CN109620689B - 一种基于软体复合膜的柔性器及人体表面持续按摩方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于软体复合膜的柔性器及人体表面持续按摩方法，通过过结合具有功能结构的温敏水凝胶和高弹性的隔绝薄膜，组成全软体高弹性，具有功能的复合软膜，该软膜能够将其两端的温度差转变为薄膜的震动，从而起到需要的驱动器功能，例如帮助脸部按摩。
Description
技术领域
本发明涉及软材料驱动技术领域，具体涉及一种基于软体复合膜的柔性器及人体表面持续按摩方法。
背景技术
温度敏感水凝胶能够感受外界温度的变化，从而改变其自身体积。如一种聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶，其所蕴含的高分子网络能够在温度高于其相变转化温度(～35℃)，由亲水性转变为疏水性，从而将其中的水分排出产生体积变化。人们将此种温敏水凝胶用于各类柔性驱动器，如水凝胶柔性爪子，表面改性驱动器，药物释放水凝胶等。这些柔性驱动器各自针对不同的应用，具有其独特的优势。而他们却大部分需要用于液体环境中，水分的失去将使得结构失去效果。另外其驱动产生变形的热量也大多需要额外控制供给，使得驱动结构复杂化。
专利(CN104959988A)公开了一种基于温度响应性水凝胶的肌肉驱动模块，包括基于温度响应性水凝胶的驱动层，包覆在驱动层外的柔性保护层，以及设于在驱动层和柔性保护层之间的电热层。在实际使用使该驱动模块可以外加控制电路，该控制电路通过控制电热层的通断电情况以控制驱动层的加热方式(温度、温度变化速度等)，从而产生不同的加热效果以刺激温度响应性水凝胶(即驱动层)产生不同的收缩效果，达到调控驱动模块的驱动效果的目的。这种方案通过加电的方式，电热层加热驱动模块中的温度响应性智能水凝胶，使其收缩，这就需要外界额外控制输入及取得能量。此外，该专利是要实现加电就可以让驱动薄膜整体收缩产生整体的力，在薄膜平面内产生面积变化，这个变化并非是源源不断的振动。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于软体复合膜的柔性器及人体表面持续按摩方法，通过结合具有功能结构的温敏水凝胶和高弹性的隔绝薄膜，组成全软体高弹性，具有功能的复合软膜。该软膜能够将其两端的温度差转变为薄膜的震动，从而起到需要的驱动器功能。例如帮助脸部按摩等。
本发明的技术方案如下：一种基于软体复合膜的驱动器的震荡结构包括温度差驱动的柔性震荡薄膜主体，所述薄膜主体为温度敏感水凝胶，所述水凝胶外包裹有隔离弹性薄膜以与外界隔绝；所述温度差来源于人体体温与室温温差；所述驱动器的震荡结构还包括低温区、高温区；所述温度敏感水凝胶具有柱状结构，每个水凝胶柱都会因为温度差而在柱结构初始状态、碰到高温后收缩变短状态、继续变短状态、冷却后伸长又碰触到高温区状态间不断循环变化。
所述温度敏感水凝胶为聚N-异丙基丙烯酰胺，其是一种温度敏感的聚合物，其聚合物所形成的网络能够应外界的温度变化而产生变化：温度低于其相变温度(～35℃)，聚合物为亲水状态，温度高于相变温度，聚合物为输水状态。将水凝胶升高温度到35℃以上，聚合物网络将会从溶胀大量水分子，变为挤出水分子。从而产生较大的体积变化。而当温度再次降低后，挤出的水将被再次溶胀回到水凝胶中，形成体积的增长；由此，所述聚N-异丙基丙烯酰胺的相变温度低于体温，能够在接触到体温时产生收缩，在离开体表后，吸水溶胀而回复。
进一步的，将温敏水凝胶通过浇筑模具或3D打印等成型方式，制备成具有表面微结构的3d结构。将所制备具有表面结构的水凝胶密封于弹性体中防止水凝胶因为在空气中失水而失去效果。如此水凝胶中的微结构将因为外界长期存在的温度差而产生不断的在初始状态、碰到高温后收缩变短状态、继续变短状态、冷却后伸长又碰触到高温区状态之间膨胀、缩小的震荡。
进一步的，可以采用通过所制备的水凝胶表面封上硅胶的预聚液，在水凝胶表面聚合成为一层极薄的弹性图层，保证水凝胶变形不收影响的前提下，防止水凝胶被在空气中失水，以及接触皮肤产生物质传递。
进一步的，还可以基于上述软体复合膜驱动器而形成的人体表面持续按摩方法，包括将所述驱动器的水凝胶依次与温度源接触以及脱离降温，从而持续不断的产生驱动，所述温度源为人体体温，所述降温环境为自然温度。
具体而言就是，将所述温敏水凝胶通过浇筑模具或3D打印等成型方式，制备成具有表面微结构的3d结构，所得的3d结构中具有微小温敏水凝胶绒毛，各个绒毛能够在体表不断增长缩短，产生震荡变形。
可替代的优选技术方案为：采用通过双网络方式合成的温敏水凝胶作为薄膜主体，其具有较好的任性，能够提升所做器件的寿命。通过简单的铸模方式将其组合为所需的结构；将所制备的水凝胶表面封上硅胶的预聚液，其聚合成为一层极薄的弹性图层。
本发明所能达到的有益技术效果是：该振动驱动器能够因外界的温度差持续产生震荡，可以起到多种驱动效果，比如通过人体皮肤的温度而在人体表面持续按摩等。由于其结构是在水凝胶本身上，无需外加加热装置，因此该结构起到的作用是让水凝胶能够依次与温度源(皮肤)接触，从而持续不断的产生驱动，此处的热量来源的皮肤体热，由此本发明的振动驱动器不需通过外界额外加点或其他方式加热，通过人体本身存在的体温与室温温度差来使薄膜驱动。此外，本发明只在薄膜局部产生厚度变化，且这个变化是源源不断的振动。
附图说明
图1为本发明的具有温度差情况下震荡的结构及工作机理示意图。
图中：1、低温区，2、隔离弹性薄膜，3高温区，4、柱结构初始状态，5、碰到高温后收缩变短状态，6、继续变短状态，7、冷却后伸长又碰触到高温区状态。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的具有温度差情况下震荡的结构及工作机理；图1中的低温区1的温度低于水凝胶的相变温度，在此温度下，水凝胶吸水溶胀，体积变大；而水凝胶外包裹的隔离弹性薄膜2，由于高温区3的温度高于水凝胶的相变温度，在此温度下，水凝胶缩水，体积变小；图1中的白色区域为温敏凝胶，所述温敏凝胶包裹于弹性薄膜间，具有柱状结构，每个凝胶柱都会因为温度差而在4-7状态间不断循环变化；其中4为柱结构初始状态较长，当碰到高温后收缩变短形成状态5，6为继续变短状态，并且离开高温面开始冷却，而7是冷却后伸长又碰触到高温区的状态。
所述水凝胶采用聚N-异丙基丙烯酰胺制备，所述聚N-异丙基丙烯酰胺是一种温度敏感的聚合物，其聚合物所形成的网络能够应外界的温度变化而产生变化：温度低于其相变温度(～35℃)，聚合物为亲水状态，温度高于相变温度，聚合物为输水状态。将水凝胶升高温度到35℃以上，聚合物网络将会从溶胀大量水分子，变为挤出水分子。从而产生较大的体积变化。而当温度再次降低后，挤出的水将被再次溶胀回到水凝胶中，形成体积的增长。
将温敏水凝胶通过浇筑模具或3D打印等成型方式，制备成具有表面微结构的3d结构。将所制备具有表面结构的水凝胶密封于弹性体中防止水凝胶因为在空气中失水而失去效果。如此水凝胶中的微结构将因为外界长期存在的温度差而产生不断的在状态4-7之间膨胀、缩小的震荡。
可替代的方案是采用通过双网络方式合成的温敏水凝胶作为薄膜主体，其具有较好的任性，能够提升所做器件的寿命。通过简单的铸模方式将其组合为所需的结构；将所制备的水凝胶表面封上硅胶的预聚液，其聚合成为一层极薄的弹性图层。
该振动驱动器能够因外界的温度差持续产生震荡，比如通过人体皮肤的温度而在人体表面持续按摩等，由于该结构起到的作用是让水凝胶能够依次与温度源(皮肤)接触，从而持续不断的产生驱动，此处的热量来源的皮肤体热，因此本发明的振动驱动器不需通过外界额外加点或其他方式加热，通过本身存在的体温，室温温度差来使薄膜驱动。此外，本发明只在薄膜局部产生厚度变化，且这个变化是源源不断的振动。
以上所述，仅是本发明的具体实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (4)
1.一种基于软体复合膜的驱动器，其特征在于，所述驱动器的震荡结构包括温度差驱动的柔性震荡薄膜主体，所述薄膜主体为温度敏感水凝胶，所述水凝胶外包裹有隔离弹性薄膜以与外界隔绝；所述温度差来源于人体体温；所述驱动器的震荡结构还包括低温区、高温区；所述温度敏感水凝胶具有柱状结构，每个水凝胶柱都会因为温度差而在柱结构初始状态、碰到高温后收缩变短状态、继续变短状态、冷却后伸长又碰触到高温区状态间不断循环变化。
2.根据权利要求1所述的一种基于软体复合膜的驱动器，其特征在于，所述温度敏感水凝胶为聚N-异丙基丙烯酰胺，所述聚N-异丙基丙烯酰胺的相变温度低于体温，能够在接触到体温时产生收缩，在离开体表后，吸水溶胀而恢复。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的一种基于软体复合膜的驱动器，其特征在于，将所述温敏水凝胶通过浇筑模具或3D打印成型方式，制备成具有表面微结构的3d结构，所得的3d结构中具有微小温敏水凝胶绒毛，各个绒毛能够在体表不断增长缩短，产生震荡变形。
4.根据权利要求3所述的一种基于软体复合膜的驱动器，其特征在于，采用通过所制备的水凝胶表面封上硅胶的预聚液，在水凝胶表面聚合成为一层极薄的弹性涂层，保证水凝胶变形不收影响的前提下，防止水凝胶在空气中失水，以及接触皮肤产生物质传递。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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