CN109417127A - 形状改变装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种形状改变装置(20)，其利用电活性聚合物材料的多个颗粒(28)，该多个颗粒嵌置在顺应性材料基质(24)内且适于响应于电刺激的施加而变形。顺应性基质所产生的形状改变能够在顺应性材料的表面上实现具体的变形轮廓。颗粒由电极(34)的一个或多个布置结构以复数个群组进行刺激。受刺激的EAP颗粒区域的形状、尺寸、维度和位置可选择性地选取以在材料中引发具体的响应，并且在材料表面上产生具体的预期变形轮廓。

Description

形状改变装置

技术领域

本发明涉及具有可变形的构件的装置。本发明还涉及用于制造该装置的方法。该装置和方法利用用于使用电刺激来引发变形的电活性聚合物材料。

背景技术

电活性聚合物(EAP)是电响应性材料领域内的一类新兴材料。EAP可用作传感器或致动器，且可轻松地被制造成各种形状，从而允许轻松地整合到各种各样的系统中。

材料已经研发到具有诸如致动应力和应变的特性，该特性在过去十年得到了显著改善。技术风险已减小到产品开发可接受的水平，使得EAP在市场上和技术上都越来越受关注。EAP的优点包括低功率、小形状因子、柔性、无噪音操作、准确度、高分辨率可能性、快速响应时间以及周期性致动。

EAP材料的改善的性能和特定优势形成了对新应用的适用性。

EAP装置可用于期望一个部件或特征有基于电致动的少量移动的任何应用中。类似地，该技术可用于感测少量移动。

由于与常用致动器相比将相对大的变形和力与小的体积或薄的形状因子相结合，使用EAP能够实现之前不可能实现的功能，或者提供优于常用传感器/致动器解决方案的较大优势。EAP还提供无噪音操作、准确的电子控制、快速响应以及大范围的可能的致动频率，诸如0-1MHz，更通常地低于20kHz。

使用电活性聚合物的装置可被细分为场驱动型材料和离子驱动型材料。

场驱动型EAP的示例包括压电聚合物、电致伸缩聚合物(诸如基于PVDF的驰豫型聚合物)和电介质弹性体。其它示例包括电致伸缩接枝聚合物、电致伸缩纸、驻极体、电致粘弹性弹性体和液晶弹性体。

离子驱动型EAP的示例是共轭/导电聚合物、离子聚合物金属复合材料(IPMC)和碳纳米管(CNT)。其它示例包括离子聚合物凝胶。

场驱动型EAP是由电场通过直接机电耦合来致动的。它们通常需要高电场(每米伏特)但需要低电流。聚合物层通常是薄的，以保持驱动电压尽可能地低。离子型EAP是由离子和/或溶剂的电感传输激活的。它们通常需要低电压但需要高电流。它们需要液体/凝胶电解质介质(但一些材料系统也可以使用固态电解质操作)。两类EAP均具有多个家族成员，每一个都具有其自身的优势和劣势。

场驱动型EAP的值得注意的第一子类是压电聚合物和电致伸缩聚合物。尽管传统的压电聚合物的机电性能有限，但改善此性能的一项突破性进展已导致产生了PVDF弛豫型聚合物，其显示出自发性的电极化(场驱动对准)。这些材料可以是预应变的，以便改善应变方向上的性能(预应变导致更好的分子对准)。正常情况下会使用金属电极，因为应变通常处于适中的状态(1-5％)。也可使用其它类型的电极(诸如导电聚合物、基于碳黑的油、凝胶或弹性体等)。电极可以是连续的或分段的。

场驱动型EAP的所关注的另一子类是电介质弹性体。这种材料的薄膜可夹在适形电极之间，从而形成平行板电容器。在电介质弹性体的情况下，由所施加的电场感应出的麦克斯韦(Maxwell)应力导致在薄膜上产生应力，从而使得薄膜的厚度减小而面积扩大。应变性能通常通过对弹性体进行预应变(需要框架以保持预应变)而增大。应变可以是相当大的(10-300％)。这也约束了可使用的电极类型：对于低应变和中等应变来说，可考虑金属电极和导电聚合物电极；对于高应变状态来说，通常使用基于碳黑的油、凝胶或弹性体。电极可以是连续的或分段的。

离子型EAP的值得注意的第一子类是离子聚合物金属复合材料(IPMC)。IPMC由层叠在两片薄金属或基于碳的电极之间的溶剂膨胀的离子交换聚合物膜片构成，且需要使用电解质。典型的电极材料是Pt、Gd、CNT、CP和Pd。典型的电解质是基于Li+和Na+水的溶液。在施加电场时，阳离子通常与水一起行进到阴极侧。这导致了亲水性簇团的重新组织和聚合物的扩展。阴极区域内的应变导致在聚合物基质的其余部分中产生应力，从而导致朝向阳极弯曲。使所施加的电压逆转会使弯曲倒转。众所周知的聚合物膜片是和

离子聚合物的值得注意的另一子类是共轭/导电聚合物。共轭聚合物致动器通常由夹在两层共轭聚合物之间的电解质组成。电解质用于改变氧化状态。在将电势通过电解质施加到聚合物时，将电子添加到聚合物或从聚合物移除电子，从而驱动氧化和还原。还原导致收缩，氧化导致扩展。

在一些情况下，在聚合物本身缺乏足够的导电性时(量纲上)，添加薄膜电极。电解质可以是液态、凝胶或固态材料(即，高分子量聚合物和金属盐的复合物)。最常见的共轭聚合物是聚呲咯(PPy)、聚苯胺(PANi)和聚噻吩(PTh)。

致动器也可由悬垂于电解质中的碳纳米管(CNT)形成。电解质与纳米管一起形成双层，从而允许电荷的注入。这种双层电荷注入被视为CNT致动器的主要机制。CNT用作电极电容器，其中电荷注入到CNT中，随后通过由电解质移动到CNT表面而形成的双电层来平衡。改变碳原子上的电荷会导致C-C键长度的改变。因此，可观察到单个CNT的扩展和收缩。

图1和2示出了EAP装置的两种可能的操作模式。

该装置包括夹在电极10、12之间的电活性聚合物层14，电极位于电活性聚合物层14的相反两侧上。

图1示出了未被夹住的装置。使用电压以致使电活性聚合物层如图所示沿所有方向扩展。

图2示出了被设计成仅沿一个方向发生扩展的装置。该装置由载体层16支撑。使用电压以致使电活性聚合物层弯曲或拱起。

电极、电活性聚合物层和载体一起可被视为构成了整个电活性聚合物结构。

举例而言，这种移动的本质源于在被致动时扩展的主动层与被动的载体层之间的交互作用。为了获得如图所示围绕轴线的不对称性弯曲，例如，可应用分子取向(膜拉伸)，迫使移动沿一个方向。

沿一个方向的扩展可起因于EAP聚合物中的不对称性，或者其可起因于载体层特性中的不对称性，或两者的组合。

如上所述的电活性聚合物结构可被用于致动以及用于感测。本发明尤其涉及致动。

对于许多应用，期望对装置接触表面的形状或轮廓进行局部控制。这对于与人体组织接触是其操作的一部分的装置来说尤其如此，例如医疗装置或个人护理装置。这里，可能期望用于控制装置的皮肤接触表面的形状或轮廓的装置，例如，用以实现最佳的皮肤/组织界面连接，或用来执行对组织的局部操纵，诸如在按摩、摩擦控制或清洁的情况下。

存在使用电活性聚合物来实现装置表面的移动或变形的已知解决方案。

例如，US 6586859B2公开了电活性聚合物换能器的布置结构，该电活性聚合物换能器附接在柔性聚合物模型内侧并且适于在模型的表面处实现平面内变形。该布置结构被意图使用于动画装置中，并且尤其用于电子动画面部实施方案，其中一组EAP换能器被布置在不同位置处，各自与不同的面部特征一致，并且适于在装置表面处实现所述特征的移动。每个EAP致动器由唯一的一组电极驱动并且被独立地控制(从而能够实现每个面部特征的独立控制)。每个致动器操纵“面部”表面的不同区域。

US 2007/0247033 A1公开了用于导管装置的布置结构，该导管装置包括嵌置在导管的管腔壁内的由EAP材料形成的一个或多个层。这些可以实现管腔的径向扩展，或导管的弯曲、挠曲或转向。EAP层中的每一个被单独地且独立地激活，并且由单独的一组刺激电极驱动。还公开了这些层可由膜、纤维、纤维束或颗粒替换。

发明内容

以上提到的已知解决方案基于独立嵌置式EAP致动器的使用，该独立嵌置式EAP致动器被用来各自致动一个表面的单个相应的整个宽区域的移动或变形，并且通常用来在那个区域上以完全一致的方式实现这样的移动或变形。这些解决方案在它们可在控制装置表面的形状或拓扑轮廓中提供的敏感性或精确度的程度方面本质上是有限的。在相对小的表面区域上对精确轮廓或形状的精细控制(例如)是不可能实现的。

因此，期望可以实现装置表面的形状或轮廓的更精确或适应性强的控制的装置。

本发明的目的是解决以上问题。这个目的通过如独立权利要求限定的本发明来实现。从属权利要求提供了有利的实施方案。

根据本发明的一个方面，提供一种装置，该装置包括：

顺应性材料构件，该顺应性材料构件具有其中分散有多个电活性聚合物微颗粒的体积。该颗粒适于响应于电刺激的施加而变形。这随后可实现顺应性材料构件的形状改变，并且借此在该装置的表面上实现非一致的变形轮廓。该装置于是可以是形状改变装置。

具体地，控制器被配置成通过将电刺激施加至一个或多个电极布置结构以实现顺应性材料构件的形状改变来控制顺应性材料构件，该形状改变致使在可变形表面上产生非一致的变形轮廓。

更具体地，根据实施方案，一个或多个电极被控制以将电刺激施加至多个微颗粒，该刺激被配置成在顺应性材料构件的不同区域中诱发不同的致动响应，以借此实现顺应性材料构件的形状改变，该形状改变被配置成致使在可变形表面上产生非一致的变形轮廓。

与已知方法相比，本发明基于以下构思：利用嵌置的电活性聚合物(EAP)微颗粒形成的大簇或布置结构来实现周围的顺应性材料基质的移动或变形，其中电活性聚合物包含在周围的顺应性材料基质内。与传统的由EAP形成的大型的层或主体相反，通过使用EAP材料形成的许多小颗粒、微粒或球粒，可对顺应性材料的变形实现更为精细的控制。微颗粒能够在较小规模上实现顺应性材料表面的形状改变，从而能够在最终采用的表面轮廓的控制中实现较精细的精确度。

另外，EAP材料比典型的顺应性材料更昂贵，因此，此类布置结构可降低装置的成本。

电刺激被配置成在不同区域中实现不同的致动响应。这意味着在每个区域中诱发的致动响应并不是相同的。宽泛而言，“致动响应”指的是在顺应性材料构件的每个区域中诱发的机械响应，例如，诱发该区域施加的力，或该区域中诱发的应力，或该区域中诱发的应变或该区域中诱发的变形的量值(即尺寸)。

在一些区域中，可以没有诱发的致动响应。这(例如)可以是因为不存在位于那个区域中的颗粒，或因为没有刺激施加至那个区域(即，零量值的刺激)。可控制一些区域以实现类似或相同的响应。可在(例如)交替隔开的区域中诱发类似或相同的响应，并且中间区域被控制以显示不同的响应，即较大响应或较小响应或完全无响应。

不同的致动响应可以按照一系列不同的方式实现。根据至少一组实施方案，该刺激可被配置成基于以下项中的一项或多项在顺应性材料构件的不同区域中诱发不同的致动响应：使施加至顺应性材料构件的不同区域的电刺激不同；使材料构件的不同区域中的微颗粒的密度不同；以及使顺应性材料构件的不同区域中的微颗粒的形状和/或尺寸不同。

例如，颗粒可一致地分布。在这种情况下，不同的致动响应可通过将不同量值的电刺激施加至颗粒的不同区域来实现。在刺激是交变刺激(例如交变电流或交变电场)的情况下，“使量值不同”意味着不同幅度的刺激。在刺激是非交变(例如，恒定的DC刺激或恒定电场)的情况下，不同量值指的是不同的DC电流或不同的电场强度。

可提供多个电极布置结构，该多个电极布置结构受控制器控制以将不同量值的所述电刺激施加至构件的不同区域。以这种方式，实现使致动响应不同。

再例如，微颗粒可以非一致地分布，在顺应性材料构件的一些区域中具有较大的颗粒密度，且在其它区域中具有较小密度。在这些示例中，可将一致量值的电刺激施加至所有区域。然而，使致动响应不同是由不同颗粒密度的结果诱发的，且较大颗粒密度的区域显示出较大的响应，反之亦然。

使致动响应不同的这些诱发手段将在以下段落中更详细地描述。

微颗粒和/或电极布置结构被配置成因此能够在顺应性材料构件的不同区域中诱发不同的致动响应。使致动响应不同由此实现了顺应性材料构件的形状改变，该形状改变被配置成使在装置的表面上实现非一致的变形轮廓。非一致的变形轮廓意味着非一致的平面外变形轮廓(在未变形表面限定一个平面的情况下)。非一致的变形轮廓可指在表面上的在其量值、范围和/或方向上变化的表面形状或拓扑的变形。非一致的变形轮廓可(例如)导致在表面上产生在其平面外“高度”上变化的表面轮廓，例如，波状的表面轮廓或包括一个或多个峰或谷的表面轮廓。

在操作中，微颗粒以复数个群组或组进行刺激。每个群组或组可由单个电极布置结构来刺激。群组或组可在顺应性材料层上的不同位置处在尺寸或形状上变化。另外，群组或组可根据一些实施方案在其尺寸、形状和/或相对位置方面在装置的操作期间与顺应性材料一起动态地变化。

因此，复数个嵌置的EAP元件形成的所提供的布置结构在顺应性材料构件变形的可实现模式和形式方面提供更大的灵活性。在实施方案中，分散的EAP颗粒布置结构的“区域”的不同选择或构造可根据不同的预期变形图案而电激活。

顺应性材料构件由柔性或被动性材料组成，使得材料跟随嵌置在材料内的EAP元件的形状改变。

“微颗粒”是具有小于100μm，并且在具体实施方案中，小于10μm的最大外部延伸部的EAP材料颗粒。在更具体的示例中，微颗粒可具有介于0.1μm与3μm之间的最大外部延伸部。微颗粒可具有圆形横截面，例如是球形的或椭圆形的，或者可包括具有任何所期望的横截面(例如圆形或菱形)的杆或纤维。

为简单起见，术语“颗粒”在本文中可与术语“微颗粒”互换地使用。二者将被相同地解释，以指代以上限定的“微颗粒”。

在实施方案中，不同区域可在与所述表面平行的方向上彼此隔开。具体地，所述不同区域中的每一个可对准或映射在可变形表面的不同的相应区域上。以这种方式，在每个不同区域中诱发的致动响应可在可变形表面的不同的相应区域中实现变形响应，这些随后一起形成非一致的变形轮廓。

根据至少一组实施方案，多个微颗粒可包括多个子组的微颗粒，并且电刺激被配置成在所述子组中的不同子组中诱发不同的致动响应。这意味着所诱发的致动响应在每个子组中是不相同的。子组可以是相同尺寸或可以是不同尺寸。子组可在空间上彼此分隔开，或可连续地布置。在至少一组示例中子组可在与可变形表面平行的方向上相对于彼此隔开。

在不同子组中诱发不同响应的效果在于可在由多个微颗粒形成的不同区域中诱发不同的致动响应。不同的子组可对应于不同的复数个组的微颗粒，或可构成或包括这些复数个组中的仅若干部分或区段。

可将不同刺激施加至微颗粒的不同子组。可存在仅施加至一些子组的颗粒的刺激，并且没有刺激施加至其它子组。为避免疑惑，设想到这个特征可组合或包括在本申请中所公开或权利要求所涵盖的本发明的任何实施方案中。

多个电活性聚合物微颗粒可在顺应性材料构件的体积内分散在至少两个维度上，并且任选地在三个维度上。在这种情况下多个EAP颗粒形成在至少两个维度上并且可能在三个维度上延伸的布置结构。这样的构造可使可实现的变形图案的柔性最大化并且增强对装置表面的形状或拓扑提供的控制的程度。

电极布置结构中的一个或多个能够操作以将电刺激施加至在两个或任选地三个维度上延伸的复数个组的EAP颗粒。

电极布置结构中的一个或多个能够操作以将电刺激施加至相比于微颗粒的整体布置结构在较少维度上延伸的复数个组的EAP颗粒。例如，在多个EAP颗粒在顺应性材料构件内在三个维度上延伸的情况下，电极布置结构中的一个或多个能够操作以将电刺激施加至仅在两个维度上延伸的复数个组。

根据至少一组的示例，多个电活性聚合物微颗粒可被布置成具有在顺应性材料构件的体积上均匀的密度。如上所述，根据这种布置结构，可通过在均匀分布的颗粒上施加非一致的刺激图案而在装置的表面上实现非一致的变形轮廓或图案。一些区域可由一个或多个电极布置结构刺激，而其它区域闲置。替代性地，一些区域可在相比于其它区域更大的强度下进行刺激(从而在顺应性材料构件中致动较大量值的变形)。仍然替代性地，可通过使用断续地定位的非顺应性材料部件来实现不一致的表面变形，该非顺应性材料部件适于影响构件的具体区域的顺应性。以下更详细地描述这些示例。

根据一组替代性的示例，多个电活性聚合物微颗粒可被布置成具有在顺应性材料构件的体积上变化的密度。该密度可以按照与在装置表面上的变形的预期变化相称的方式变化。在这种情况下，通过在EAP颗粒的整个布置结构(或其一部分)上施加简单一致的刺激图案，可在表面拓扑或浮凸中实现非一致的变形图案或轮廓。

在某些实施方案中，该装置进一步包括非柔性背衬层，该非柔性背衬层联接在顺应性材料构件的主表面上，以响应于电活性聚合物微颗粒的变形而实现顺应性材料层的弯曲。非柔性或非顺应性背衬层可在该装置的一个主表面的整个范围上延伸，借此限制该层的柔性以在与所述背衬层平行的方向上扩展。如果微颗粒被刺激以因此在这些方向上变形，则该层被迫在与背衬层表面相切的方向上翘曲或弯曲。这将实现顺应性材料构件的体积的总体形状的改变。

根据一组或多组示例，非柔性背衬层可包括多个隔离的区段，该多个隔离的区段沿着所述表面定位，以响应于电活性聚合物微颗粒的变形而诱发顺应性构件的非均匀弯曲。在这种情况下，该材料构件的某些区段将平行于该层自由地扩展，而其它区段不扩展。EAP颗粒的扩展在这种情况下将在与联接背衬层区段的主表面平行的方向上在构件上触发非一致或非均匀的翘曲或弯曲图案。这将在顺应性材料构件中诱发形状改变，从而在顺应性材料构件的表面拓扑中实现非一致的改变。

非均匀弯曲可包括(例如)波状的弯曲。其意味着表面上的曲率具有在表面上改变的梯度。

根据一个或多个设想到的实施方案，该形状改变装置可进一步包括柔性背衬层，该柔性背衬层联接在顺应性材料构件的主表面上，并且具有在所述主表面上变化的弹性。背衬层的非一致的柔性导致在顺应性材料构件上产生相称的非一致的柔性。因此，该构件在与柔性背衬层平行的方向上的扩展(由EAP颗粒变形引起)将导致在该层上产生非一致的弯曲图案，且在局部较低刚度的区域处出现较大弯曲，在具有较大刚度的区域上有更多弯曲。

被动背衬层的相对较低刚度的区段可具有这样的刚度，即，该刚度充分低以致在由那些区段覆盖的区域上没有出现层的弯曲。这可导致例如层的波状弯曲。

这个实施方案可与颗粒的均匀分布组合以能够在装置表面处实现非均匀的变形。

替代性地，该实施方案可与微颗粒的非均匀分布(例如仅在该层的处于较刚性区段下方的区域上提供的微颗粒)组合。这将能够在较厚区段上实现局部表面突出部或凸块。

根据某些示例，该装置可包括多个电极布置结构，每个电极布置结构独立地可操作以将电刺激施加至空间上相区别的子组的电活性聚合物微颗粒。可提供(例如)电极布置结构的阵列。这些示例能够在EAP颗粒布置结构的不同区域上实现可变的激活图案，和周围的顺应性材料构件的可变化的变形。通过选择性地激活多个电极布置结构的不同构造，可在装置表面处实现不同的变形图案。

根据一个或多个实施方案，多个电活性微颗粒可包括第一子组微颗粒和至少一个第二子组微颗粒，第一子组微颗粒具有第一形状、尺寸和/或取向，且第二子组微颗粒具有第二形状、尺寸和/或取向。不同子组可对应于微颗粒布置结构的空间上相区别的子区域。改变在不同的空间区域的颗粒的形状、尺寸或取向可在响应于EAP颗粒的激活而在该层上诱发的变形图案中引入另外的局部可变性。这因此能够对在表面上可实现的变形图案实现甚至更大的控制。

在一个或多个实施方案中，顺应性材料构件可具有在构件的至少一个维度上变化的厚度。这种变化的厚度可在材料针对EAP颗粒的刺激的变形响应中引入另外的可变性。例如，可使较厚区段刚性更大并使较薄区段刚性较小。这个实施方案可(例如)与以均匀的刺激图案刺激的颗粒的均匀分布相结合，但是仍然在层表面上提供非一致的变形响应。

根据以上概述的实施方案中的任一种，多个电活性聚合物微颗粒中的每一个的最大尺寸维度(延伸部)可介于0.1微米与3微米之间。

根据任一实施方案，多个电活性聚合物颗粒和顺应性材料构件形成具有总体积的复合结构，并且多个电活性聚合物颗粒构成这个总体积的介于1％与70％之间的一部分，并且任选地，它们构成总体积的介于20％与50％之间的一部分。

根据一组实施方案，多个EAP微颗粒由单行空间上分隔开的微颗粒构成，每个微颗粒在顺应性材料构件的第一主表面和顺应性材料构件的相反的第二主表面之间延伸。

根据本发明的另一方面，提供一种生产根据本发明的装置的方法，该方法包括：

通过复合挤制工艺形成顺应性材料构件。

通过控制定量给料的速率，可改变嵌置在顺应性材料内的EAP微颗粒的密度。这可沿着顺应性材料构件的层进行。

在示例中，提供电极布置结构可包括将一个或多个电极印刷在柔性材料构件的第一主表面和第二主表面中的每一个上。

根据一个或多个实施方案，该方法可进一步包括控制给柔性材料定量供应电活性聚合物颗粒的速率，以便随着时间推移而改变。

通过随时间变化定量给料的速率，可控制柔性材料构件内的EAP颗粒的密度图案。可实现具有非均匀性的具体图案的非均匀颗粒分布。

附图说明

现将参照附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出未被夹住的已知EAP装置；

图2示出受背衬层约束的已知EAP装置；

图3至图10示出根据本发明的示例性装置。

具体实施方式

本发明提供了一种利用电活性聚合物材料形成的多个颗粒的装置，该多个颗粒嵌置在顺应性材料基质内并且适于响应于电刺激的施加而变形。该装置可以是形状改变装置。顺应性基质所产生的形状改变能够在顺应性材料的表面上实现具体的变形轮廓。颗粒以复数个群组由电极的一个或多个布置结构进行刺激。受刺激的EAP颗粒区域的形状、尺寸、维度和位置可选择性地选取以在材料中引发具体的响应，并且在材料表面上产生具体的预期变形轮廓。

图3示出根据本发明的实施方案的第一示例性装置。该图示出在电刺激之前(上图)和之后(下图)的装置。该装置包括顺应性材料构件20，该顺应性材料构件容纳嵌置并且均匀地分散在顺应性材料基质24内的多个电活性聚合物(EAP)颗粒28。一对电极32、34分别贴附在顺应性材料构件20的顶部主表面和底部主表面上。另外提供控制器(未示出)，该控制器适于将电势差可控制地施加至电极32、34，从而在构件20上诱发电场。

在电极32、34之间施加电场之后，多个EAP颗粒沿着宽度方向共同地经受同时扩展(如从图3的透视图看到的)。这种共同变形诱发周围的顺应性材料基质24中产生对应的变形响应，其中顺应性材料构件在平行于该构件的顶部主表面和底部主表面的一个或多个方向上经受侧向扩展或伸展。

因为顺应性构件20扩展，所以顶部主表面和底部主表面经受与这种扩展平行的平面内变形。通过控制施加至电极32、34的电势差的量值，可实现不同程度的平面内变形。此外，如以下进一步解释的，可按照至少一种模式来控制电极布置结构以提供受控的非一致的变形轮廓。

根据图3中所示的具体示例，在顺应性材料构件20的相反两侧上的主表面(18、19)上诱发的变形轮廓包括平面内变形。然而，本领域技术人员将明白，通过应用合适的夹紧装置，可例如按照如参照图2所述的方式变换成对应的平面外变形轮廓。或者，例如，通过夹紧构件的侧表面，使得构件的平面内扩展(与该构件的顶部主表面和底部主表面平行)受到限制，可诱发该构件在平面外变形。

尽管在图3中所示的布置结构中，颗粒被示为球形颗粒，但是根据替代性示例，颗粒可具有多种形状或形式中的任何形状或形式。颗粒可以是椭圆形的、圆柱形的，或包括(例如)杆、纤维或薄片。

此外，尽管颗粒被示为根据排序的阵列构造来布置，但是这并非必需的。在替代性示例中，颗粒可以按照随机无序的构造均匀地分布，而没有导致装置的性能出现任何必然的劣化。

对于图3的示例，假设EAP颗粒包括场驱动型EAP，使其可通过在电极对32、34之间施加电场进行刺激。然而，在替代性实施方案中，可将离子(或电流)驱动型EAP材料用于EAP颗粒。在此情况下，顺应性材料需要包括合适的离子交换膜片或(聚)电解质基质。另外，对于离子EAP实施方案，电极32、34可任选地布置或以不同的方式配置，例如安装到顺应性材料构件的相反(从图3中所示的透视图的左侧和右侧)两端。

根据另外的示例，顺应性材料构件的构造和设计以及嵌置的颗粒的布置结构可被调适，以便响应于电刺激的施加而实现不同的具体变形效应。

图4示出根据本发明的实施方案的第二示例性装置。根据这种布置结构，电活性聚合物颗粒28在顺应性材料基质24上非均匀地分布。具体地，EAP颗粒28被布置成在空间上隔离的子群组29(其中两个以例示的方式由标记29示出)。在将电势差施加至电极32、34之后，在全部子群组中的颗粒28同时受到刺激。

颗粒所产生的变形导致在顺应性材料基质24中产生非均匀的变形响应。基质的紧接包围子群组29中的每一个的区域在平行于顺应性材料构件20的两个主表面的方向上经受强大的变形响应。基质的落入子群组之间的区域在经受一些变形时经受弱得多的整体变形响应。

由于顺应性基质24的非均匀变形，诱发顺应性构件主表面的非一致的平面内变形，从而具有在表面上变化的量值或幅度。这种变化的变形等效地对应于在构件及其主表面的不同区域上变化的诱发应变。将在直接位于EAP颗粒子群组29中的每一个上方和下方的区域上诱发较大量值的应变，并且在落入子群组中的每一个之间的区域上诱发较小的应变。这种非一致的平面内变形，或非一致的诱发应变可在(例如)控制表面摩擦中具有有用的应用。

图5示出根据本发明的实施方案的第三示例性装置。该装置包括顺应性材料构件20，该顺应性材料构件具有在整个顺应性材料基质24中均匀地分散的多个电活性聚合物颗粒28。分别在构件的底部主表面和顶部主表面上贴附第一电极空间分布阵列40和第二电极空间分布阵列42。每个阵列中的电极协作地对准以形成多个电极布置结构，每个电极布置结构包括相应的一对相反的顶部电极34和底部电极32。

装置20进一步包括控制器(未示出)，该控制器适于控制施加到电极对中的一个或多个的电压，以便激发构件中的变形响应。根据本示例的电极对与控制器电联接(有线或无线)，使得能够独立寻址且能够独立控制。因此，可根据不同的预期变形方案刺激电极对的不同组合。

在(例如)期望构件的主表面均匀变形的情况下，可激活全部电极对，并且因此刺激EAP颗粒28的整个布置结构变形(如通过图5中的示例所示的)。然而，根据替代性方案，可仅激活(例如)交替的对，以便借此在构件表面上实现非均匀的变形响应，类似于图4中所示的那样。此外，可施用更复杂的激活方案，以便诱发任何具体的预期变形形状或图案。

考虑构件的整个二维表面(延伸到所示附图的页面中)，可对应于具体形状或形式来选择电极布置结构(电极对)。然后可在构件的主表面上实现与这种形状或形式相称的变形轮廓。例如，可选择电极对的大致圆形的图案，以诱发圆形的平面内变形。这仅通过示例的方式给出，并且替代地可选择替代性的规则或不规则的形状或图案。

此外，尽管图5的示例示出相应的规则的电极阵列40、42，但是该构思不限于这样的布置结构。可根据任何所期望的规则或不规则的图案、方案或空间构造在顶部主表面和底部主表面中的每一个上施加复数组电极(以形成对应的复数组电极对)。电极可在表面上稀疏地分布或可彼此连续地布置。

另外，在另外的示例中，每一组或每一阵列40、42中的电极可被设置成具有比图5中所示的那些小得多的尺寸，以便在可实现的变形图案和响应上实现甚至更大程度的控制。在极端情况下，每个电极可被设置成具有仅覆盖单个颗粒的宽度(或直径)的延伸部。因此，在颗粒是根据排序的阵列布置的情况下(如在图5的示例中)，每个电极对(电极布置结构)将可操作以仅刺激单个“竖”行的颗粒28。

此外，尽管在图5中所示的示例中，提供了在顺应性材料构件20的主表面上施加的电极阵列40、42，但是根据另外的示例，可另外或替代性地提供嵌置在顺应性材料基质24自身内的电极。这可通过实现较大数目的较小颗粒子群组的独立刺激来提供对顺应性材料构件的变形响应的甚至更大程度的控制。

举例来说，可提供彼此毗邻并且侧向地延伸通过顺应性构件的中心(或中心平面)的附加的两个阵列，该两个阵列各自被布置并对准以与顶部电极阵列42和底部电极阵列40中的每一个的电极形成相应的电极对。这仅通过例示的方式给出，并且也可使用嵌置式电极的任何具体布置结构。

图6示出根据本发明的实施方案的第四示例性装置。该装置包括顺应性材料构件20，该顺应性材料构件容纳在顺应性材料基质24中均匀地分散的多个嵌置的EAP颗粒28。一对电极32、34分别贴附在顺应性材料构件20的顶部主表面和底部主表面上。在上电极34的顶部上，进一步贴附刚性(非顺应性)背衬层48，该背衬层是由较薄材料50和较厚材料52形成的交变区域形成的。较薄材料提供背衬层的更顺应性(更弹性)的区域，而较厚材料提供背衬层的较低顺应性(较小弹性)的区域。

该装置进一步包括控制器(未示出)，该控制器适于控制施加到电极对32、34的电势差，以借此在构件20上诱发电场。如图6中所示，在由控制器施加电场时，多个颗粒被刺激以通过侧向地扩展而变形。这诱发周围EAP基质中产生对应的变形响应，其中在与构件的主表面平行的方向上在层上诱发侧向应力。

在顶部表面上贴附的背衬层48限制该构件的可实现的侧向变形。在层的顺应性低的较厚区域52，高度地限制可实现的侧向应变。在背衬层的较薄区域50上，较少地限制可实现的侧向应变。因此，由于变形而在构件中积累的应力迫使该构件在平面外方向上变形，并且借此采用波状的弯曲构造，如图6中所示。

通过改变非顺应性背衬层的较厚区域52和较薄区域50的相应宽度和分隔距离，可实现平面外变形的任何所期望的图案或轮廓。如本领域技术人员将明白的，可简单地通过选择性地设计材料的较厚区域和较薄区域的构造以具有合适的表面区域、形状和尺寸，可诱发任何具体的表面拓扑出现。

根据另外的示例，可将这个实施方案与颗粒28的非均匀分布结合以在可实现的变形图案中实现进一步的变化和自由度。另外或替代性地，该实施方案可与电极对的复数个构造的使用相结合(例如类似于图5的布置结构)。

用于实现不同的平面外表面变形图案的广泛可能性在另外的实施方案中通过替代性设计手段同样也是可实现的。图7和图8分别示出各自根据本发明的实施方案的第五示例性装置和第六示例性装置。根据这些示例，电活性聚合物颗粒28包括分布在顺应性材料基质24上的不同形状的颗粒。图7中的颗粒的布置结构是由球形颗粒和椭球形颗粒的交替的子组形成的。交替图案在材料构件上是一致的。

图8中的颗粒的布置结构是由竖直和水平对准的椭球形颗粒形成的交替子组形成的。交替图案在这里在顺应性材料构件上也是一致的，但是每个子组通过其中不含有颗粒的小间隙与相邻子组分隔开。这确保每个子组覆盖顺应性材料构件的大致相等长度的区段。

顺应性材料构件20在每一情况下具有分别在构件的底部主表面和顶部主表面上施加的单对连续的电极32、34。该装置进一步包括控制器(未示出)，该控制器适于将电势差可控制地施加至电极32、34，以便借此在构件上诱发电场。

对于图7的实施方案，在施加电场时，球形颗粒经受类似于在前的示例性实施方案中所示的变形，并且每个颗粒28在与构件20的主表面平行的方向上侧向地扩展。相比之下，椭圆形颗粒适于通过在大致上正交于由构件的主表面限定的平面的“竖直”方向(根据图7中给出的透视图)上扩展或伸展而响应于刺激。

因此，在顺应性材料基质24的不同区域上诱发不同模式的变形响应，从而导致在主表面上产生非一致的变形轮廓。例如，在含有椭圆形颗粒的区域，诱发构件的大致上“竖直”的伸展，而在含有球形颗粒的区域，施加大致上侧向的伸展。结果是在包括平面外元件和平面内元件两者的主表面上形成非一致的变形轮廓。局部不同的变形响应导致局部不同的弯曲或变形形状或图案。

为例示说明的目的，在图7中勾画出诱发的变形轮廓的示意性绘图。当然，对于本领域技术人员来说，显然在实践中，在表面上诱发的变形的具体轮廓或形状可不同于所示的那个，并且将取决于颗粒28的具体配置和所使用的EAP材料的具体变形特性。

类似地，图8的实施方案，椭球形颗粒的每个子组适于通过在平行于如图8中所示的颗粒的椭圆形横截面的半短轴方向上变形来响应于电刺激。因此，“竖直”对准的椭球形颗粒在侧向方向(与顺应性材料构件的主表面平行)上变形，并且“水平”对准的椭球形颗粒在“竖直”方向(垂直于顺应性材料构件的主表面)上变形。

这种“竖直”和“水平”变形交替的图案可诱发与图7的示例中所诱发的类似的变形图案，例如波状或其它交替弯曲的图案。为例示说明的目的，在图8中勾画出所诱发的变形轮廓的示意性绘图。当然，如针对图7的示例，对本领域技术人员来说，显然在实践中，在表面上诱发的变形的具体轮廓或形状可不同于所示的，并且将取决于颗粒28的具体配置和所使用的EAP材料的具体变形特性。

尽管在图7和图8中所示的示例中，通过示例的方式示出球形和椭圆形颗粒，但是在另外的变体中，可另外或替代性地使用不同形状的颗粒。这些可包括(同样，仅通过非限制性示例的方式)杆形颗粒或呈纤维或薄片形式的颗粒。

根据另外的示例，EAP颗粒28布置结构可包括更多种类的不同颗粒形状，例如三种或四种不同的颗粒形状。这些可根据子群组的规则重复图案来布置，或者可布置在以不同方式排序的子群组中，例如不太规则的构造。

不同形状的颗粒可以不布置成指定形状的子群组，而是可混合在一起。

这个实施方案可进一步有利地与复数个电极对布置结构的使用相结合，以借此实现EAP颗粒的不同空间区域的独立刺激。电极对可被布置成与交替形状的颗粒的不同子组一致。替代性地，其可根据不同的构造来布置。多个电极可覆盖每个子组(在例如使用充分小的电极的情况下)。

这个或结合本发明所描述的任何其它实施方案也可有利地与在厚度上在其范围上侧向地变化的顺应性材料构件的使用相结合。这可以是厚度连续减少或增加的改变，或者可以是在构件上波动的厚度。

非一致的厚度可将进一步的非均匀性引入至顺应性基质的变形响应，并且借此引入至在主表面上建立的所形成的变形轮廓。

另外，在这个或任何其它实施方案中，可提供由密度或弹性在构件上变化的顺应性材料形成的顺应性材料构件20。这同样可以是连续的变化图案或波动图案。这同样可以将非均匀性或变化性的其它来源添加至构件的变形响应。

此外，使用不同形状的颗粒在具体示例中可有利地与本发明的任何实施方案相结合，以实现所获得的表面变形轮廓的进一步调适。

图9中示出根据本发明的实施方案的第七示例性装置。该装置包括顺应性材料构件20，该顺应性材料构件容纳嵌置在顺应性材料基质24内的多个EAP颗粒28。该颗粒被布置成一系列空间上分隔开的子群组，这些子群组在构件上侧向地分布。电极32、34施加在构件的顶部主表面和底部主表面上以用于刺激颗粒。

在顶部表面上还设有背衬层68，该背衬层是由其厚度在构件的宽度上变化的柔性材料形成的。该层包括较厚区段和较薄区段，每一较厚区段在在EAP颗粒的空间上分隔开的组中的一个上延伸，且较薄区段在落入其间的区域中的每一个上延伸。较厚区段自然地顺应性较低(柔性较低)，而较薄区段提供较大柔性。

该装置进一步包括控制器，该控制器适于可控制地在电极32、34上施加电势差，以在构件上建立电场。

在施加电场时，成组的颗粒中的每一组侧向地(在与顺应性构件20的主表面平行的方向上)扩展。这导致产生施加至在落入子组之间的空区域中的每一个的向内“挤压”效应。因为所诱发的应力不能在侧向方向上释放，所以诱发顺应性材料在“竖直方向”上变形。

在构件的顶部上的柔性背衬层限制在与柔性背衬层的较厚区段一致的区域上的表面的平面外变形。因此，平面外变形仅在落入较厚区段之间的区域处是可能的。结果是在表面上产生多个平面外“凸块”70，其与顺应性材料构件的不包含EAP颗粒的区域中的每一个一致。

在替代性示例中，可提供具有不同设计或构造的柔性背衬层68，例如包括不同形状、大小或位置的较厚区段和较薄区段。这能够实现响应于电刺激而形成的凸块或突出部的任何具体的预期图案。

图10示出根据本发明的实施方案的第八示例性装置。根据这个实施方案，该装置是由单个层构件20形成，该单个层构件包括交替的EAP区段28和顺应性材料区段24。区段中的每一个延伸层构件20的整个高度。在层构件的顶部表面和底部表面上延伸的是相应的电极32、34。

该装置还包括控制器(未示出)，该控制器适于在两个电极32、34上施加电势差，以便在层构件20上建立电场。

在施加电场时，EAP区段28侧向地(与该层的顶部表面和底部表面平行)变形，并且在构件的顶部主表面和底部主表面上产生同时发生的变形响应。在所示的示例中，EAP元件28在构件的范围上非均匀地分布。因此，在刺激EAP元件时，在表面上建立非一致的平面内变形轮廓，该非一致的平面内变形轮廓在与EAP的较宽区段一致的区域上具有较大的量值或幅度，且在与较短区段一致的区域上具有较低的幅度。

这个实施方案的一个优点是其制造简单。可通过将EAP材料28和顺应性基质材料24的区段交替印刷在下电极32上，且最后通过将第二电极34印刷在顶部上完成该层来形成。

尽管在以上所描述的示例性实施方案中的每一个中，已示出大致上矩形形状的电极，但是根据替代性示例，可替代地使用不同形状的电极。仅以非限制性示例的方式，这些形状可包括圆形、椭圆形、三角形或六边形，或任何其它规则或不规则的形状。在提供多种电极布置结构来刺激EAP颗粒的不同子组的情况下，选定的电极形状能够实现对颗粒的对应形状的子群组的刺激。然后，这可导致产生变形轮廓，该变形轮廓跟随、包括所述形状或与所述形状一致。例如，圆形电极可用来刺激EAP颗粒的圆形区域，并且借此在构件表面的跟随那个形状的对应区域上诱发变形(平面内或平面外)。

根据以上所述的实施方案中的任一个，在颗粒被表示为球形颗粒的情况下，设想到在替代性示例中颗粒可具有多种形状或形式中的任何形状或形式。颗粒可以是椭圆形的、圆柱形的或包括(例如)杆、纤维或薄片。杆可具有任何横截面，包括(例如)圆形、椭圆形或菱形的。

此外，在颗粒被示为根据排序的阵列构造进行布置的情况下，这并不意图限制本发明的范围。在替代性示例中，颗粒可以按照随机无序的构造均匀地或非均匀地分布，并且没有对装置的性能产生任何必然的劣化。

此外，在以上示例性实施方案中的每一个中已假设EAP颗粒包括场驱动型EAP材料，使得场驱动型EAP材料可通过在电极对32、34之间施加电场来刺激。然而，在替代性实施方案中，可将离子(或电流)驱动型EAP材料用于EAP颗粒。在这些情况下，顺应性材料可能需要包括合适的电介质材料或其它载流材料。

根据以上示例中的任何示例，所提供的控制器可适于将适合建立强度在10V/μm至50V/μm至100V/μm范围内的电场的电压施加至电极。这些数量提供了可使用的一组有利范围的一个示例，但并不表示落在这个范围之外的量值的电场不适合。

为了在构件上建立一致的电场，可能需要根据落在那些电极(在设置了多于一个电极布置结构的情况下)之间的材料的厚度、密度或组成调适施加至不同电极布置结构的电压。具有较高浓度的EAP颗粒的区域(例如)可能需要较高的施加电压来建立相比于具有较低密度的EAP颗粒的区域相同的电场强度。

适用于EAP部件的材料是已知的。电活性聚合物包括(但不限于)下述子类：压电聚合物、机电聚合物、弛豫型铁电聚合物、电致伸缩聚合物、电介质弹性体、液晶弹性体、共轭聚合物、离子聚合物金属复合材料、离子凝胶和聚合物凝胶。

电致伸缩聚合物子类包括(但不限于)：

聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯(PVDF-TrFE-CFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-TrFE-CTFE)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF–HFP)、聚氨酯或其混和物。

电介质弹性体子类包括(但不限于)：

丙烯酸酯、聚氨酯、硅树脂。

共轭聚合物子类包括(但不限于)：

聚吡咯、聚-3,4-乙烯二氧噻吩、聚苯硫醚、聚苯胺。

离子装置可基于离子聚合物-金属复合材料(IPMC)或共轭聚合物。离子聚合物-金属复合材料(IPMC)是合成的复合纳米材料，其在施加的电压或电场下显示出人造肌肉的表现。

更详细地，IPMC由诸如Nafion或Flemion的离子聚合物组成，其表面经化学镀覆或物理涂布有诸如铂或金的导体或基于碳的电极。在所施加的电压下，由于在一条IPMC上施加的电压所致的离子迁移和再分布导致产生弯曲变形。该聚合物是溶剂膨胀的离子交换聚合物膜片。电场使阳离子与水一起行进到阴极侧。这导致了亲水性簇团的重新组织和聚合物的扩展。阴极区域的应变导致在聚合物基质的其余部分产生应力，从而导致朝向阳极弯曲。逆转所施加的电压会使弯曲倒转。

如果将镀覆电极布置成非对称构造，则施加的电压可引起各种类型的变形，诸如扭转、扭曲、翻转及非对称弯曲变形。

在所有这些示例中，可提供附加的被动层以响应于所施加的电场而影响EAP层的电气和/或机械表现。

每一单元的EAP部件可夹在电极之间。该电极可以是可拉伸的，以使其跟随EAP材料层的变形。适用于电极的材料也是已知的，且例如可从以下各项组成的群组中选出：金属薄膜，诸如金、铜、或铝；或有机导体，诸如碳黑、碳纳米管、石墨烯、聚苯胺(PANI)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)，例如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)。也可使用金属化聚酯膜，诸如金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如使用铝涂层。

EAP主要由于小形状因子、柔性和高能量密度而提供用于致动功能的独特益处。因此，EAP和光响应聚合物可易于整合在柔软的3D形状和/或微型的产品和接口中。此类应用的示例是：

皮肤美容护理装置，诸如呈基于响应性聚合物的皮肤贴布形式的皮肤致动装置，其将恒定或周期性的拉伸施加给皮肤以便张紧皮肤或减少皱纹；

具有患者界面罩的呼吸装置，其具有基于响应性聚合物的主动衬垫或密封件，以便向皮肤提供交替的正常压力，这会减少或避免面部红印。

具有适应性剃刀头的电动剃刀。皮肤接触表面的高度可使用响应性聚合物致动器来调整，以便影响贴近性与疼痛刺激之间的平衡。

口腔清洁装置，诸如具有动态喷嘴致动器的空气牙线，以改善喷流尤其是在牙齿之间的空间中的影响范围。替代性地，牙刷可设置有激活的刷毛簇；

消费性电子装置或触摸面板，其经由整合到用户界面中或附近的响应性聚合物换能器阵列来提供局部触觉反馈；

具有可操纵的末端的导管，以实现在曲折的血管中的轻松行进；

受益于这种致动器的另一种类的相关应用涉及光的改变。使用这些致动器，诸如透镜、反射表面、光栅等的光学元件可通过形状或位置调适而具有适应性。在这里，EAP的一个益处是较低的功耗。

另外的形状改变装置的可能应用领域包括超声装置、眼压测量、口腔保健和微流体学。

以上所描述的示例性形状改变装置中的任一个可通过复合挤制工艺生产，其中原顺应性材料被送入适当地成形的挤压机中，并且一致地或周期性地，定量地供应EAP材料。在需要嵌置的EAP颗粒的均匀分布的情况下，可连续地定量供应EAP材料。在需要空间上分隔开的子群组的情况下，可周期性地添加EAP材料。在需要非一致的密度的EAP材料的情况下，添加EAP材料的速率可随时间推移而改变。

为了实现所期望的变形特性，顺应性材料构件可由具有与电活性聚合物颗粒的等效弹性模量大约相等(或在相同的数量级上)的弹性模量(杨氏模量)的材料或复合物形成。

在(例如)EAP颗粒是由具有介于0.1MPa至10MPa之间的弹性模量的EAP材料形成的情况下，则用于顺应性材料构件的合适材料可包括(仅通过非限制性示例的方式)诸如(例如)硅橡胶的橡胶，或诸如(例如)聚丙烯酸酯橡胶的其它橡胶；乙烯丙烯酸酯橡胶；异丁烯异戊二烯丁基橡胶。许多其它橡胶本身是已知的，并且本领域技术人员知道在橡胶或聚合物手册中找到它们。顺应性材料不必是橡胶材料。允许由于电刺激产生变形的任何其它材料在本发明的定义内是顺应性的。在形成具有介于500MPa至1000MPa之间的弹性模量的EAP颗粒而不是PVDF基电活性材料(更多细节见上文)的情况下，则用于顺应性材料构件的合适材料可包括聚乙烯(具有700MPa的杨氏模量)或PTFE(具有300MPa的杨氏模量)。再次，这些仅以非限制性示例的方式列出，并且其它合适的材料对本领域技术人员来说是显然的。

在根据合适的挤制工艺形成具有嵌置的EAP颗粒的顺应性材料构件之后，可将一个或多个电极布置结构设置在构件的顶部主表面和底部主表面中的每一个上。这可例如通过印刷来实现。然而，也可使用任何其它合适的手段。

本领域技术人员在实施要求保护的发明时，从对附图、公开内容以及所附权利要求的研究中能够理解和实施所公开的实施例的其他变体。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一(a或an)”不排除复数。事实上某些措施在互不相同的从属权利要求中表述并不代表这些措施的组合不能被用于获益。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制其范围。

Claims (15)

1.一种装置，所述装置具有可变形表面，所述装置包括：

-顺应性材料构件，所述顺应性材料构件具有体积；

-多个电活性聚合物微颗粒，所述多个电活性聚合物微颗粒被分散在所述体积内，所述电活性聚合物微颗粒适于响应于电刺激的施加而变形；

-一个或多个电极布置结构，每个电极布置结构能够操作以将电刺激施加至所述电活性聚合物微颗粒的复数个组；以及

-控制器，所述控制器被配置成控制所述一个或多个电极布置结构以将电刺激施加至所述多个微颗粒，所述刺激被配置成在所述顺应性材料构件的不同区域中诱发不同的致动响应，以借此实现所述顺应性材料构件的形状改变，所述形状改变被配置成致使在所述可变形表面上产生非一致的变形轮廓。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述刺激被配置成基于以下项中的一项或多项在所述顺应性材料构件的不同区域中诱发不同的致动响应：

使施加至所述顺应性材料构件的不同区域的电刺激不同；

使所述顺应性材料构件的不同区域中的微颗粒的密度不同；以及

使所述顺应性材料构件的不同区域中的微颗粒的形状和/或尺寸不同。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述多个电活性聚合物微颗粒包括微颗粒的多个子组，并且所述电刺激被配置成在所述子组中的不同子组中诱发不同的致动响应。

4.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述多个电活性聚合物微颗粒在所述顺应性材料构件的所述体积内分散在至少两个维度上。

5.根据任一前述权利要求所述的形状改变装置，其中，

所述多个电活性聚合物微颗粒在所述顺应性材料构件内具有遍及顺应性材料构件的所述体积是恒定或均匀的密度；或

所述多个电活性聚合物微颗粒具有遍及所述顺应性材料构件的所述体积变化的密度。

6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述顺应性材料构件包括主表面，并且所述装置进一步包括非柔性背衬层，所述非柔性背衬层联接至所述主表面，以响应于电刺激而实现所述顺应性材料构件的弯曲，并且任选地，其中，

所述非柔性背衬层包括多个隔离的区段，所述多个隔离的区段沿着所述主表面定位，以响应于所述电刺激而诱发所述顺应性材料构件的非均匀弯曲。

7.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述顺应性材料构件包括主表面，所述装置进一步包括柔性背衬层，所述柔性背衬层联接至所述主表面并且具有在所述主表面上变化的弹性。

8.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述装置包括多个电极布置结构，所述多个电极布置结构中的每一个能够独立操作以将电刺激施加至所述电活性聚合物微颗粒的空间上相区别的子组。

9.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述多个电活性微颗粒包括在所述体积中具有第一形状、尺寸和/或取向的微颗粒的第一子组，和在所述体积中具有第二形状、尺寸和/或取向的微颗粒的至少一个第二子组，所述第二形状、尺寸和/或取向不同于对应的所述第一形状、尺寸和/或取向。

10.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述顺应性材料构件具有在所述顺应性材料构件的至少一个维度上变化的厚度。

11.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述多个电活性聚合物微颗粒中的每一个的最大尺寸的延伸部介于0.1微米与3微米之间。

12.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述多个电活性聚合物颗粒和所述顺应性材料构件形成具有总体积的复合结构，并且所述多个电活性聚合物颗粒构成这个总体积的介于1％与70％之间的一部分。

13.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述顺应性材料构件包括第一主表面以及与所述第一主表面相反的第二主表面，并且所述多个电活性聚合物微颗粒由单行空间上分隔开的电活性聚合物微颗粒组成，每个电活性聚合物微颗粒在所述第一主表面与所述第二主表面之间延伸。

14.一种生产装置的方法，所述方法包括：

-通过复合挤制工艺形成顺应性材料构件，所述复合挤制工艺包括：

-通过连续地或周期性地给柔性材料定量供应电活性聚合物材料的微颗粒来形成定量给料的柔性材料；

-挤制所述定量给料的柔性材料以便提供具有多个嵌置的电活性聚合物微颗粒的所述顺应性材料构件；

-提供一个或多个电极布置结构；以及

-提供控制器，所述控制器电联接至所述一个或多个电极布置结构，并且被配置成控制所述一个或多个电极布置结构以将电刺激施加至所述多个微颗粒，所述刺激被配置成在所述顺应性材料构件的不同区域中诱发不同的致动响应，以借此实现所述顺应性材料构件的形状改变，所述形状改变被配置成致使在可变形表面上产生非一致的变形轮廓。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法进一步包括控制给所述柔性材料定量供应电活性聚合物颗粒的速率，以便随时间的推移改变所述速率。