CN108025905A - 用机械突起来使膜偏转以实现致动和触觉反馈 - Google Patents

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Abstract

本发明呈现用于微致动器的方法、系统和设备。在一些实施例中，一种微致动器可包括耦合到致动部件的衬底。可使所述衬底的使成波纹状部分在第一状态下展开，以形成大体上平面表面，且在第二状态下可沿平行于所述平面表面的维度收缩。所述致动部件可至少部分是刚性的。所述微致动器可经配置以在使成波纹状部分的状态改变后，即刻使所述致动部件相对于所述使成波纹状部分移动。所述衬底的至少一层可为一体式的，且所述致动部件可包含所述层的至少一部分。所述衬底可包括导电聚合物膜。

Description

用机械突起来使膜偏转以实现致动和触觉反馈
背景技术
本发明的方面涉及改进的微致动器。
触觉反馈系统可在多种应用中使用，来向用户提供物理感觉和/或指示。触觉反馈装置的一个常见实例是针对视力受损人群的盲文机器。已经开发了可刷新盲文机器来允许视力受损人群使用电机械接口来阅读、与他人互动和交流。额外触觉反馈系统实例是游戏控制器的振动反馈特征、用以刺激或发信号通知驾驶员的交通工具转向车轮反馈系统、在控件中或用户坐在上面的平台中具有反馈力的飞行或娱乐模拟器，以及移动电话振动机构。
已经开发了各种技术来实现这些裝置(包含电磁和压电装置)的电机械功能性。这些技术中的每一者提供若干益处和缺点，尤其是在集成在较小移动装置中时。电磁裝置，例如使用电磁场来致动附接到触觉元件的永磁体的裝置，可用以创建快速作用且相对便宜的触觉裝置。然而，此类装置可消耗相对较大量的电力来改变和/或维持状态。另外，电磁裝置(例如这些装置)可能不会很好地按比例缩放到较小大小，从而限制其适用性。
压电装置利用压电效应来大体形成可弯曲的“臂”。压电装置使用结晶结构，其在施加电力后即刻压缩或解压。当集成在臂结构的相对侧上时，可压缩一侧，且展开另一侧以导致弯曲运动。这些裝置可为电力高效的，但也可能相对较昂贵且易碎。这些缺点限制了其适用性，尤其在触觉反馈系统正用于增加空间受限区域时，例如移动电子器件。额外类型的触觉反馈系统可使用机械上不平衡的电动机来产生振动力。然而，因为此类系统限于产生振动，其作为数据传递运载工具的作用是受限的。
因此，需要改进的微致动器来与触觉反馈或其它应用程序一起使用。
发明内容
描述用于改进的微致动装置的方法、系统和设备。
在一些实施例中，一种微致动器可包括耦合到致动部件的衬底。可使所述衬底的使成波纹状部分在第一状态下展开，以形成大体上平面表面，且在第二状态下可沿平行于所述平面表面的维度收缩。所述致动部件可至少部分是刚性的。所述微致动器可经配置以在使成波纹状部分的状态改变后，即刻使所述致动部件相对于所述使成波纹状部分移动。所述衬底的至少一层可为一体式的，且所述致动部件可包含所述层的至少一部分。所述衬底可包括导电聚合物膜。
在另外的实施例中，微致动器可进一步包含多个电极，且将电力施加在所述多个电极中的电极上可导致所述衬底的使成波纹状部分的状态改变。所述多个电极中的电极可排列在所述衬底上，在所述致动部件的相对侧上。所施加的用来移动致动部件的力可取决于使成波纹状部分与衬底的对应尺寸的至少一比率。所述致动部件可在大体上平行于平面表面的方向上移动。
在另外的实施例中，所述致动部件可在两个点处耦合到所述衬底，且在大体上倾斜或垂直于平面表面的方向上延伸。所述衬底可包含第一层、第二层和第三层。所述衬底可经配置以在第一层与第二层之间施加电压差时在第一层或第二层上感应电荷，且第三层可安置于所述第一和第二层之间。所述第一层或所述第二层可经配置以在于第一层与第二层之间施加电荷后即刻展开或收缩。所述第一层可分成多个电隔离部分。所述衬底的厚度可小于三百微米。所述微致动器可偏置，因为使成波纹状部分将处于第一状态或第二状态。所述衬底可界定一或多个空隙。
附图说明
本发明的方面借助于实例来说明。在附图中，相同的参考数字指示相似元件。
图1说明机电致动臂的简化图；
图2说明机电致动膜裝置的配置；
图3说明具有本发明的一些实施例的特征的第一微致动器；
图4说明处于两种状态的图3的第一微致动器的侧视图；
图5说明处于一种状态的图3的第一微致动器的透视图；
图6说明具有本发明的一些实施例的特征的第二微致动器；
图7说明处于两种状态的图6的第二微致动器的侧视图；
图8说明用以制造本发明的实施例的特征的实例第一步骤；
图9说明用以制造本发明的实施例的特征的实例第二步骤；
图10说明用以制造本发明的实施例的特征的实例第三步骤；
图11说明用以制造本发明的实施例的特征的实例第四步骤；
图12说明用以制造本发明的实施例的特征的实例第五步骤；
图13说明用以制造本发明的实施例的特征的额外步骤；以及
图14说明可在其中实施一或多个实施例的计算系统的实例。
具体实施方式
现将相对于形成其一部分的附图来描述若干说明性实施例。虽然下文描述可在其中实施本发明的一或多个方面的特定实施例，但可使用其它实施例，且可在不脱离本发明的范围或所附权利要求书的精神的情况下进行各种修改。
图1说明可并入有一或多个实施例的系统100的简化图。此系统说明电机械致动臂102的两个状态。通过用分离层来使某些材料成层来产生臂102。当将电力施加到臂102时，臂可归因于所述结构的电机械特征而弯曲。在第一状态104下，所述臂不具有施加到电极120和122的电力。在第一状态104下，将所述臂说明为是直的且不弯曲。在第二状态106下，可将电力施加到臂102，以致使臂弯曲，如所说明。在此说明中，所述臂向右弯曲，但电压源118的极性可反转，以导致反向弯曲运动。
还说明阴离子114。在第一状态104下，阴离子114相对均匀地分布在导电层108和112中。导电层108和112可导电且导离子的。分离层110可为电介质、电解质，和/或可为电绝缘且导离子的。在第二状态下，将导电层108说明为含有相对来说比导电层112多的阴离子114。阴离子在材料之间的迁移116可通过若干过程来感应，但最终结果是类似的。通过将较多阴离子感应到层108中，阴离子114可彼此排斥，且导电层可108展开。相反，阴离子在导电层112的缺乏可导致导电层112收缩。这些展开和收缩力可致使臂102弯曲，且因此所述结构可通过响应于电力产生机械弯曲力而用作电动机械致动器。
如前所述，分离层110可为电介质或电解质。相信当分离层110是电介质时，臂102充当电容器。当将电力源118施加到臂102时，电源118的正电荷吸引带负电的阴离子。相反，电源118的负电荷排斥阴离子。以此方式，可将阴离子吸引到导电层108。或者，分离层110可为电解质。在此类配置中，，需要较小的电位来使导电层108和112的阴离子不平衡。
图1中说明的系统100可例如使用厚膜、薄膜或MEMS技术以极小标度制造。举例来说，导电层108和112可由导电聚合物制成。导电聚合物有利地为便宜且柔性的。使用导电聚合物或类似材料，可将臂102制成膜。所述膜的厚度124可介于五百与两百微米之间。其它技术可另外或替代地用来实施微致动器，其在操作上类似于那些所揭示的微致动器。举例来说，先前提到的压电材料可用以通过感应结晶结构以在膜的替代层上展开或收缩来导致弯曲运动。还可使用热反应性材料，其响应于施加或去除热能而展开或收缩。可使用多种方法来施加或去除热能，包含使用电加热元件，和/或帕尔贴(Peltier)裝置。
图2说明可并入有一或多个实施例的各种替代配置200的简化图。所述系统说明在操作上类似于图1的臂102的系统。说明为200的配置和状态可使用所论述的膜材料来形成导电层和分离层。配置206说明可由膜层组成的一般装置。层212和216说明类似于图1的导电层108和112的导电层。分离层214说明类似于图1的分离层110的层。然而，不同于图1的系统100，图2的配置206含有多个不同且单独的导电材料区段。举例来说，单独的导电区段标记为213和217。通过使分离层214与不同且单独的导电材料层重叠，可从所述单独的导电材料区段产生多个致动区段。举例来说，致动区段218可类似于图1的系统100而作用。
在视图202中，所述装置可不供电，且在某种程度上等效于图1的第一状态104。在此状态下，装置206可形成大体上平面表面，其中在平行于所述平面表面的方向上，所述膜具有设定长度204。为了更好地理解这种配置，提供视图202、220和222作为装置206的额外侧视图。视图223和226是本文中将论述的改进的装置。
视图220和222说明在将电力施加到致动区段218之后的装置206。当将电力施加到致动区段时，在图1的系统起作用期间，每一区段可如所描述弯曲。致动区段218的此弯曲/致动可致使装置206成波纹状/折叠，并且因此沿维度228收缩。因此，长度228可小于相同装置206的长度204，取决于装置206的供电或非供电状态。在施加电力后，装置206可因此即刻在某种程度上类似于手风琴和收缩而动作。提供阴离子234来说明每一视图的电荷方向。应注意，视图220和222可为视图202所说明的相同装置206，视图220与222之间的唯一区别是施加到导电层212和216的电力的极性。导体(未图示)可用以提供导电层212和216到电源(未图示)的电路径。
视图224说明含有交替极性致动区段218的改进的装置208的侧视图。通过使极性交替，致动区段可隔开较近在一起。通过使邻近致动区段218的极性交替，同时致动区段可在相对方向上弯曲，从而形成所说明的装置208的波浪状轮廓。
视图226说明装置208的实例俯视图。提供所述俯视图是为了进一步说明当不将电压施加到致动区段218时，装置208的平面形状。另外，提供视图226是为了说明可相对低成本地实现所述装置的制造。举例来说，中间层可与顶部和底部上沿维度232的导电层212和216成条纹状。以此方式，若干不同致动区段218可形成于装置208上。
图2的配置实现用于沿维度204或230产生拉力的便宜且极小的微致动器。然而，图2的配置具有若干缺点。所述裝置在可提供的驱动力的量方面受限。尽管可通过使类似裝置成层来增加所述力，但在给定装置的性质的情况下，所述层呈现新的问题。举例来说，必须在后续分层裝置之间提供空间，以在施加电力时，实现每一装置的波纹度。每一装置所提供的致动力还限于拉力，例如当装置的两侧被锚定时。许多触觉反馈裝置使用推力(例如致动盲文点)来操作，且因此可需要额外结构来改变致动力的方向。这些额外结构可增加设计的空间和成本，从而消除微结构的一些优点。当尝试制造用于触觉反馈的这些裝置的阵列时，这些缺点和额外结构变得越来越具有阻碍性。
所揭示的是针对微触觉反馈系统的应用，所述微触觉反馈系统包含使用所揭示的实施例的特征的若干可穿戴裝置。这些可穿戴裝置可用于医疗装置，例如可穿戴贴片。作为一个实例，贴片可采取葡萄糖含量检测器的形式，所述葡萄糖含量检测器使用非干扰或其它传感器来确定用户葡萄糖水平。可使用触觉反馈装置来在用户的葡萄糖降低到可接受范围之外时，使用微致动器来发信号通知所述用户，以便发信号通知所述用户采取适当的行动，例如摄取食糖或注射葡萄糖。此概念可在若干替代情境中使用。举例来说，可使用血液酒精水平贴片来发信号通知用户何时驾驶是不安全的。可将定时器附接到贴片，来向用户指示何时服用药剂。所述贴片可用以检测环境(例如矿场或危险废料净化区域)中的辐射或毒物的不安全等级。或者，可将氧传感器绑定到此装置来在深海、太空探索或相同实例中使用，以发信号通知用户氧含量已下降到低于可接受阈值。尽管前面的内容中论述贴片，应理解，可使用若干不同实施方案来实施类似功能性。举例来说，可使用带子，其可穿戴在手腕周围。或者，可穿戴手套来利用人体指尖的敏感性。
另外，还设想医学领域之外的功能性。对视力受损人群和其它人群的辅助是此类装置可具有有意义影响的领域。一个实施方案可为将致动装置用于盲文阅读器。盲文阅读器/键盘通常由视力受损人群用来与电子终端或类似裝置交互。键盘可为可刷新的，以便在键盘上滚动盲文消息。另外，键盘可根据电子终端所提供的上下文来调整所显示的盲文字符。盲文键盘还可实施传感器，使得可为用户形成触觉“密钥”，从而允许用户将数据输出到所述电子终端。
尽管给出盲文作为实例，但可呈现其它图片或字符。可为学习盲文的用户或为非盲文阅读器显示字母数字文本。此类装置可在低光条件下使用，例如载电影院或地铁终端中使用，来向用户显示消息。另外，可使用可调适的触觉显示器。所述触觉显示器可显示图形或上下文敏感图标。举例来说，可实施用于地铁或类似车站的车票分发器，其中可取决于轨道网络或定价结构的当前条件来更改显示内容。作为另一实例，“通用”遥控器可用可调适触觉反馈显示器来实施，所述可调适触觉反馈显示器可在电影环境的低光条件下使用。或者，当音频或视觉裝置不足时，可使用应用程序来将额外信息提供给用户。这些应用程序的实例可用于飞机和汽车操作。在这些情况下，可使用触觉反馈来向用户指示环境条件、方向、紧急信息或其它信息。举例来说，当汽车检测到用户正昏昏欲睡、偏离车道或太快接近交通工具时，方向盘可使用触觉反馈来发信号通知所述用户。在飞机中，触觉反馈可发信号通知紊流条件，或向军方飞机发出警告。
同样地，可在类似手套的装置中实施微致动器，以便创建交互式且可调适的用户接口。使用此类装置，触觉响应可取决于检测到的手套的位置改变而改变。举例来说，用户可将其戴手套的手悬停在显示器的前方。取决于手套关于显示器的位置，手套可更改向用户的触觉反馈。举例来说，显示器可包含GUI上的用户可选图标，其可经由手套的移动来选择。当戴手套的手处于合适位置来选择图标时，可使用触觉反馈来向用户发信号通知。此手套还可与传感器或其它装置集成，以向用户提供额外信息。举例来说，可使用所述手套来实施导航系统。所述手套可在手套的手掌区域中包含一或多个触觉致动器，其可向用户提供方向信息，尤其为感官受损人群。此手套还可用作视力受损人群的一种移动键盘，且可能够通过视觉系统的额外使用来翻译文本。
所述触觉反馈裝置还可集成到其它服装中。可穿戴夹克或类似服装，其集成有触觉致动器阵列以接触用户的背部或其它区域。此装置可用于视力受损人群，以便中继信息，包含导航指令、环境信息、广告、畜类信息等。另外，所述可穿戴技术可与手套或其它触觉装置结合使用。
触觉反馈致动器的越来越风行应用是结合移动电子装置(例如智能电话)使用。智能电话可利用触觉反馈技术来实施盲文显示器，创建交互式通知图标，或为了其它目的。交互式通知图标可提供指示电子邮件、未接电话、文本消息或其它的触觉反馈。以此方式，可通过简单地伸进口袋，而不是激活智能手机的屏幕，来向用户通知此指示。此装置可节约移动装置电力，且可在例如当用户正在开会、看电影或电话屏幕的使用原本将造成干扰时的情境中有用。同样地，智能手表可利用类似功能性。可在智能手表上实施触觉通知系统，以与用户的手腕接触。可使用触觉致动的模式、时序和/或频率来通知所述用户若干不同类型的通知。
其它技术领域也可得益于本发明的特征的使用。微流体阀和其它此类装置也可通过本发明的使用来改进。微致动器还可实现微机械裝置的制造和控制，例如游泳和/或小血管穿越机器人。此类机器人可在医学领域有用，例如穿越血液或其它血管。应理解，微致动技术是新兴的领域，且同样地，存在针对所揭示的系统和方法的新兴应用。
图1和图2的系统相对于微致动器具有若干缺点。所揭示的图1的系统100提供受限的致动力，且归因于弯曲臂的几何形状，可能难以与可使用的触觉系统集成。图2的配置200可用以增加微致动器所施加的力的量，但所述配置限制了所述装置的应用。以下揭示内容包含用于创建具有低电力要求和高相对致动力的高度可靠的微致动器(其可以相对较低的成本来制造)的若干特征。
图3说明可并入有一或多个实施例的系统300的简化图。系统300说明微致动器302的俯视图。尽管将致动器302的轮廓说明为矩形，但应理解，所述轮廓可采取正方形、圆形、多边形的形状，或不规则形状。致动器302可包含可用以形成衬底的分离层304。分离层304可包含可布置成阵列的导电层区域306，如所说明。具体地说，在致动器302的相对侧上说明两个阵列322和323。另外，一或多个空隙310可由衬底304的致动部件320部分的任一侧上的分离层304界定。致动部件320可包含加强件308，以增加致动部件的刚性。
应了解，致动器302的标度可使得此类装置的制造和设计变得越来越难。举例来说，导电层区域306之间的距离314可小于一百个微米。导电层区域306的间距316可小于三百微米。致动部件320的长度312可为从一百到数百个电极间距。空隙310的宽度318可小于五百微米。
可使用致动器302来使致动部件320在朝向或远离图3中说明的视图的方向上延伸，如将在图4中较好地看到。可通过将一或多个电压施加到所说明的多个导电层区域306中的导电层区域306，来实现所述装置的致动。每一导电层区域306可充当电极。另外，导电层区域306可沿衬底304的维度布置成线性阵列322和323。应理解，仅说明致动器302的一侧。相对侧可含有对应的导电层区域306。通过将电压差施加到导电层区域306，可激活致动器304。将交替的极性电压施加到邻近导电层区域306可为有益的。举例来说，导电层区域306可带正电(且相对侧上的对应导电层区域带负电)。导电层区域307可带负电(且相对侧上的对应导电层区域带正电)。此电压的施加可致使致动器302沿维度324以交替图案成波纹状。邻近导电层区域306的交替极性的使用可通过影响他们以形成自然的波浪形波纹状图案，来辅助使致动器302的部分332和333成波纹状。使极性且因此折叠材料的方向交替因此可防止弯曲区域抵抗波纹状材料的自然形成的形状。部分332和333的波纹度可致使致动器302的长度沿维度324减小，且在本身对折。随着致动部件320相对于致动器302的部分332和333移动，此动作可迫使致动部件320延伸。
此致动的力可取决于若干因素，包含在导电层区域306上施加的电位的量、用以制造所述装置的材料，和/或导电层区域306的宽度326。此外，可改变导电层区域的宽度(326和327)与衬底的宽度328相比的比率，以更改施加到致动部件320的力。增加此比率可增加所施加的力。导电层区域306的宽度(326和327)与致动部件320的宽度319的比率可更改致动部件320的延伸所提供的压力的量。
可以各种方式来实现使致动器302返回到第一状态。偏置材料330可集成到致动器302中以施加返回力，其可从自使成波纹状衬底施加的力克服。或者或另外，施加到导电层区域306的电压可变化和/或反向，以使致动器302返回到第一非波纹状状态。或者，可使用外部偏置装置来提供返回力。举例来说，可将致动器302放置在膜或预偏置的按钮之下，例如当将电压从导电层区域306去除时，所述膜或预偏置的按钮使致动器返回到其第一状态。
图4说明图3的致动器302的侧视图，以更好地说明致动器302的操作。说明致动器302的两个状态。在第一状态402下，不将电压施加到导电层区域306。在此状态下，致动器302可大体上采取平面表面的形式，且可为顺应的，例如以膜的形式。由此，可将致动器302应用于不规则或弯曲表面。
在第二状态404下，已将电力施加到导电层区域306，致使衬底304成波纹状，如所说明。当成波纹状时，致动部件320可从致动器302朝上(或朝下)偏转。换句话说，致动部件320可在与视图402所说明的平面表面垂直或倾斜的方向上偏转，例如以与垂直于视图402所说明的平面表面的参考成60度或以下的角度偏转。可通过改变加強部分308的长度来更改所述偏转的角度。随着维度324减小到维度410，可通过衬底304的变形来导致所述致动。衬底304的厚度406可小于两百微米厚。导电层区域306的偏转408可小于一百微米。
使用所揭示的配置具有若干优点。首先，所述装置，或所述装置的层，可通常由一体式材料制成。致动部件320的一部分可从与衬底304相同的材料一体地制成。材料的此均一性可增加所述装置的强度，且可简化制造工艺，从而降低生产成本。另外，因为可使用多个导电层区域306来延伸致动部件320，所以通过将电压施加到每一导电层306来提供的力可累积。致动部件320的偏转所施加的力可因此是经由每一导电层区域306所提供的力的若干倍。
致动部件(远离所述衬底)所施加的力的方向也是有利的。虽然图2的配置200可仅在两个物体之间产生拉力，但致动器302可推动物体远离致动器302。这可简化触觉显示器的构造，例如在激励可移动元件远离平面表面(例如个别盲文点)的情况下。并且，致动器302无需锚定在装置的一侧上，从而简化致动器302到具有触觉反馈能力的装置中的集成。实情为，加強部分308可提供致动触觉部件所必需的结构刚度。
图5说明致动器302的实例模型的透视图502。包含视图502以更好地理解致动器302的功能。另外，所述视图说明致动器302的一个重要方面，即可控制致动部件320的延伸到不同高度。预期用于控制致动部件320的力和偏转的若干方法。举例来说，可在不同数目的导电层区域306上施加电压，以更改致动器302的波纹度的量(且因此致动部件320的偏转的量)。另外，可使用传统方法(例如线性电压控制或脉波宽度调制(PWM))来调整导电层区域306上的电压电位的量。另外，可调整导电层区域306的形状和尺寸。举例来说，可增加一或多个导电层区域306的宽度326，以增加提供到致动部件320的力的量。
图6说明可并入有一或多个实施例的系统600的简化图。系统600说明微致动器602的俯视图。尽管将致动器602的轮廓说明为矩形，但应理解，所述轮廓可采取正方形、圆形、多边形的形状，或不规则形状。致动器602可包含可用以形成衬底的分离层604。分离层604可包含可布置成阵列的导电层区域606，如所说明。具体地说，在致动器602的相对侧上说明两个阵列622和623。另外，一或多个空隙610可由衬底604的致动部件620部分的任一侧上的分离层604界定。致动部件620可包含加强件608，以增加致动部件的刚性。
应了解，致动器602的标度可使得此类装置的制造和设计变得越来越难。举例来说，导电层区域606之间的距离614可小于一百个微米。导电层区域606的间距616可小于三百微米。致动部件620的长度612可为从一百到数百个电极间距。空隙610的宽度618可小于五百微米。
可使用致动器602来使致动部件620在箭头628所指示的方向上延伸。可通过将一或多个电压施加到所说明的多个导电层区域606中的导电层区域606，来实现所述装置的致动。每一导电层区域606可充当电极。另外，导电层区域606可沿衬底604的维度布置成线性阵列622和623。应理解，仅观测致动器602的一侧。替代侧可含有对应的导电层区域606。通过将电施加到导电层区域606，可激活致动器602。可以交替的极性将电力施加到导电层区域606。举例来说，导电层区域606可带正电(且相对侧上的对应导电层区域带负电)。导电层区域607可带负电(且相对侧上的对应导电层区域带正电)。此电压差的施加可致使线性阵列622和623沿维度624成波纹状。致动器602的部分630和631可因此成波纹状，且沿维度624的长度减小。此动作可迫使致动部件620在箭头628所指示的方向上延伸，因为致动部件620无法响应于施加到导电层区域606的电压差而成波纹状。另外，致动器602可锚定到点639和/或640处的固定参考，使得部分630和631的波纹度将致动部件620朝所述固定参考“拉动”。此效应也可归因于致动部件620通过空隙610的使用从部分630和631的分离、致动部件620上导电层区域606的缺乏，和/或致动部件620上加強材料608的存在而实现。
可将额外加強区域添加到致动器602(或致动器302)。举例来说，图6中在致动器602的边缘上说明加強区域632。可依次将加強区域添加到致动器的边缘，例如以为夹持类型的保持安装件提供安裝区域。另外或替代地，可在导电层区域之间添加加強区域，以更改致动器的使成波纹状动作。
此致动的力可取决于若干因素，包含在导电层区域606上施加的电位的量、用以制造所述装置的材料，和/或导电层区域606的宽度626。此外，可改变导电层区域606的宽度(626和627)与衬底的宽度634相比的比率，以更改施加到致动部件620的力。增加此比率可增加所施加的力。导电层区域606的宽度(626和627)与致动部件620的宽度619的比率可更改致动部件620的延伸所提供的压力的量。
可以各种方式来实现使致动器602返回到第一状态。偏置材料636可集成到致动器602中以施加返回力，其可从自使成波纹状衬底施加的力克服。或者或另外，施加到导电层区域606的电压可变化和/或反向，以使致动器602返回到第一非波纹状状态。或者，可使用外部偏置装置来提供返回力。致动或偏置部件638还可附接到致动器602的一侧，以提供返回力来使致动器返回到第一状态。致动或偏置部件638可附接到外部锚定点(未图示)，以不使部分630和631成波纹状。
图7说明图6的致动器602的侧视图，以更好地说明致动器602的操作。说明致动器602的两个状态。在第一状态702下，不可将电压施加到导电层区域606。在此状态下，致动器602可大体上采取平面表面的形式，且可为顺应的，例如以膜的形式。由此，可将致动器602应用于不规则或弯曲表面。
在第二状态704下，已将电压施加到导电层区域606，致使衬底604成波纹状，如所说明。当成波纹状时，致动部件620可在箭头628所指示的方向上延伸。换句话说，致动部件620可在大体上平行于视图702所说明的平面表面的方向上延伸。可使用额外引导件或特征(未图示)来在致动部件620延伸时，界定所述致动部件的偏转角度。此限界可辅助引导致动部件620相对于平面表面以预定义角度延伸。致动部件620可相对于平面表面以各种角度延伸，至多且包含与平行于视图702所说明的平面表面的参考成三十度。随着维度624减小到维度710，可通过衬底604的部分630和631的变形来导致致动器602的致动。由于致动部件620无法成波纹状，因此其维度624可保持大体类似于视图702的平面表面的长度624，从而致使致动部件602相对于衬底604的部分630和631移动。衬底604的厚度706可小于两百微米厚。导电层区域606的偏转708可小于一百微米。
使用所揭示的配置具有若干优点。首先，所述装置的至少一层可通常由一体式材料制成。致动部件720的一部分可从与衬底604相同的材料一体地制成。材料的此均一性可增加所述装置的强度，且可简化制造工艺，从而降低生产成本。另外，由于可使用多个导电层区域606来使致动部件620偏转，因此通过将电压施加到每一导电层606而提供的力可累积。致动部件620的偏转所施加的力可因此为经由将电压施加到每一导电层区域606所提供的力的若干倍。致动部件(远离所述衬底)所施加的力的方向也是有利的。虽然图2的配置200可仅在两个物体之间产生拉力，但致动器602可推动物体远离致动器602。
应理解，尽管将致动器302和602揭示为在处于第一状态时形成大体平面表面，且成波纹状以形成第二状态，反向功能性也是可能的。举例来说，致动器302和602可经配置以在不施加电压时成波纹状，且接着在施加电压时不成波纹状。预偏置材料可集成到结构中，以提供此功能性。此外，致动器302和602可通过使用预偏置材料的组合来提供双向功能性。以此方式，当施加电力来使致动器302和602的衬底304和604不成波纹状时，可使致动器302和602的致动部件320和620朝致动器302和602收缩。
在致动器302和602之外，额外实施例也是预期的。举例来说，衬底可成形为圆柱形形状。致动部件可纵向安置穿过圆柱形的中心。或者，可将衬底和导电层区域布置成形成金字塔或圆锥形形状。可策略性地放置加強材料，来给予这些实施例结构支撑，因为所述衬底可为顺应的且类似于膜。所述衬底的加強和/或导电层区域可布置成任何数目的图案和/或形状，包含几何或有机形状。另外，所述衬底中的空隙可布置成多种图案和/或形状。作为一个实例，可使整个衬底为具有同心圆形导电层区域的圆形。以此方式，当将电力施加到导电层区域时，可使衬底形成锥形。
致动部件320和620还可包含导电层区域。以此方式，可主动更改致动部件的轮廓。举例来说，致动部件620可在衬底的平面表面上方或下方延伸，取决于施加到致动部件620的导电层区域的电压的极性。还可结合致动部件620的导电层区域使用加強区段。另外，所揭示的实施例可具有多个致动部件。举例来说，可修改致动器602以具有致动部件，其在致动器602成波纹状时，从一侧延伸，且从相对侧收缩。致动器302可具有致动部件320，其在致动器302成波纹状时，在衬底304的平面表面上方和下方延伸。
图8到13说明用于制造具有实施例的特征的致动装置的实例步骤。制造工艺可利用厚膜或薄膜技术。膜技术可有利地实现以相对较高的量且以相对较低的成本来生产微致动器。膜技术通常由循序施加材料薄膜(一者在另一者之上)构成。通过被称作掩蔽和蚀刻的步骤，可选择去除一或多个层的某些部分。以此方式，可使用具有以微米测得的厚度的膜材料来建构各种结构和特征。此类技术通常用于集成电路和液晶显示器(LCD)面板的构造。
图8说明衬底802的侧视图，所述衬底可用作具有实施例的特征的微致动器的构造的代表性基础。在图9中，将导电聚合物902施加在衬底802的顶部。在图10中，已将电阻性掩模1002施加在导电聚合物902的顶部。可施加掩模1002以形成各种图案。尽管图8到12中仅说明一侧维度，但应理解，可在至少两个维度中施加掩模，如图13中将说明。光刻是可用以在衬底的表面上产生精度掩模的过程的一个实例。可使用所述掩模来覆盖产品堆叠的区域来抵御蚀刻。
图11说明已应用蚀刻之后的产品的状态。蚀刻是其中使用化学药品或另一种药剂来溶解或去除所述产品堆叠的若干层的技术。如所说明，可使用蚀刻，使得导电聚合物902符合图案1102(等效于掩模1002)。将图案1102说明为四个不同块，然而，应理解，这些块可表示所述衬底的顶部表面上的条，因为图11中仅说明所述衬底的一侧维度。图12说明标记1002的去除，从而留下衬底802和经图案化的聚合物1102。应理解，可将上述或类似过程应用于衬底802的两侧，以在衬底802的两侧上形成对应的经图案化聚合物1102。以此方式，可使用类似于视图202中说明的一个轮廓的轮廓来形成致动器的基础。
图13说明衬底802的俯视图。说明聚合物经图案化(1102)以形成两个线性阵列，因为可使用上文所述的掩蔽和蚀刻工艺来获得。另外，可使用类似掩蔽和蚀刻工艺来去除空隙1302。最后，可以类似方式施加加強材料1304(即，可施加层，接着掩模，接着可执行蚀刻)。使用这些技术，可以较高的量且以相对较低的成本来制造致动器302和602。
应理解，处所揭示的厚膜技术之外或代替所揭示的厚膜技术，可使用各种其它方法和技术。可使用相加或相减方法，来将经图案化的层或蚀刻图案创造到已经沉积的层中。在相加方法中，可以特定图案沉积层。在相减方法中，可使用蚀刻和/或掩蔽技术在层中产生图案。用以制造此类装置的实例技术可包含光刻、丝网印刷、干燥/固化、点火、激光修整、化学和/或物理沉积等。
图14说明可在其中实施一或多个实施例的计算系统的实例。
如图14中所说明的计算系统可作为上文描述的计算机化装置的的一部分而并入。举例来说，计算机系统1400可表示以下装置的组件中的一些：电视机、计算装置、服务器、台式计算机、工作站、汽车中的控制或交互系统、平板计算机、上网本或任何其它合适的计算系统。计算装置可为具有图像捕获装置或输入传感单元和用户输出装置的任何计算装置。图像捕获装置或输入传感单元可以是相机装置。用户输出装置可为显示单元。计算装置的实例包含但不限于视频游戏控制台、平板电脑、智能电话和任何其它手持式装置。图14提供计算机系统1400的一个实施方案的示意性说明，所述计算机系统可执行通过各种其它实施方案提供的方法，如本文所描述，和/或可充当主控计算机系统、远程查询一体机/终端、销售点装置、汽车中的电话或导航或多媒体接口、计算装置、机顶盒、台式计算机和/或计算机系统。图14仅希望提供对各种组件的一般化说明，可在适当时利用所述组件中的任一者或全部。因此，图14广泛地说明可以如何以相对分离或相对较集成的方式实施个别系统元件。
将计算机系统1400示出为包括可经由总线1402电耦合(或在适当时可以其它方式通信)的硬件元件。硬件元件可包括一或多个处理器1404，包括但不限于一或多个通用处理器和/或一或多个专用处理器(数字信号处理芯片、图形处理单元1422及/或类似者)；一或多个输入装置1408，其可包含但不限于一或多个相机、传感器、鼠标、键盘、经配置以检测超音波或其他声音的麦克风、和/或类似者；以及一或多个输出装置1410，其可包含但不限于显示单元，例如用于本发明的实施方案中的装置，打印机和/或类似者。可使用额外相机1420来检测用户的极限和示意动作。在一些实施方案中，输入装置1408可包含一或多个传感器，例如红外线传感器、深度传感器和/或超声波传感器。图形处理单元1422可用以执行用于实时擦除并替换上文所描述的对象的方法。
在本发明的实施方案的一些实施方案中，各种输入装置1408和输出装置1410可嵌入到例如显示装置、桌子、地板、墙壁和窗纱等接口中。此外，耦合到处理器的输入装置1408和输出装置1410可形成多维跟踪系统。
计算机系统1400可进一步包含(和/或与之通信)一或多个非暂时性存储装置1406(其可包括但不限于本地和/或网络可存取存储装置)，和/或可包含但不限于磁盘驱动器、驱动阵列、光学存储装置、固态存储装置，例如随机存取存储器(“RAM”)和/或只读存储器(“ROM”)，其可为可编程的、可快闪更新的和/或类似者。此类存储装置可经配置以实施任何适当的数据存储，包含(不限于)各种文件系统、数据库结构和/或类似者。
计算机系统1400还可包含通信子系统1412，其可包含(但不限于)调制解调器、网卡(无线或有线)、红外线通信装置、无线通信装置和/或芯片组(例如，蓝牙装置、802.11装置、WiFi装置、WiMax装置、蜂窝式通信设施等)和/或类似者。通信子系统1412可准许与网络、其它计算机系统和/或本文中所描述的任何其它装置交换数据。在许多实施方案中，计算机系统1400将进一步包括非暂时性工作存储器1418，其可包括RAM或ROM装置，如上文所描述。
计算机系统1400还可包括软件元件，示出为当前位于工作存储器1418内，包含操作系统1414、装置驱动器、可执行库和/或其它代码，例如一或多个应用程序1416，其可包括各种实施方案所提供的计算机程序，和/或可设计成实施方法和/或配置系统，由其它实施方案提供，如本文所述。仅举例来说，关于上文所论述的方法所描述的一或多个程序可能实施为可由计算机(和/或计算机内的处理器)执行的代码和/或指令；接着，在一方面中，此些代码和/或指令可用以配置和/或调适通用计算机(或其它装置)以根据所描述的方法执行一或多个操作。
这些指令和/或代码的集合可存储在计算机可读存储媒体(例如，上文所描述的存储装置1406)上。在一些情况下，存储媒体可并入于计算机系统(例如，计算机系统1400)内。在其它实施方案中，存储媒体可与计算机系统分离(例如，可装卸式媒体(例如，压缩光盘)，和/或提供于安装包中，使得存储媒体可用以编程、配置和/或调适其上存储有指令/代码的通用计算机。这些指令可能呈可由计算机系统1400执行的可执行代码形式，和/或可能呈源代码和/或可安装代码的形式，所述源代码和/或可安装代码在由计算机系统1400编译和/或安装于计算机系统上后(例如，使用多种一般可用的编译程序、安装程序、压缩/解压缩公用程序等中的任一者)随后采用可执行代码的形式。
可根据具体要求作出实质性变化。举例来说，还可使用定制硬件，和/或可将特定元件实施于硬件、软件(包括便携式软件，如小程序等)或两者中。另外，可利用到其它计算装置(例如网络输入/输出装置)的连接。在一些实施方案中，可省略计算机系统1400的一或多个元件或可将其与所说明系统分开来实施。举例来说，可将处理器1404和/或其它元件与输入装置1408分开实施。在一个实施方案中，处理器经配置以接收来自分别实施的一或多个相机的图像。在一些实施方案中，除在图14中说明的那些元件之外的元件也可包含在计算机系统1400中。
一些实施方案可使用计算机系统(例如，计算机系统1400)来执行根据本发明的方法。举例来说，所描述方法的程序中的一些程序或全部可由计算机系统1400响应于处理器1404执行工作存储器1418中所含有的一或多个指令(其可并入到操作系统1414和/或其它代码中，例如，应用程序1416)的一或多个序列来执行。此类指令可从另一计算机可读媒体(例如存储装置1406中的一或多者)读取到工作存储器1418中。仅举例来说，包含于工作存储器1418中的指令序列的执行可致使处理器1404执行本文所描述的方法的一或多个程序。
如本文所用，术语“机器可读媒体”和“计算机可读媒体”是指参与提供致使机器以特定方式操作的数据的任何媒体。在使用计算机系统1400实施的一些实施例中，在将指令/代码提供到处理器1404以供执行时可能涉及各种计算机可读媒体，和/或各种计算机可读媒体可用以存储和/或运载此些指令/代码(例如，作为信号)。在许多实施方案中，计算机可读媒体可为物理和/或有形存储媒体。此类媒体可呈许多形式，包含(但不限于)非易失性媒体、易失性媒体和传输媒体。非易失性媒体包含(例如)光盘和/或磁盘，例如，存储装置1406。易失性媒体包含(但不限于)例如工作存储器1418等动态存储器。发射媒体包含但不限于同轴电缆、铜线和光纤，包含包括总线1402的导线，以及通信子系统1412的各种组件(和/或通信子系统1412借以提供与其它装置的通信的媒体)。因此，传输媒体还可呈波的形式(包含(不限于)无线电、声波和/或光波，例如，在无线电-波和红外线数据通信期间产生的那些波)。
举例来说，常见形式的物理和/或有形计算机可读媒体包含软性磁盘、柔性磁盘、硬盘、磁带，或任何其它磁性媒体、CD-ROM、任何其它光学媒体、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它物理媒体、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或盒带、如下文所描述的载波，或计算机可以从其读取指令和/或代码的任何其它媒体。
各种形式的计算机可读媒体可参与将一或多个指令的一或多个序列运载到处理器1404以供执行。仅作为实例，最初可将指令运载于远程计算机的磁盘和/或光盘上。远程计算机可能将指令运载到其动态存储器中，并经由发射媒体将指令作为信号发送以由计算机系统1400接收和/或执行。根据本发明的各种实施方案，可能呈电磁信号、声学信号、光学信号和/或类似者的形式的这些信号是可在其上编码指令的载波的全部实例。
通信子系统1412(和/或其组件)通常将接收信号，且总线1402可接着将信号(和/或由信号所运载的数据、指令等)运载到处理器1404从其中检索并执行指令的工作存储器1418。可视情况在由处理器1404执行指令之前或之后，将由工作存储器1418接收的指令存储在非暂时性存储装置1406上。
应理解，所揭示过程中的步骤的特定次序或层次是示范性方法的说明。基于设计偏好，应理解，可重新布置所述过程中的步骤的具体次序或层次。此外，可组合或省略一些步骤。所附的方法权利要求以样本次序呈现各种步骤的元素，且无意限于所呈现的特定次序或层次。
提供先前的描述以使所属领域的技术人员能够实践本文中所描述的各个方面。对这些方面的各种修改对于所属领域的技术人员来说将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可适用于其它方面。此外，本文中所揭示的任何内容都不希望专用于公开。

Claims (30)

1.一种微致动器，其包括：
衬底，其耦合到致动部件；以及
其中：
所述衬底的使成波纹状部分在第一状态下展开，以形成大体上平面表面，且在第二状态下沿平行于所述平面表面的维度收缩；
所述致动部件至少部分是刚性的；且
所述微致动器经配置以在所述使成波纹状部分的状态改变后，即刻使所述致动部件相对于所述使成波纹状部分移动。
2.根据权利要求1所述的微致动器，其中所述衬底的至少一层是一体式的，且所述致动部件包含所述层的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的微致动器，其中所述衬底包括导电聚合物膜。
4.根据权利要求1所述的微致动器，其进一步包括多个电极，且其中在所述多个电极的电极上施加电力导致所述衬底的所述使成波纹状部分的状态改变。
5.根据权利要求1所述的微致动器，其中施加来移动所述致动部件的力取决于所述使成波纹状部分与所述衬底的对应尺寸的至少一比率。
6.根据权利要求4所述的微致动器，其中所述多个电极中的电极布置在所述衬底上，在所述致动部件的相对侧。
7.根据权利要求1所述的微致动器，其中所述致动部件在大体上平行于所述平面表面的方向上移动。
8.根据权利要求1所述的微致动器，其中所述致动部件在两个点处耦合到所述衬底，且在大体上倾斜或垂直于所述平面表面的方向上延伸。
9.根据权利要求1所述的微致动器，其中所述衬底包含第一层、第二层和第三层；
其中所述衬底经配置以在所述第一层与所述第二层之间施加电压差时，在所述第一层或所述第二层上感应电荷；且
其中所述第三层安置于所述第一和第二层之间。
10.根据权利要求9所述的微致动器，其中所述第一层或所述第二层经配置以在所述第一层与所述第二层之间施加电荷后即刻延伸或收缩。
11.根据权利要求9所述的微致动器，其中所述第一层分成多个电隔离部分。
12.根据权利要求1所述的微致动器，其中所述衬底的厚度小于三百微米。
13.根据权利要求1所述的微致动器，其中所述微致动器为将处于所述第一状态或所述第二状态的所述使成波纹状部分而偏置。
14.根据权利要求1所述的微致动器，其中所述衬底界定一或多个空隙。
15.一种操作微致动器的方法，其包括：
将电力施加到微致动器，所述微致动器包含耦合到至少部分刚性的致动部件的衬底；
其中在电力的所述施加后，所述衬底的使成波纹状部分即刻在第一状态与第二状态之间改变状态，在第一状态下，所述衬底的所述使成波纹状部分展开，以形成大体上平面表面，且在第二状态下，所述衬底的所述使成波纹状部分沿平行于所述平面表面的维度收缩；且
其中所述微致动器经配置以在所述使成波纹状部分的状态改变后，即刻使所述致动部件相对于所述使成波纹状部分移动。
16.根据权利要求15所述的微致动器，其中所述衬底的至少一层是一体式的，且所述致动部件包含所述层的至少一部分。
17.根据权利要求15所述的微致动器，其中所述衬底包括导电聚合物膜。
18.根据权利要求15所述的微致动器，其进一步包括多个电极，且其中在所述多个电极的电极上施加电力导致所述衬底的所述使成波纹状部分的状态改变。
19.根据权利要求15所述的微致动器，其中施加来移动所述致动部件的力取决于所述使成波纹状部分与所述衬底的对应尺寸的至少一比率。
20.根据权利要求15所述的微致动器，其中所述致动部件在大体上平行于所述平面表面的方向上移动。
21.根据权利要求15所述的微致动器，其中所述致动部件在两个点处耦合到所述衬底，且在大体上倾斜或垂直于所述平面表面的方向上延伸。
22.根据权利要求15所述的微致动器，其中所述衬底包含第一层、第二层和第三层；
其中所述衬底经配置以在所述第一层与所述第二层之间施加电压差时，在所述第一层或所述第二层上感应电荷；且
其中所述第三层安置于所述第一和第二层之间。
23.根据权利要求15所述的微致动器，其中所述第一层或所述第二层经配置以在所述第一层与所述第二层之间施加电荷后即刻延伸或收缩。
24.一种微致动器，其包括：
衬底，其耦合到至少部分刚性的致动部件；
用以在第一状态与第二状态之间引起所述衬底的使成波纹状部分的装置，其中在第一状态下，所述衬底大体上形成大体平面表面，且在第二状态下，所述衬底沿平行于所述平面表面的维度收缩；以及
用以在所述使成波纹状部分的状态改变后即刻使所述致动部件相对于所述使成波纹状部分移动的装置。
25.根据权利要求24所述的微致动器，其中所述衬底的至少一层是一体式的，且所述致动部件包含所述层的至少一部分。
26.根据权利要求24所述的微致动器，其进一步包括多个电极，且其中在所述多个电极的电极上施加电力导致所述衬底的所述使成波纹状部分的状态改变。
27.根据权利要求24所述的微致动器，其中施加来移动所述致动部件的力取决于所述使成波纹状部分与所述衬底的对应尺寸的至少一比率。
28.根据权利要求24所述的微致动器，其中所述致动部件在大体上平行于所述平面表面的方向上移动。
29.根据权利要求24所述的微致动器，其中所述致动部件在两个点处耦合到所述衬底，且在大体上倾斜或垂直于所述平面表面的方向上延伸。
30.根据权利要求24所述的微致动器，其中所述衬底包含第一层、第二层和第三层；
其中所述衬底经配置以在所述第一层与所述第二层之间施加电压差时，在所述第一层或所述第二层上感应电荷；
所述第一层或所述第二层经配置以在于所述第一层与所述第二层之间施加电荷后即刻展开或收缩；且
其中所述第三层安置于所述第一和第二层之间。
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