在正常操作条件下，偏置机构315的倾斜可保持稳定或细微变化（例如在10°至15°的范围内）。
弹簧端部310可由与磁体相吸引的磁性金属形成。这类金属可包括铁、镍、钴、钆、钕、钐和/或含有一定比例的这些金属的其他金属合金。替代地，弹簧端部310可包括与球形壳体302的内表面304接触的基本无摩擦的接触部分，以及与内表面304接触或不接触的包括以上金属或金属合金的磁相互作用部分。基本无摩擦的接触部分可由有机聚合物（诸如热塑性或热固性聚合物）构成。
替代地，弹簧端部310可以是磁体，诸如抛光的钕永磁体。弹簧端部310可产生延伸超过球形壳体302的外表面的磁场，以与外部配件装置300磁联接。此外，弹簧端部310可包括基本无摩擦的接触部分，并且具有包括在其中的磁体。
自推进式装置300的磁部件可被包括在任何内部部件上，诸如弹簧312或承载件314，或被包括在与偏置机构315或承载件联接的额外部件上。外部配件装置300可包括磁部件332，以与偏置机构315（例如，弹簧端部310）磁联接。磁部件332可包括永磁体，诸如钕磁体。磁部件332可磁联接到弹簧端部310。这样，磁部件332所产生磁场可延伸穿过球形壳体302，以保持与弹簧端部310磁接触。外部配件装置330的磁部件332可包括磁性金属，该磁性金属被吸引到包括弹簧端部310的磁体。
弹簧端部310和磁部件中的一个或多个可包括任何数量的电磁体和/或永磁体。这类磁体可以是形状不规则的，以在自推进式装置300运动时提供额外的磁稳定性。外部配件装置300的磁部件332可以是单个磁条或多个磁条，包括一个或多个附属条（tributarystrip），以与弹簧端部310上的单个或多个相应形状的磁体联接。多个磁体可分散在外部配件装置330和弹簧端部310的各处，以提供额外的稳定性。
在自推进式装置300移动时，弹簧端部310和外部配件装置330可处于稳定的磁力排斥状态。磁部件332或弹簧端部310还可包括超导材料，以基本消除磁排斥力的动态不稳定性，并且当球形壳体302在其间滑动时，允许外部配件装置330相对于弹簧端部310的稳定的磁悬浮。为了稳定的磁悬浮，抗磁材料可被包括在自推进式装置300、弹簧端部310和/或外部配件装置330中的一个或多个中。因此，在不使用导轨或磁轨的情况下，自推进式装置300可沿任何方向移动，而外部配件装置330保持处于沿自推进式装置的竖直轴线基本恒定的位置。
外部配件装置330可以呈任何形状的形式，并且可包括任何合适的材料。外部配件装置330的接触表面334，或最接近球形壳体302的外表面的表面（在磁相互作用期间），可对应于球形壳体304的外表面。自推进式装置300的球形壳体302和外部配件装置330（即接触表面334）可具有基本相等的曲率半径。此半径可约在10cm至30cm的量级。但是，半径可为一米直至人类运输车辆的尺寸及更大。这样，可利用位于自推进式装置300中的强大的电磁体实现磁联接或磁相互作用以与外部配件装置330联接，这可执行动作、承载载荷、包括新颖设计、表示字或图，等等。
外部配件装置330的接触表面334可由基本无摩擦的材料形成或涂覆有这样的材料，诸如合成复合物或合适的聚合物。其他合适的复合物可包括聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲醛（POM）、超斥（ultra-repellant）表面和/或液体浸渍表面和材料，诸如注入滑液的多孔表面（SLIPS）。基本无摩擦表面或涂层的其他示例可包括“陶瓷合金”或“金属陶瓷”，其可通过将金属合金与陶瓷复合物结合产生。包括硼、铝和镁（AlMgB14）的金属/陶瓷合金可与二硼化钛（TiB2）的陶瓷复合物结合，以为外部配件装置330的接触表面334提供几乎无摩擦的涂层。
球形壳体302的外表面可包括以上就外部配件装置330的接触表面334所论述的基本无摩擦涂层或复合物中的任何材料。球形壳体302的外表面和外部配件装置330的接触表面334可包括基本无摩擦的涂层或复合物的任何组合。
利用例如橡胶复合物或任何合适的合成复合物（诸如硅树脂），球形壳体302可被形成为包括更有助于提供额外摩擦的内表面304。利用以上论述的涂层或复合物，球形壳体302可包括具有几乎无摩擦特性的外表面。
当自推进式装置300移动时，外部配件装置330可在自推进式装置300之上的基本恒定位置处保持磁联接到弹簧端部310，。这样，当自推进式装置300正在移动时，偏置机构315可相对于运动平面具有可变的倾角，该倾角在一定程度上保持最小，但在大多数情形中，通常不超过45°，在相对极端的加速或减速期间除外。但是，在自推进式装置300的连续稳定移动期间，偏置机构315的倾侧可更接近零或在10°内。在转移期间，方位角可以任何角度根据从马达322、344传递到轮318、320的独立动力变化。
图5图示用于使自推进式球形装置400运动的示例性常规技术。自推进式装置400可具有传感器平台404、旋转中心402和质心406，并且接触平面表面412。装置400的驱动机构可包括两个独立控制的轮式致动器408，该轮式致动器408与装置400的球形壳体的内表面接触。
为了实现恒定速度的连续运动，可通过轮式致动器408的动作保持质心406相对于旋转中心402的位移。质心406相对于旋转中心402的位移可能难以测量。因此，闭环控制器可能难以获得反馈以保持恒定速度。但是，位移可与传感器平台404和平面表面412之间的倾角410成比例。可根据各种传感器输入感测或估算倾角410。因此，装置400的速度控制器可被实施成使用倾角410以调节轮式致动器408的速度，并且保持跨过平面表面412的恒定速度。速度控制器可确定期望的角度410以产生期望的速度，并且期望的角度设定点可以是调节驱动机构的闭环控制器的输入信息。这种速度控制技术利用合适的所感测的角度和角速率，可扩展以控制球形装置400的转弯和转动。
图6示意性地示出可实施以上示例的计算机系统。图6的系统500可执行就图2的系统100所论述的一个或多个部件。也可利用多个计算机系统的组合来实施系统100。计算机系统500可包括处理资源510、主存储器520、只读存储器（ROM）530、存储装置540和通信接口550。计算机系统500可包括至少一个处理器510和主存储器520，诸如随机存取存储器（RAM）或具有待由处理器510运行的指令的其他动态存储装置。在由处理器510运行的指令的运行期间，主存储器520还可存储临时变量或其他中间信息。计算机系统500还可包括只读存储器（ROM）530或其他静态存储装置，用于存储处理器510的静态信息和指令。存储装置540，诸如磁盘或光盘，可存储信息和指令。例如，存储装置540可对应于计算机可读介质，其触发用于移动自推进式装置100、200、300、400的逻辑。
通信接口550可使得计算机系统500能够经由建立的网络链路552（无线和/或硬接线）与控制器装置580通信。使用网络链路552，计算机系统500可接收用于移动自推进式装置100、200、300、400的命令指令。
计算机系统500可实施在此描述的技术。计算机系统500可响应于处理器510以执行那些技术，该处理器510运行主存储器520中所包含的一个或多个指令的一个或多个序列。这类指令可从另外的机器可读介质（诸如存储装置540）被读入主存储器520中。运行主存储器520中所包含的指令可使处理器510执行在此描述的过程步骤。硬接线电路可用于替代软件指令或与软件指令接合以实施在此描述的示例。因此，所描述的示例不限于任何特定硬件电路和软件的组合。
此构思的球形形状可改变自动车辆或任何车辆的移动方式。球形形状可对安全性、可操纵性和舒适性做出积极的贡献，以匹配自动机动性和任何机动性的要求。多定向轮胎可沿所有方向移动，有助于乘客的安全性和舒适性，并且满足任何空间限制。主动防滑技术可允许轮胎根据需要移动，以减少由于潜在危险（诸如黑冰或突然的障碍物）而打滑。
球形形状可提供平稳的搭乘，以使乘客舒适。球形形状可产生流畅横向移动，以帮助汽车在不改变其形式其行使方向的情况下避开任何障碍物。此外，由于通过球形形状可以360度转弯，因此可克服预期的停车限制，这是因为装配有球形轮胎的汽车进入停车位所需的空间更小。假设公共停车区域将来所起的作用相同，则这可显著增大公共停车区域的容量，而不增大停车区域的总大小。
根据本发明的球形轮胎/驱动设备可依赖磁悬浮以承载车辆的载荷。这种球形轮胎可利用磁场类似于磁悬浮列车地悬挂于车上，这会为用户带来增加的舒适性并减少噪声。这种设备可允许将移动部分全部集成到球形轮胎的主体和/或车辆的主体中（例如，没有移动部分或关键表面暴露于环境）。此外，充电系统，通过磁感应，可与外部环境完全隔离。
所述设备可简化制造和组装，并且完全消除了一些部件，诸如轮辋、转向系统、轴、减震器、弹簧等，由此还减少重量和成本。磁悬浮和控制可消除车辆和道路之间的所有直接接触，由此减轻振动、噪声及直接接触的其他不期望效果。
球形轮胎可具有若干个球形胎面层，这种胎面层可以模仿也可以不模仿常规轮胎胎面的功能。球形胎面内部的结构可以是拉胀泡沫材料的或常规泡沫材料，这种材料足够坚固以承受车辆的载荷，但也足够柔韧以允许胎面变形并与道路产生合适的接触印迹。
磁性材料层和/或抗磁材料层可位于球形胎面结构内部，用于提供轮胎和车辆之间的悬浮和控制。车辆可永久地悬浮离开球形轮胎或交替地悬浮，从而使得当车辆休息和不使用时，车辆/轮胎不消耗能量。抗磁材料仅当其自身进入有效磁场才能产生磁场。
用于磁场的能量部分或全部可来自于球形轮胎内的电池或车辆中的电池。可通过从车辆电池的感应传输而为球形轮胎中的电池充电和再充电。
球形轮胎内的电马达可为轮胎和车辆提供移动性（类似于以上所描述的）。替代地，磁脉冲可激发（emote）轮胎和车辆。球形轮胎的载荷承载部分可由石墨烯层或碳纤维构成。
如图1所示，根据本发明的用于车辆901的支撑组件1000可包括至少两个球形轮胎1010、驱动系统1100，该驱动系统激发轮胎1010，从而使得车辆901可沿路面交通。车辆901可以是汽车、高尔夫球车、摩托车、军用交通工具等。驱动系统110使车辆901磁悬浮距轮胎1010第一预定距离，并且使驱动系统110以相对于路面恒定定向地磁保持。驱动系统1100的第一部分1110可使其自身磁悬浮距轮胎1010的内表面1020第二预定距离，从而使得部分1110完全被包封在每个轮胎1010的内部空间1025内。驱动系统1100的另一部分1120可使车辆901磁悬浮20距轮胎1010第一预定距离。驱动系统1100的任一部分1110或部分1120可以是响应于磁场变化的磁被动部件。驱动系统1100的相应另一部分1120或1110可以是产生磁场变化的磁主动部件。任一部件1110、1120自身可产生恒定的磁场。
球形轮胎1010可包括若干个球形层1030。层1030中的一些可在功能上类似于常规充气轮胎的层，诸如胎面、带束层、覆层、胎体等。层1035中的至少一个可包括响应于磁场变化的材料，从而使得每个轮胎1010可围绕轮胎的球心1011相对于车辆901、驱动系统1100和路面受控地转动。
在进一步改进轮胎设计的持续努力中，在轮胎性能、滚动阻力（或燃料经济性）和胎面磨损之间存在制衡。通常，为了用于顾客轮胎，胎面复合物被设计成优化这三种性能。但是改进燃料经济性的努力常常导致在性能和/或胎面磨损方面的妥协。对于更高性能的轮胎，实现更好的性能通常伴有轮胎磨损和/或燃料经济性的妥协。因此，期望开发弹性体胎面复合物，诸如图1中的球形胎面层1030，这种弹性体胎面复合物可改进性能、燃料经济性和/或胎面磨损而不会或只轻微带来另外两者的妥协。
多种极性非质子聚合物的水溶液显示较低临界溶液温度（LCST）。在加热这些溶液高于LCST时，与水分子的氢键比较，分子内氢键是优选的。这导致聚合物卷折叠，并从溶液沉淀出聚合物。此相转变是可逆的，因此在温度再次降低低于LCST时，聚合物重新溶解。LCST聚合物的示例为聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM）。此聚合物的水溶液显示在约33℃的LCST转变。
LCST聚合物与弹性体的组合在弹性体暴露于水的多种应用中提供较佳控制弹性体性能的可能性。LCST聚合物与弹性体的简单混合得到一种复合物，所述复合物由于在LCST聚合物和弹性体之间缺乏共价键而经历宏观相分离。此种宏观相分离很可能对复合物性能具有有害作用。
球形胎面层1030可包括橡胶组合物，所述橡胶组合物包含：共聚物，所述共聚物包含聚合物主链，所述聚合物主链衍生自包含至少一种共轭二烯单体和任选的至少一种乙烯基芳族单体的单体；和结合到主链的聚合物侧链，所述侧链包含能够显示较低临界溶液温度(LCST)的聚合物；任选的至少一种另外的基于二烯的弹性体；和选自炭黑和二氧化硅的填料。
橡胶组合物可包括：共聚物，所述共聚物包含聚合物主链，所述聚合物主链衍生自包含至少一种共轭二烯单体和任选的至少一种乙烯基芳族单体的单体；和结合到主链的聚合物侧链，所述侧链包含能够显示较低临界溶液温度（LCST）的聚合物。
在一个示例中，所述共聚物可具有分子式I的结构：
其中X为衍生自包含至少一种共轭二烯单体和任选的至少一种乙烯基芳族单体的单体的聚合物；Z为能够显示较低临界溶液温度（LCST）的聚合物；Y为结合到X和Z两者的二价基团，n为结合到X的基团的数目。
在一个示例中，聚合物X是基于二烯的弹性体，包括至少一种碳-碳双键。如在此使用的短语“含烯属不饱和性的橡胶或弹性体”或“基于二烯的弹性体”是等同的，并且旨在包括天然橡胶及其各种未加工和再生形式两者及各种合成橡胶。在本发明的说明书中，术语“橡胶”和“弹性体”可互换使用，除非另外规定。术语“橡胶组合物”、“复合橡胶”和“橡胶复合物”可互换地用于指已与各种成分和材料共混或混合的橡胶，这些术语为橡胶混合或橡胶复合技术人员所熟悉。代表性合成橡胶为丁二烯及其同系物和衍生物（例如甲基丁二烯（即，异戊二烯）、二甲基丁二烯和戊二烯）的均聚产物和例如形成自丁二烯或其同系物或衍生物与其他不饱和单体的共聚物。在其他不饱和单体中有乙炔，例如乙烯基乙炔；烯烃，例如与异戊二烯共聚形成丁基橡胶的异丁烯；乙烯基化合物，例如丙烯酸、丙烯腈(与丁二烯聚合形成NBR)、甲基丙烯酸和苯乙烯，后一化合物与丁二烯聚合形成SBR；以及乙烯基酯和各种不饱和醛、酮和醚，例如丙烯醛、甲基异丙烯基酮和乙烯基乙基醚。合成橡胶的具体实例包括氯丁二烯橡胶（聚氯丁二烯）、聚丁二烯（包括顺-1,4-聚丁二烯）、聚异戊二烯（包括顺-1,4-聚异戊二烯）、丁基橡胶、卤丁基橡胶（如氯丁基橡胶或溴丁基橡胶）、苯乙烯/异戊二烯/丁二烯橡胶、1,3-丁二烯或异戊二烯与例如苯乙烯、丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯的单体的共聚物，及乙烯/丙烯三元共聚物（也称为乙烯/丙烯/二烯单体（EPDM）），特别为乙烯/丙烯/二环戊二烯三元共聚物。可使用的橡胶的另外实例包括烷氧基-甲硅烷基末端官能化溶液聚合聚合物（SBR、PBR、IBR和SIBR）、硅-偶合和锡-偶合星型-支化聚合物。优选的橡胶或弹性体为聚异戊二烯（天然或合成）、聚丁二烯和SBR。
在另一个示例中，可使用乳液聚合衍生的苯乙烯/丁二烯(E-SBR)，其具有为约20至约28%结合苯乙烯的相对常规苯乙烯含量，或者对于一些应用，一种E-SBR，其具有中到相对较高的结合苯乙烯含量，即约30至约45%的结合苯乙烯含量。
乳液聚合制备的E-SBR是指苯乙烯和1,3-丁二烯作为含水乳液共聚。结合苯乙烯含量可以在例如约5至约50%改变。在一个方面，E-SBR也可包含例如在三元共聚物中为约2至约30%重量的结合丙烯腈量的丙烯腈，以作为E-SBAR形成三元共聚物橡胶。
也可设想在共聚物中含约2至约40%重量的结合丙烯腈的乳液聚合制备的苯乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物橡胶作为基于二烯的橡胶用于本发明。溶液聚合制备的SBR(S-SBR)可具有约5%至约50%，优选约9%至约36%的结合苯乙烯含量。例如，可在有机烃溶剂存在下通过有机锂催化方便地制备S-SBR。
在另一个实施例中，可使用顺1,4-聚丁二烯橡胶(BR)。例如，可通过1,3-丁二烯的有机溶液聚合制备这种BR。BR可方便地例如通过具有至少90%顺1,4-含量表征。本文所用且根据常规惯例的术语“phr”是指“每100重量份橡胶或弹性体相应物质的重量份”。
在一个示例中，具有较低临界溶液温度(LCST)的聚合物Z包括已知具有LCST性质的各种第二单体的均聚物和共聚物，包括但不限于以下单体的聚合物：丙烯酰胺和经取代丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和经取代甲基丙烯酰胺、丙烯酸和经取代丙烯酸、甲基丙烯酸和经取代甲基丙烯酸、乙烯基烷基醚和经取代乙烯基烷基醚、乙烯基己内酰胺和经取代乙烯基己内酰胺和已知产生具有LCST性质的聚合物的其它单体，例如低聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯等。
“能够显示较低临界溶液温度(LCST)”是指在水存在下聚合物Z与水缔合形成水溶胀聚合物相，其中，在从低于LCST的温度加热到高于LCST的温度时，水溶胀聚合物相会显示LCST转变。当聚合物Z在接枝共聚物上作为侧链存在时，聚合物Z相应地能够显示LCST。
在一个示例中，聚合物Z为式II的第二单体的聚合物
其中R1和R2独立选自包括以下的组：氢、C2-C6-线型烷基、C2-C6-支化烷基和C3-C6-环烷基，其条件为R1和R2中至少一个不为氢。
在一个示例中，聚合物Z为下式(III)的聚合物
其中R1和R2独立选自包括以下的组：氢、C1-C6-线型烷基、C2-C6-支化烷基和C3-C6-环烷基，其条件为R1和R2中至少一个不为氢，m为烃链的聚合度。
在一个示例中，聚合物Z为N-取代丙烯酰胺衍生物的聚合物。
在一个示例中，聚合物Z为N-异丙基丙烯酰胺、N-环丙基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺的聚合物。
在一个示例中，能够显示较低临界溶液温度的聚合物Z具有约500至约20000g/mol的重均分子量。
在一个示例中，聚合物Z可能够显示较低临界溶液温度并可具有约0℃至约100℃的较低临界溶液温度。
在一个示例中，共聚物包含约1至约20%重量Z。Y可为结合到X和Z两者的二价基团。在一个示例中，Y为硫或氧。在一个示例中，Y为硫。
通常，Y起初作为能够与聚合物X的碳-碳双键反应的聚合物Z的末端官能团。因此，当它在共聚物中存在时，Y连接X与Z。在一个示例中，末端官能团为硫醇基。此末端官能团可在聚合期间结合到聚合物Z中，例如通过使用在本领域已知的适合的链转移剂或终止剂。在指定共聚物分子中，结合到X的基团的数目n为约2至约30。
可通过各种方法产生共聚物。在一个示例中，共聚物的生产可通过使聚合物X用LCST聚合物Z侧链官能化，以产生具有弹性体主链和LCST聚合物侧链的接枝共聚物。用于多种弹性体官能化的便利方式是硫醇-烯(thiol-ene)反应，在此期间，弹性体中存在的烯烃部分通过与硫醇反应转变成硫醚。此反应可用乙烯基进行，因为它们存在于苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶和聚异戊二烯橡胶中。为了允许弹性体官能化，LCST聚合物可以硫醇端基为特点。这些可通过硫代羰基硫基(thiocarbonylthio)端基与亲核剂的反应引入。显示硫代羰基硫基端基的聚合物可通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合制备。一个反应方案描述用PNIPAM作为LCST聚合物，然而，本发明不限于此，因为具有反应性端基的任何LCST聚合物(例如，可通过RAFT聚合制备)可用于弹性体的官能化。
制备接枝共聚物的方法的第一步骤可以是得到包含至少一种碳-碳双键的第一聚合物。方法的第二步骤可以是得到第二聚合物，所述第二聚合物可显示较低临界溶液温度(LCST)，并且包含能够与第一聚合物的碳-碳双键反应的末端官能团。在一个示例中，第二聚合物通过如下得到：在硫代羰基硫基RAFT链转移剂存在下，使第二单体聚合形成包含末端硫代羰基硫基的聚合物；和使末端硫代羰基硫基裂解到硫醇基，以生成包含末端硫醇基的第二聚合物。
在一个示例中，通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)机制，在聚合期间在第二聚合物中结合第二聚合物的末端官能团。RAFT聚合机制的更多细节可参考Moad等，Aust. J.Chem. 2005，58，379-410发现。可自由基聚合单体的RAFT聚合可在通式(IV)的硫代羰基硫基RAFT链转移剂存在下完成
其中R3为能够重新引发聚合的自由基离去基团，Q为影响自由基加成和断裂的速率的官能团。适合的硫代羰基硫基RAFT链转移剂包括二硫代酸酯、三硫代碳酸酯、二硫代氨基甲酸酯和黄原酸酯。在一个实施例中，硫代羰基硫基链转移剂为三硫代碳酸酯。在一个实施例中，硫代羰基硫基链转移剂选自S-1-十二烷基-S-(α,α'-二甲基-α"-乙酸)三硫代碳酸酯和4-氰基-4-十二烷基硫基硫代羰基硫基-4-甲基丁酸(4-cyano-4-dodecylsulfanylthiocarbonylsulfanyl-4-methyl butyric acid)。
在适合的硫代羰基硫基链转移剂存在下RAFT聚合后，链终止的聚合物具有式(V)
其中Pn表示显示LCST的聚合物链。
然后可使式V的链终止聚合物与适合的亲核体反应，以使C-S键断裂，得到具有式(VI)的末端硫醇基的式(VI)的第二聚合物
在一个示例中，式V的链终止聚合物通过氨解得到式VI的硫醇-封端聚合物。
方法的第三步可以是使第二聚合物与第一聚合物反应，以生成接枝共聚物，所述接枝共聚物包含衍生自第一聚合物的主链和衍生自第二聚合物的侧链。在第二聚合物与第一聚合物反应期间，通过第二聚合物的末端官能团与第一聚合物的不饱和碳-碳键反应，第二聚合物可以连接到第一聚合物。在一个示例中，在自由基引发剂存在下，硫醇封端的第二聚合物可通过本领域已知的硫醇-烯反应与第一聚合物反应，例如参阅Macromolecules2008，41，9946-9947。在一个示例中，自由基引发剂选自2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦和偶氮双异丁腈(AIBN)。
除了包含具有较低临界溶液温度(LCST)的聚合物的共聚物外，橡胶组合物可任选包括一种或多种包含烯属不饱和性的橡胶或弹性体。短语“含烯属不饱和性的橡胶或弹性体”或“基于二烯的弹性体”旨在包括天然橡胶及其各种未加工和再生形式两者及各种合成橡胶。在本发明的说明书中，术语“橡胶”和“弹性体”可互换使用，除非另外规定。术语“橡胶组合物”、“复合橡胶”和“橡胶复合物”可互换地用于指已与各种成分和材料共混或混合的橡胶，这些术语为橡胶混合或橡胶复合技术人员所熟悉。代表性合成聚合物为丁二烯及其同系物和衍生物(例如甲基丁二烯、二甲基丁二烯和戊二烯)的均聚产物和例如形成自丁二烯或其同系物或衍生物与其他不饱和单体的共聚物。在其他不饱和单体中有乙炔，例如乙烯基乙炔；烯烃，例如与异戊二烯共聚形成丁基橡胶的异丁烯；乙烯基化合物，例如丙烯酸、丙烯腈(与丁二烯聚合形成NBR)、甲基丙烯酸和苯乙烯，后一化合物与丁二烯聚合形成SBR；以及乙烯基酯和各种不饱和醛、酮和醚，例如丙烯醛、甲基异丙烯基酮和乙烯基乙基醚。合成橡胶的具体实例包括氯丁二烯橡胶(聚氯丁二烯)、聚丁二烯(包括顺-1,4-聚丁二烯)、聚异戊二烯(包括顺-1,4-聚异戊二烯)、丁基橡胶、卤丁基橡胶(如氯丁基橡胶或溴丁基橡胶)、苯乙烯/异戊二烯/丁二烯橡胶、1,3-丁二烯或异戊二烯与例如苯乙烯、丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯的单体的共聚物，及乙烯/丙烯三元共聚物(也称为乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM))，特别为乙烯/丙烯/二环戊二烯三元共聚物。可使用的橡胶的另外实例包括烷氧基-甲硅烷基末端官能化溶液聚合聚合物(SBR、PBR、IBR和SIBR)、硅-偶合和锡-偶合星型-支化聚合物。优选的橡胶或弹性体为聚异戊二烯(天然或合成)、聚丁二烯和SBR。
该至少一种另外的橡胶可以为至少两种基于二烯的橡胶。例如，优选为两种或更多种橡胶的组合，例如顺1,4-聚异戊二烯橡胶(天然或合成，虽然天然橡胶是优选的)、3,4-聚异戊二烯橡胶、苯乙烯/异戊二烯/丁二烯橡胶、乳液和溶液聚合衍生的苯乙烯/丁二烯橡胶、顺1,4-聚丁二烯橡胶和乳液聚合制备的丁二烯/丙烯腈共聚物。
在一个示例中，可使用乳液聚合衍生的苯乙烯/丁二烯(E-SBR)，其具有为约20至约28%结合苯乙烯的相对常规苯乙烯含量，或者对于一些应用，一种E-SBR，其具有中到相对较高的结合苯乙烯含量，即约30至约45%的结合苯乙烯含量。
乳液聚合制备的E-SBR是指苯乙烯和1,3-丁二烯作为含水乳液共聚。这些为该领域的技术人员所熟悉。结合苯乙烯含量可以在例如约5至约50%改变。在一个方面，E-SBR也可包含例如在三元共聚物中为约2至约30%重量的结合丙烯腈量的丙烯腈，以作为E-SBAR形成三元共聚物橡胶。
也可设想在共聚物中含约2至约40%重量的结合丙烯腈的乳液聚合制备的苯乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物橡胶作为基于二烯的橡胶用于本发明。溶液聚合制备的SBR(S-SBR)可具有约5%至约50%，优选约9%至约36%的结合苯乙烯含量。例如，可在有机烃溶剂存在下通过有机锂催化制备S-SBR。在一个示例中，可使用顺1,4-聚丁二烯橡胶(BR)。例如，可通过1,3-丁二烯的有机溶液聚合制备这种BR。BR可方便地例如通过具有至少90%顺1,4-含量表征。本文所用且根据常规惯例的术语“phr”是指“每100重量份橡胶或弹性体相应物质的重量份”。
橡胶组合物也可包含最多70phr加工油。加工油可作为一般用于使弹性体增量的增量油包含于橡胶组合物中。通过在橡胶复合期间直接加入加工油，也可使该油包含于橡胶组合物中。所用加工油可包含存在于弹性体的增量油和在复合期间加入的加工油两者。适合的加工油包括在本领域已知的各种油，包括芳族油、石蜡油、环烷油、植物油和低PCA油，如MES、TDAE、SRAE和重环烷油。适合的低PCA油包括具有通过IP346方法测定小于3%重量多环芳族含量的那些油。IP346方法的步骤可发现于Standard Methods for Analysis & Testing of Petroleum and Related Products(石油和相关产品分析测试标准方法)和British Standard 2000 Parts(英国标准2000部分)，2003，62版，the Institute ofPetroleum出版，United Kingdom。
橡胶组合物可包含约10至约150phr二氧化硅。在另一个示例中，可使用20至80phr二氧化硅。可在橡胶复合物中使用的硅质颜料包括热解硅质颜料和沉淀硅质颜料(二氧化硅)。在一个示例中，使用沉淀二氧化硅。使用的硅质颜料可以为沉淀二氧化硅，例如由可溶硅酸盐(例如，硅酸钠)酸化得到的沉淀二氧化硅。
此类二氧化硅可例如由具有用氮气测定的BET表面积表征。在一个实施方案中，BET表面积可以为约40至约600平方米/克。在另一个示例中，BET表面积可以为约80至约300平方米/克。测定表面积的BET方法描述于Journal of the American Chemical Society，Volume 60，Page 304(1930)。二氧化硅也可由具有约100至约400或约150至约300的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值表征。二氧化硅可具有通过电子显微镜测定例如0.01至0.05微米的平均最终粒径，虽然二氧化硅颗粒尺寸可甚至更小，或者可能更大。可使用各种的市售二氧化硅，例如(仅作为实例而非限制)以Hi-Sil商标购自PPG Industries的二氧化硅，具有名称210、243等；购自Rhodia的二氧化硅，具有例如名称Z1165MP和Z165GR；和购自DegussaAG的二氧化硅，例如名称VN2和VN3等。
炭黑可作为填料以10至150phr的量使用。在另一个示例中，可使用20至80phr炭黑。此类炭黑的代表性实例包括N110、N121、N134、N220、N231、N234、N242、N293、N299、N315、N326、N330、N332、N339、N343、N347、N351、N358、N375、N539、N550、N582、N630、N642、N650、N683、N754、N762、N765、N774、N787、N907、N908、N990和N991。这些炭黑具有9至145g/kg的碘吸收和34至150cm3/100g的DBP数。
可在橡胶组合物中使用其他填料，包括但不限于颗粒状填料，包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)；交联的颗粒状聚合物凝胶；和塑化淀粉复合填料。此类其他填料可以1至30phr的量使用。
在一个示例中，橡胶组合物可包含含硫有机硅化合物。适合的含硫有机硅化合物的实例为以下式（VII）的化合物：
其中Z选自包括以下的组
和
其中R4为1至4个碳原子的烷基、环己基或苯基；R5为1至8个碳原子的烷氧基或5至8个碳原子的环烷氧基；Alk为1至18个碳原子的二价烃，n为2至8的整数。
在一个示例中，含硫有机硅化合物为3,3′-双(三甲氧基或三乙氧基甲硅烷基丙基)多硫化物。在一个示例中，含硫有机硅化合物为3,3′-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物和/或3,3′-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物。因此，对于式VII，Z可以为
其中R5为2至4个碳原子或2个碳原子的烷氧基；Alk为2至4个碳原子或具有3个碳原子的二价烃，n为2至5或2或4的整数。
在一个示例中，含硫有机硅化合物包括3-(辛酰基硫基)-1-丙基三乙氧基硅烷，CH3(CH2)6C(=O)―S―CH2CH2CH2Si(OCH2CH3)3，其可作为NXTTM购自Momentive PerformanceMaterials。在一个示例中，含硫有机硅化合物为Si-363。橡胶组合物中含硫有机硅化合物的量可根据使用的其他添加剂的水平而变化。一般地讲，化合物的量可为0.5至20phr。在一个示例中，量为1至10phr。
本领域的技术人员很容易理解，可通过一般在橡胶复合技术中已知的方法使橡胶组合物复合，例如使各种的硫-可硫化组分橡胶与各种常用添加剂物质混合，添加剂物质如给硫体、固化助剂(如活化剂和延迟剂)和加工添加剂(如油)、树脂(包括增粘性树脂)和增塑剂、填料、颜料、脂肪酸、氧化锌、蜡、抗氧化剂和抗臭氧剂和胶溶剂。本领域的技术人员已知，根据硫可硫化和硫已硫化材料(橡胶)的预期用途，选择并且一般以常规量使用上述添加剂。给硫体的代表性实例包括元素硫(游离硫)、二硫化胺、聚合性多硫化物和硫烯烃加合物。在一个实施方案中，硫-硫化剂为元素硫。硫-硫化剂可以0.5至8phr或1.5至6phr的量使用。如果使用，增粘性树脂的一般量占约0.5至约10phr，通常约1至约5phr。加工助剂的一般量占约1至约50phr。抗氧化剂的一般量占约1至约5phr。代表性抗氧化剂可以为例如二苯基-对-苯二胺和其他抗氧化剂，例如公开于The Vanderbilt Rubber Handbook(Vanderbilt橡胶手册) (1978)，第344至346页的抗氧化剂。抗臭氧剂的一般量占约1至5phr。如果使用，脂肪酸(可包括硬脂酸)的一般量占约0.5至约3phr。氧化锌的一般量占约2至约5phr。蜡的一般量占约1至约5phr。通常使用微晶蜡。胶溶剂的一般量占约0.1至约1phr。一般胶溶剂可以为例如五氯苯硫酚和二苯甲酰氨基二苯基二硫化物。
可用促进剂控制硫化所需的时间和/或温度，并改善硫化橡胶的性质。在一个示例中，可使用单促进剂系统，即主促进剂。主促进剂(一或多种)可以约0.5至约4或约0.8至约1.5phr的总量使用。在另一个示例中，可使用主促进剂和助促进剂的组合，助促进剂以较小量使用，例如约0.05至约3phr，以活化并改善硫化橡胶的性质。可预期这些促进剂的组合对最终性质产生协同作用，并且略好于单独使用任一促进剂产生的作用。另外，可使用延迟作用促进剂，这些促进剂不受正常加工温度影响，但在一般硫化温度产生令人满意的固化。也可使用硫化延迟剂。促进剂的适合类型可为胺、二硫化物、胍、硫脲、噻唑、秋兰姆、次磺酰胺、二硫代氨基甲酸酯和黄原酸酯。在一个示例中，主促进剂为次磺酰胺。如果使用助促进剂，则助促进剂可以为胍、二硫代氨基甲酸酯或秋兰姆化合物。
橡胶成分可在至少两个阶段中混合，即，至少一个非生产性阶段，随后为生产性混合阶段。包括硫-硫化剂的最终固化剂可在最终阶段混合，最终阶段可被称为“生产性”混合阶段，其中混合一般在低于前面非生产性混合阶段混合温度的某一温度或最终温度进行。术语“非生产性”和“生产性”混合阶段为橡胶混合领域技术人员所熟悉。橡胶组合物可经过热机械混合步骤。热机械混合步骤一般包括在混合机或挤出机中机械加工适合时间段，以产生140℃和190℃之间的橡胶温度。热机械加工的适合持续时间作为操作条件和组分的体积和性质的函数变化。例如，热机械加工可以为1至20分钟。
橡胶组合物可结合到轮胎（诸如图1的球形胎面层）的多种橡胶部分中。例如，橡胶部分可以为胎面(包括胎面行驶面和胎面基部)、三角胶芯侧、三角胶芯(apex)、胎圈包布、胎侧插入物、线材涂层(wirecoat)或内衬。
球形轮胎的硫化一般在约100℃至200℃常规温度进行。在一个示例中，硫化在约110℃至180℃温度进行。可使用任何通常硫化方法，例如在压力机或模子中加热、利用过热蒸汽或热空气加热。
根据本发明的球形胎面层1030可模拟自然或者是仿生的。例如，胎面层1030可模仿脑珊瑚的图案。胎面层1030中的凹槽底部可包括诸如以上描述的材料。材料可类似天然海绵地反应，在干燥时坚硬并且在湿润时柔软，以带来合适的驱动性能和打滑阻力。这种结构可吸收道路上的水，并且通过离心力从轮胎印迹驱逐水，以降低打滑风险。因此，在干燥时，凹槽底部处的材料可以使胎面变硬，以便改进干燥性能和操控。当湿润时，凹槽底部处的材料可以变软，导致更深的凹槽和更好的湿润牵引力。
可以设想，在此描述的示例可以扩展到在此描述的单个元件和构思，而独立于其他构思、概念或系统，并且例如包括在本申请的任何地方引用的元素的组合。虽然在此参照附图详细描述了多个示例，但是应该理解，本发明不限于那些确切的示例。这样，对于本领域技术人员来说许多修改和改变是显然的。
因此，本发明的范围意图由以下权利要求及其等同限定。此外，可以设想单独地或作为示例的部分描述的特定特征可与其他单独描述的特征或其他示例的部分组合，即使其他特征和示例为提及该特定特征。因此，没有描述的组合不排除对这类组合的权利。
虽然上文已经描述的某些示例，但是应该理解，仅通过举例方式描述了的示例。因此，本发明不应该限于所描述的示例。反而，本发明的范围应该仅受限于结合以上说明书和附图理解的权利要求。

Claims (10)

1.一种用于车辆的支撑组件，包括：
至少两个球形轮胎，所述球形轮胎在路面上行进并且相对于所述路面和所述车辆转动；所述轮胎具有外胎面层，所述外胎面层包括在干燥时具有第一硬度并且在湿润时具有第二硬度的材料，所述第一硬度大于所述第二硬度；以及
驱动系统，所述驱动系统磁地驱动所述轮胎相对于所述驱动系统自身转动，从而使得所述驱动系统的任何部分都不与所述轮胎或所述路面物理接触。
2.如权利要求1所述的支撑组件，其中，所述驱动系统使所述车辆磁悬浮在距所述轮胎第一预定距离。
3.如权利要求2所述的支撑组件，其中，所述驱动系统使其自身磁悬浮在距所述轮胎的内表面第二预定距离。
4.如权利要求3所述的支撑组件，其中，所述轮胎是具有与外部环境完全隔离的内部空间的封闭球体。
5.如权利要求4所述的支撑组件，其中，所述驱动系统包括第一磁被动部分和第二磁主动部分。
6.如权利要求5所述的支撑组件，其中，所述第一部分仅产生恒定的磁场。
7.如权利要求6所述的支撑组件，其中，所述第二部分产生恒定的磁场和可变的磁场。
8.如权利要求7所述的支撑组件，其中，所述驱动系统使所述车辆相对于所述驱动系统保持基本恒定的定向。
9.如权利要求8所述的支撑组件，其中，所述轮胎包括多个层。
10.如权利要求9所述的支撑组件，其中，所述多个层中的一个机械地支撑由所述车辆确定的载荷的部分。
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