CN110087706B - 吸乳器装置 - Google Patents

Abstract

基于母乳喂养领域，公开了一种用于挤出母乳的吸乳器装置(100)。吸乳器装置(100)包括：容器单元(110)，用于容纳被挤出的母乳；以及泵单元(120)，包括泵体(130)和用于向由泵体(130)限定出的泵容积施加负压的泵送设备(140)。泵体(130)包括适于被容纳在女性乳房上的入口部(132)和适于将被挤出的乳汁引导至容器单元(110)的出口部(134)。泵体(130)包括致动器元件(200、300、400)，致动器元件(200、300、400)包括在将控制信号施加至致动器元件时能够变形的活性材料，其中致动器元件的变形修改泵容积的形状和大小中的至少一个。

Description

吸乳器装置

技术领域

本发明涉及母乳喂养领域并且具体涉及吸乳器装置。本发明具体涉及具有包括电活性材料(EAM)的可变形致动器元件的这种吸乳器装置。

背景技术

用于从哺乳期妇女的乳房挤出乳汁的吸乳器是已知的。在图1中图示了已知吸乳器的一个示例。吸乳器装置100包括泵单元120，该泵单元120包括泵体130和泵送设备140。泵体130限定出泵容积，在该泵容积之外，泵送设备140抽出空气以便施加负压，从而模拟母乳喂养时婴儿的吮吸。在该示例中，泵送设备140包括电动泵送设备，为了便于操纵，该电动泵送设备被部分地定位成与泵体130分离。

在操作中，入口部132被容纳在女性乳房上并且母乳是通过负压的施加而被抽出的，并且是通过出口部134被引导至容器单元110。通常，容器单元包括可从吸乳器上移除以便准备用于喂婴儿和/或用于存储的被抽出的母乳的瓶子。

在所示的示例中，入口部132包括按摩垫，该按摩垫被设计为感觉柔软和温暖并且模仿婴儿的吮吸动作以提供乳汁流。按摩垫可以有不同的大小来适应不同的乳房大小。

然而，使用者的乳房也可以在母乳喂养时间跨度的过程期间改变大小和硬度，入口部132因此可能无法总是无缝适应，使得尽管可以有不同的大小，也并非总是可以实现良好的真空并且因此实现吸吮性能。使用者需要将按摩垫或入口部132推到乳房上，以便实现良好的真空，这可能导致使用者潜在不适并且对使用者造成刺激。

进一步地，吸吮性能也受使用者的乳头大小的影响。大乳头会部分地填充泵体130，而小乳头会在较小程度上填充泵体130，从而在泵体130内导致较大的自由容积，这会影响真空的建立。

最后，按摩和刺激乳房已经证明对哺乳期妇女所挤出的乳汁量有影响，到目前为止这些都需要手动完成。

因此，本发明的目的是提供一种改进的吸乳器装置，该吸乳器装置克服了现有技术中已知的缺点和不便中的至少一些。

发明内容

在一个方面中，提供了一种用于挤出母乳的吸乳器装置。该吸乳器装置包括：容器单元，该容器单元用于容纳被挤出的母乳；以及泵单元，该泵单元包括泵体和用于向由泵体限定出的泵容积施加负压的泵送设备。泵体包括适于被容纳在女性乳房上的入口部和适于将被挤出的乳汁引导至容器单元的出口部。泵体还包括致动器元件，该致动器元件包括在将控制信号施加至致动器元件时能够变形的活性材料、并且被配置为具有单稳态或多稳态配置，其中致动器元件的变形修改泵容积的形状和大小中的至少一个。致动器元件被布置在泵体处，远离被指定为与女性乳房接触的部分，其中致动器元件的变形修改在泵体内部所限定出的泵容积的容积。

由于泵体能够变形并且由于致动器元件的变形修改泵容积的形状和大小中的至少一个，泵容积和泵体以及整个吸乳器装置对于特定使用者的需求而言是可调的。换而言之，包括电活性材料的致动器元件帮助在致动时通过影响泵容积的形状和/或大小的适应性元件来获得最佳吸吮特性。例如，控制信号通过吸乳器装置的控制单元被施加至致动器元件。

泵送设备可以是在泵容积上施加负压的电动或手动泵送设备。例如，在电动泵送设备的情况下，泵送设备可以包括电机单元和被用于在泵容积内建立和维持负压的隔膜。由于不同的乳房和乳头形状和大小导致了不同的形状和/或泵容积的百分比在使用时被女性乳头占据，结果将会产生不同的负压特性。这种不期望的效果可被认为是通过使致动器元件致动借由修改泵容积的形状和大小中的至少一个导致的。优选地，入口部对乳房密封并且从外部关闭泵容积。在一个实施例中，入口部包括按摩垫，按摩垫的目的在于：提供柔软和温暖的喂养并且模仿婴儿的吸吮动作以改善乳汁流。

控制信号可以优选地是任何类型的控制信号，只要它适合于使致动器元件致动。因此，控制信号可以是光控制信号。在这种情况下，电活性材料在变形的情况下也必须对光信号的施加进行回应。本领域的技术人员要知道在本领域中在哪里找到这些材料。在这种情况下，设备的布置可以包括用于将光信号引导至材料的第一部分的单元。这些单元可以包括镜子、透镜光纤等。然而，控制信号当然也可以是电致动信号。

活性材料是可以在施加控制信号(即，致动器元件被驱动)时变形或改变其形状的材料。驱动可以意指例如(利用电压、磁场或电流)电气驱动或者(利用某些频率、颜色和/或强度的光信号)光学驱动。电活性材料或光活性材料是在合适的控制信号的情况下被电气或光学驱动时表现出机械变形的材料。某些种类的这些材料也表现出相反的效果，即，它们可以在遭遇机械变形时提供电信号或光信号，这将在另外的实施例中描述。发生上面的效果的确切机制取决于选择的材料并且在一些情况下也取决于将它们嵌入设备的方式。由于上面的效果，这些材料在致动器和/或传感器中的应用在根据本发明的吸乳器装置中是有利的。

在一个实施例中，致动器元件包括电活性材料(EAM)，特别是电活性聚合物(EAP)。

EAP组是新兴类的材料。它们将其有利的致动(即，响应特性)与多个有利的工程特性结合，随后允许在新的应用领域中使用。因此，例如，与一般的其他机械致动器或者基于无机EAM的致动器相比较，EAP在小容积或薄形状因子方面通常表现出较大的变形和力。EAP也给出无声的操作、准确的电子控制、快速响应和具有大范围的可能致动频率(诸如，0-20kHz)的高分辨率和循环致动的可能性。并且，所有这些特性和优点都可以使用建立好的方法容易地制造成各种形状，以允许易于集成到各类系统中。

EZP材料通常可以被分成具有不同的特性的两个类，即，介电型EAP和离子型EAP。

首先，介电型EAP是这样的材料，在该材料中，致动是由挤压聚合物的两个电极之间的静电力造成的，以及基于该材料的致动器通常需要大的致动电压但是低的电力消耗。介电型EAP不需要电力将致动器保持在给定位置。示例是电致伸缩的聚合物和介电弹性体。

相反，在离子型EAP中，致动是由离子在聚合物内部的位移造成的。致动仅需要低电压，但是通常需要能量以将致动器保持在给定位置。离子型EAP的示例包括共轭/导电聚合物、离子型聚合物-金属复合物(IPMC)和碳纳米管(CNT)。其他示例包括离子聚合物胶体。

备选地或附加地，对于EAP，也可以采用诸如光活性材料(OAM)等其他EAM。OAM可以包括具有一个或多个双键的聚合物，其在辐射时进行顺-反异构化。这种键可以是C＝C、N＝C或者N＝N键。例如，这些材料可以包括二苯乙烯。

在一个实施例中，EAP包括离子型EAP。

由于吸乳器装置旨在被用于与女性乳房接触，离子型EAP的使用特别是优选的，因为它对皮肤接触区在本质上是安全的。例如，离子型聚合物的激活仅需要1-2伏特并且因此可以在没有将使用者置于危险的情况下与皮肤接触。

在一个实施例中，致动器元件进一步被配置为作为压力传感器来操作。在遭受机械变形时表现出电信号或者甚至光信号的EAM是已知的，该EAM可以被有力地用来推断出被施加到致动器元件本身上的压力。在该实施例中，由于致动和压力感测都可以使用相同的致动器元件来实现，可以监控吸乳器装置的操作，特别是致动器元件的变形，使得可以进一步改进对使用者的个人适应。

优选地，在该实施例中，控制信号包括待被施加至致动器元件的两个控制信号，其中第一控制信号是用于控制致动器元件的变形，以及在由设备的感测中采用第二控制信号。因此，设备是使用实际上由致动信号和感测信号组成的控制信号来控制的。使用用于感测的致动器的电活性特性也可以方便地使致动器致动。在这种情况下，致动信号优选地是电气致动信号并且设备和/或电活性结构可以包括用于施加这种致动控制信号的一个或多个电极布置。归因于电活性材料，致动器元件对电场或者这种电场所生成的力做出反应。因此，至少感测信号是电信号，使得致动器的机械共振可以根据电感测信号来确定。

致动信号和感测信号在该实施例中都是电信号时可以被单独地提供至一个或多个电子布置，但是在将经组合的控制信号提供至一个或多个电极布置之前也可被叠加以形成经组合的控制信号。优选地，仅存在一个相同的电极布置，以用于提供致动和感测信号。

根据本发明的实施例的致动器元件可以使用以下效果。当以与EAM结构的机械共振频率或其谐波之一匹配的频率来施加感测信号时，在该结构中建立机械驻波，进而影响该结构的电气特性。特别地，归因于机械振动与感测信号同相，对于与共振频率匹配的感测信号(并且因此对于控制信号的那部分)，结构的阻抗较低。相反，归因于机械振动与感测信号不同相，对于与材料的反共振频率(即，共振频率的第一谐波)匹配的感测信号，材料的阻抗较高。看起来在这种频率下，感测是非常有效的，同时它不会干扰长期同时致动时。

被施加至电活性结构的任何机械负荷(诸如例如，压力)可以在结构中导致阻尼，使得其共振频率(和共振频率的谐波)偏移远离它们的普通无阻尼值，从而引起高频感测信号与机械振动的频率(或者在反共振匹配的情况下是该频率的第一谐波)之间的差异。由共振频率偏移的变化引起的共振电活性材料结构的特征的所有变化可以有利地被用于检测具有增加的敏感度的机械负荷。因此，可以检测和/或确定共振频率的偏移。对阻抗的检测和/或确定可以是利用在下文中所阐明的优点来完成的。以上适用于基于EAM的用于致动和感测的所有设备。

在本发明中，将致动信号与感测信号组合可以包括以下操作或者由以下操作组成：至少部分地将致动信号与感测信号及时叠加。以这种方式所生成的控制系统可以将同时致动(归因于致动信号部分)和感测(归因于感测信号部分)能力提供至设备。这给予了设备在激活期间感测的能力。通过在较高振幅的主要致动信号之上叠加较低幅度的高频感测信号，可以同时实现感测和致动功能。感测信号的振幅可能明显小于致动信号的振幅(例如，致动信号的振幅的<10％、<5％或者甚至<1％)。以这种方式，与由致动信号刺激的感测信号相比较，致动器中的变形响应对于感测信号可以忽略不计。因此，作为致动器的设备的精确度、准确度和稳定性不会受到折损。

第一控制信号可以具有小于感测信号频率的频率。例如，第一控制信号的信号电平在感测信号交替的时间段内可以是基本上恒定的(DC信号)。备选地，致动频率可以是2、或5或10或20或50或100或高于100低于感测频率的因子。

在一个实施例中，致动器元件被布置在入口部并且被配置为适应被指定为与女性乳房接触的入口部的形状。

由于在该实施例中可以通过使致动器元件致动来变化被指定为与女性乳房接触的入口部的形状，诸如优选地包括按摩垫的入口部可以在挤奶之前适应使用者的需要。有利地，利用改进的配合，可以改进吸乳器装置的吸吮性能，并且可以避免对使用者的刺激。优选地，致动器元件的弯曲方向可以是在关于中央漏斗(如通过入口部的通道)的径向方向或角方向(或者两者的组合)上。优选地，致动器元件被布置在入口部的接触元件(诸如，按摩垫)的后面，使得按摩垫在使用期间位于致动器元件与女性乳房之间。

在一个实施例中，致动器元件被配置为基于感测到的压力而变形。在该实施例中，致动器元件优选地接近女性乳房的皮肤，诸如，被布置在入口部。有利地，感测到的压力可以提供反馈，该反馈可以被用于调整致动器元件的变形，直到可以实现最佳真空为止。换而言之，感测到的压力可以被用于提供入口部对乳房的最佳适应。

在一个实施例中，致动器元件被配置为检测肿块并且被配置为响应于肿块的检测而修改变形，以减少疼痛。

例如，在该实施例中，肿块可以是从测量到的压力峰值检测到的。响应于检测到的肿块，感测到的压力反馈可以例如确保压力减小以避免使用者疼痛。备选地或附加地，通过改变致动器元件的致动而被执行的按摩功能可以被集中于肿块区域，目的在于缓解肿块。

在一个实施例中，多个致动器元件被分布在入口部的上方，特别是被径向地分布在入口部的上方。

同样地，在该实施例中，入口部优选地包括漏斗形通道和被分布在入口部表面的上方的多个致动器元件，这是为了与女性乳房接触。优选地，五个致动器元件以相等的距离被径向地分布在入口部的上方，其中在其他实施例中，也设想了多于或少于五个致动器元件和/或非均等化分布。利用五个致动器元件的示例，可以执行在五个不同的位置处对入口部的有利调整，以确保最佳配合。

在一个实施例中，致动器元件被配置为被施加第一控制信号和覆盖的第二控制信号，其中第一控制信号被配置为静态地调整致动器元件的形状，并且第二控制信号是实施按摩功能的更快时变信号。

在一个实施例中，按摩功能包括增加的力和振动中的至少一个。优选地，增加的力与振动之间的差异是更快时变信号的频率和/或振幅，该更快时变信号被覆盖到第一控制信号上。

对位于乳头周围但不包括乳头的乳房区域的按摩和刺激已经证明会对哺乳期妇女被挤出的乳汁量有积极的影响。因此，根据本发明的吸乳器装置允许改善乳汁挤出效率。

在一个实施例中，致动器元件被配置为被单独控制。致动器元件的单独控制允许进一步改善入口部的形状对女性乳房的个性化适应。在一个实施例中，致动器元件可以被手动地调整。优选地，基于感测到的压力使用反馈部分地或完全地控制致动。因此，在操作吸乳器装置的同时，可以连续地实现和维持最佳真空。由于致动器元件在空间上被优选地被布置在入口部的上方，因此可以通过致动器元件的致动顺序执行先前必须手动执行的按摩模式。优选地，通过将另外的控制信号叠加在静态被致动的EAP上来实施按摩功能。

在一个实施例中，多个致动器元件在空间上被布置为允许响应于通知信号来执行按摩模式，特别是螺旋按摩模式。

因此，静态致动优选地将致动器元件调整至特定操作位置，其中按摩模式采用由某个区域中的外力导致的增加的致动、或者引起挤奶刺激的振动信号。优选地，多个致动器元件的致动时间序列被设计为模仿按摩乳房的公知按摩模式，诸如例如，以圆周运动围绕乳房移动手指；以圆周和螺旋运动围绕乳房移动手指；以及利用除了拇指之外的四个手指梳理乳房。然而，备选地或附加地，同样设想了其他的按摩模式。

在一个实施例中，为了实施更复杂的按摩模式，多个致动器元件包括致动器阵列，该振动器阵列允许致动器元件的更高空间分辨率，并且因此允许形状和/或力振动的更精确的操作。

优选地，致动器元件位置与入口部的开口基本上相对，以避免通过入口部的通道在致动器元件变形时被堵塞。由于泵容积的总的内部容积是通过致动器元件的变形而被修改的，泵体内的自由容积可以被维持恒定，与使用者的乳头的大小无关。由于吸吮性能受自由容积的影响，这会影响真空的建立，以及由于自由容积可以被保持恒定，因此根据该实施例的吸乳器装置允许独立于使用者的改进的吸吮性能。

优选地，致动器元件被配置为将泵体的泵容积改变约10ml。该量足以解释小乳头与大乳头之间的差别。

优选地，被布置成远离被指定为与女性乳房接触的部分的致动器元件的实施例可以与被设置在上文所描述的入口部处的致动器元件组合。

优选地，致动器元件包括机械结构，该机械机构在驱动活性材料时与活性材料相互作用，使得机械结构从第一稳定状态切换到第二稳定状态。

稳定机械状态意味着在不施加外部刺激(诸如，特别是对致动器元件的驱动)的情况下能够维持或维持的机械状态。因此，机械布置是用于在驱动停止时维持至少第二稳定机械状态。第一稳定机械状态可以是致动结构的非驱动平衡或静止状态。

该致动器元件将包括活性材料的致动结构与机械结构组合，使得设备可以被致动并且具有多种稳定状态。致动结构与机械结构相互作用以激活设备从一种状态切换到另一种状态。这意味着，致动器元件仅仅在被切换时需要驱动，而在处于稳定状态时不需要驱动。

致动器元件可以被用于给出数字输出(低于阈值时没有效果，而高于阈值时对恒定量值有效果)，实际上是多级输出。因此，基本上模拟的致动结构的致动被转变成数字输出。以这种方式，模拟驱动信号被转换成数字致动输出，并且在去除施加的驱动信号之后致动状态保持不变。

优选地，在吸乳器装置的应用中，泵体容积因此可以适于通过激活致动器元件而在没有控制信号需要在经调整的状态下维持泵体容积的情况下，从较大的泵容积数字地切换到较小的泵容积(可能具有额外的中间级)。

进一步优选地，泵容积内的压力由致动器元件感测到，并且如果压力超过预定阈值，则通过控制信号来控制稳定状态中的两个稳定状态之间的切换。例如，超过阈值的压力可以指示超过优选范围的自由泵容积，使得可以通过在致动器元件的两个稳定状态之间切换来减小泵容积。因此，可以实现对乳头大小的适应，而不必连续地将控制信号提供至有源元件。包括活性材料的双稳态和多稳态致动器设备的其他具体示例被公开在非预先公布的欧洲专利申请号EP15189808.7号中，并参考该文献。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应的独立权利要求的任何组合。

参照下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

在以下附图中：

图1示意性和例示性地示出了根据现有技术的吸乳器装置的一个实施例；

图2示意性和例示性地示出了未被夹紧的电活性聚合物设备；

图3示意性和例示性地示出了被衬里层约束的电活性聚合物设备；

图4示意性和例示性地示出了根据本发明的吸乳器装置的第一示例；

图5示意性和例示性地示出了根据本发明的吸乳器装置的第二示例；

图6A至图6C示意性和例示性地示出了在根据图5的吸乳器装置中所实施的按摩模式的示例；

图7A和图7B示意性和例示性地示出了根据本发明的吸乳器装置的第三示例；

图8A、图8B、图8C和图8D示意性和例示性地示出了在漏斗中具有单个EAP的根据本发明的吸乳器的一个实施例；

图9A和图9B示意性和例示性地示出了在漏斗中具有多个EAP的根据本发明的吸乳器的一个实施例；

图10A、图10B和图10C示意性和例示性地示出了在漏斗中具有多个EAP的根据本发明的吸乳器的另一实施例；

图11A和图11B示意性和例示性地示出了在漏斗中具有多个EAP的根据本发明的吸乳器的又一实施例；

图12A、图12B、图12C和图12D示意性和例示性地示出了根据本发明的吸乳器的另一实施例；以及

图13示意性和例示性地示出了根据本发明的吸乳器的另一实施例。

具体实施方式

图1所示的吸乳器装置100(特别是其泵体130)，具有无法控制的形状和大小。

根据本发明的一个实施例的吸乳器装置1，更准确来说是其泵体130，还包括能够在将控制信号施加至其时变形的致动器元件200、300、400，下面将参照图4至图7对此进行讨论。致动器元件的变形修改泵体130的泵容积的形状和大小，并且允许适应特定使用者的需要。

在下文中，致动器元件200、300、400包括电活性材料(EAM)，特别是电活性聚合物(EAP)。电活性材料(EAM)是在电响应材料领域内的一类材料。当被实施在致动设备中时，使EAM经受电驱动信号可以使它们改变大小和/或形状。该效果可以被用于致动和感测的目的。存在无机和有机EAM。特殊种类的有机EAM是电活性聚合物(EAP)。电活性聚合物(EAP)是新兴类的电响应材料。EAP(如EAM)，可以作为传感器或者致动器工作，但是可以被更容易地制造成各种形状，以允许容易集成到各种系统中。EAP的其他优点包括低功率、小形状因子、灵活性、无噪音操作、准确度；高分辨率、快速响应时间和循环致动的可能性。EAP设备可以基于电气致动被用于其中需要组件或特征的少量运动的任何应用。类似地，该技术可以被用于感测小运动。与普通的致动器相比较，归因于在小容积或薄形状因子方面的相对大的变形和力的组合，EAP的使用实现了以前不可能的功能，或者提供超过普通传感器/致动器解决方案巨大优势。EAP也给出了无噪音操作、准确的电子控制、快速响应和大范围的可能致动频率(诸如，0-20kHz)。

图2和图3示出了电活性聚合物(EAP)设备的两种可能的操作模式，该EAP设备包括被夹在EAP层14的相对侧的电极10、12之间的EAP层14。然而，在图2中，EAP层可自由移动，在图3中，整个EAP层及其电极被夹紧，其中一侧为支撑承载层16。被施加在电极10和12上的电压差(驱动信号)被用来在EAP层上提供电场，使得EAP层在所示的所有方向上扩展。然而，在图2中，归因于层是自由悬浮的，这会导致EAP层的变形，归因于通过夹紧限制了运动自由度，图3中的相同的致动导致设备弯曲。使用设备工程，可以在致动EAP层时(即，在驱动设备时)调用各种各样设备输出。因此，为了获得所示的围绕轴的不对称弯曲，可以例如应用分子定向(薄膜拉伸)，迫使在一个方向上运动。在一个方向上的膨胀可能由EAP层的不对称造成，或者可以由承载层的特性的不对称造成，或者两者的组合造成。

基于电活性聚合物(EAP)的设备，如图2和图3的设备，通常是模拟设备，这就意味着驱动对输出响应曲线是连续的曲线。因此，除了零级/强度信号之外的任何信号都将导致致动输出。在一个示例中，这些设备需要连续驱动以便维持它们的被致动的状态。在其他示例中，也设想了基于EAP的设备的不同的示例，例如，其维持处于它们被致动的状态。备选地或附加地，也设想了与基于EAP的设备不同的其他致动器元件，诸如，基于光活性聚合物(OAP)的设备等。

进一步地，对于某些类别的EAP，将小力(机械负荷)施加至设备会响应地生成电信号。这允许单个EAP结构既被用于致动也用于感测。

图4示意性和例示性地示出了根据本发明的吸乳器装置1的第一示例。吸乳器装置1的多个组件与上面参照图1所描述的吸乳器装置100的组件相同，并且因此省略了对其的描述。

另外，吸乳器装置1包括围绕入口部132的中央开口被径向地设置的五个致动器元件200。致动器元件200的弯曲方向可以在径向方向或角度方向或两者的组合上。当被致动时，入口部132的形状改变。在一个示例中，入口部132被形成为按摩垫，其中对致动器元件200的控制导致按摩垫的适应的形状。在该示例中，致动器元件200被单独控制，使得可以在挤奶之前根据使用者的喜好适应入口部132的形状。如上所述，良好的适应可以改善吸乳器装置1的吸吮性能，并且可以避免使用者疼痛或对使用者的刺激。

致动器元件200的变形是通过将控制信号提供至每个致动器元件200来控制的。可以手动调整由致动器200引起的形状适应，诸如，通过按压吸乳器装置1的控制单元上的按钮，或者经由来自压力传感器的反馈自动地调整，该压力传感器可以控制对每个致动器元件200的调整，直到实现最佳真空。致动器元件200本身可以使用例如上文所描述的不同的控制信号作为压力传感器来操作。虽然在该示例中已经采用了五个致动器元件200，但是致动器元件200的数量可以根据需要变化。

除了实施对入口部132的形状的适应之外，吸乳器装置1可以进一步通过例如将在致动器元件200上叠加第二控制信号来实施按摩功能，致动器元件200通常被静态地控制以便维持所需的变形形状。根据所叠加的控制信号，可以执行某个区域中的增加的力，这需要对每个致动器元件200进行单独控制，或者可以执行引起挤奶刺激的振动信号。在一个示例中，致动器元件200按顺序被致动以模拟乳房上的按摩模式。

图5示意性和例示性地示出了吸乳器装置1的另外的实施例，除了图4所示的致动器元件200之外，吸乳器装置1还实施致动器元件阵列300。在该示例中，每个致动器元件阵列300都被分成四个可单独控制的致动器元件部分，从而导致可以通过控制致动器元件阵列300来执行的变形的增加的空间分辨率。例如，将参照图6所描述的用于按摩乳房的更复杂的按摩模式可以通过操作致动器元件阵列300来实施。

图6A至图6C示出了用于按摩乳房(特别是不包括乳头在内的乳房)的合适的模式的三个非限制性示例。已经证明，当在过去手动完成时，这些示例对于增加乳汁挤出而言是有效的。据此，已经证明，当在吸乳器装置1中以自动方式实施时，这些模式是有利的。图6A至图6C中的每个图都示意性和例示性地示出了乳房50，该乳房50具有位于乳房50的中心的乳头52。

在图6A中，箭头54指示在乳房区域周围但不包括乳头52的圆周运动。可以根据需要重复该圆周运动。

在图6B中，图示了从边缘开始并且在乳房周围继续的圆周和螺旋运动56。它开始于乳房的边缘并且朝乳头52移动。如果遇到肿块，则在其上施加更多时间以使妇女更有可能不会感到疼痛。

在图6C中，图示了梳形模式58，其中压力从乳房的边缘开始并且作为梳子上的几个手指或梳齿朝乳头52前进。

优选地，图6A、图6B和图6C的按摩模式由吸乳器装置1以这个顺序实施。然而，当然也可以使用这些按摩模式或备选/附加消息模式的其他顺序。

图7A和图7B示意性和例示性地示出了关于吸乳器装置1(更准确地说是包括致动器元件400的第三实施例的其泵体130)的第三示例的两个视图。

在图7A和图7B中，除了入口部132和出口部134之外，还图示了泵送设备安装部136。诸如图4和图5所示的泵送设备140等手动或电子泵送设备可以被安装在泵送设备安装部136。然后，可以通过泵送设备140的操作在泵体130内所限定的泵容积内施加和维持负压。

致动器元件400被示出为在使吸乳器装置1操作并且使乳房无缝适应入口部132时，位于与入口部132相对的位置处(即，位于远离使用者的乳头的位置处)。在图7A中，示出了致动器元件400向外偏转，而在图7B中，它向内弯曲。通过向内部弯曲，致动器元件400减小泵体130内的泵容积。因此，通过使致动器元件400致动，泵体130内的自由容积被维持基本上恒定(尽管乳头的大小是变化的)，使得可以确保吸吮效率。优选地，容积排量在10m的数量级，其中当然也设想了其他量值。

优选地，致动器元件400以上文所描述的方式同时地充当压力传感器和致动器，其中，然后可以采用反馈回路来补偿压力变化。压力变化在致动器元件400上产生力，如果需要，则该力可以被用于偏转。附加地或备选地，致动器元件400可以具有用于避免压力变化的效果的双稳态或多稳态配置，其中致动器元件400然后可以在不继续需要施加控制信号的情况下保持在经偏转的位置。

图8A、图8B、图8C和图8D示出了位于漏斗中、用于模仿婴儿舌头压力的单个EAP的一个实施例。在该例示性实施例中，一个EAP插入件(63)被使用并且被定为在硬塑料漏斗(61)与垫子(62)之间。当电压被施加在EAP(63)上时，它会拉伸并且归因于承载层，复合物将弯曲，如图8B和图8D所示。这可以或者通过扁平复合物(图8A和图8B)或者弯曲形状复合物(图8C和图8D)实现。这些EAP也可以被用于测量乳头(60)施加在壁上的那个位置的力。

图9A、图9B、图10A、图10B和图10C示出了两个或更多个EAP以模仿婴儿行为，或测量多个点处的力。在该实施例中，使用多个EAP来模仿婴儿的嘴唇运动。例如，使用彼此面对的2个EAP(63)来模仿婴儿嘴唇，如图9A和图9B所示。除了两个EAP之外，环形的EAP也可以被放置在乳头周围以将均匀的压力施加到乳头上。多个EAP(63)(例如，以3个连续环的形式)也可以被用于做出蠕动滚动运动，如图10A、图10B和图10C所示。

图11A和图11B示出了EAP(63)被定位成使得它们刺激乳晕组织以便得到更快的排乳反射MER或更舒适的体验的一个实施例。

在上面的所有实施例中，EAP被定位在硬塑料漏斗与软垫之间。然而，EAP(63)也可以分别地被直接定位到硬塑料漏斗(61)或垫子(62)上，或者嵌入硬塑料漏斗(61)或垫子(62)中，如图12A和图12B，或者图12C和图12D所示。

图13示出了其中EAP阀(63)调节两个压力级Po与Patm之间的压力，以在乳腺管上实现交替压力的一个实施例。在另一备选实施例中，EAP充当调节围绕乳头的腔体中的空气压力的阀门。该腔体被连接至泵(Po)的真空，并且也被连接至周围环境(Patm)，其中EAP充当用于在两种压力状态之间进行控制的开关，并且创建蠕动压力运动。处于关闭状态的EAP阻止空气通向周围环境，并且被致动的EAP阻止加压(under pressure)，使得可以在两种状态之间调节腔体。这样的腔体被设计成在周围环境压力下稍微压缩乳头。在致动EAP时，局部地去除加压，并且(充满空气的)腔体将压力施加在乳头上。如果存在多个EAP阀门，并且以顺序操作，则这可以模仿婴儿的吸吮行为。该实施例可能相比单个EAP传递，可以产生更多的压力和轻抚。通过一个示例，在图13上示出了一个实施例。该示例具有每个腔体的两个EAP阀。每个腔体具有一个阀门的实施例也是可能的。

虽然在上文的详细描述中已经针对EAP描述了根据本发明的吸乳器装置的构造和操作，但是本发明实际上可以被用于基于其他种类的EAM材料的设备。因此，除非另有说明，上述EAP材料可以被其他EAM材料代替。这些其他的EAM材料在本领域中是已知的并且本领域的技术人员将知道在哪儿找到它们以及如何应用它们。下面将描述多种选择。

EAM设备通常被细分为场驱动以及电流或电荷(离子)驱动的EAM。场驱动的EAM由电场通过直接机电耦合致动，而用于电流或电荷驱动的EAM的致动机构包括离子扩散。后者机构更经常见于诸如EAP等相应的有机EAM中。虽然场驱动的EAM通常利用电压信号来驱动并且需要相应的电压驱动器/控制器，但是电流驱动的EAM通常利用电流或电荷信号来驱动，有时需要电流驱动器。两种类别的材料都具有多个家族成员，每个都具有它们自己的优点和缺点。

场驱动的EAM可以是有机或无机材料，并且如果为有机材料，则可以是单分子、低聚物或聚合物。有机材料(特别是聚合物)是令人兴趣增长的一种新兴类别的材料，因为它们将致动特性与诸如重量轻、制造便宜和处理容易等材料特性相结合。

场驱动的EAM和EAP通常是压电的和可能是铁电体的，并且因此包括自发永久极化(偶极矩)；是电致伸缩的，并且因此在被驱动时仅包括极化(偶极矩)；但是在未被驱动时或是介电驰豫材料时不包括极化(偶极矩)。这种聚合物包括但不限于子类别：压电聚合物、铁电聚合物、电致伸缩聚合物、驰豫铁电聚合物、介电弹性体、液晶弹性体。

缺乏自发极化意味着，电致伸缩体甚至以非常高的频率的操作显示很少的滞后损失或者不显示滞后损失。然而，以温度稳定性为代价来获取优点。驰豫最好在其中温度可以被稳定在约10℃内的情况下操作。这在乍看之下似乎极其有限，但是鉴于电致伸缩体在高频率和非常低的驱动场方面表现优异，则应用旨在于专用微致动器。这种小设备的温度稳定化相对比较简单，并且通常仅仅在总体设计和开发过程中存在小问题。

第一值得注意的子类别的场驱动的EAP是压电和电致伸缩聚合物。虽然常规压电聚合物的机电性能有限，但是在改进该性能方面的突破性进展导致了PVDF驰豫聚合物，这表明自发电极化(场驱动的对准)。这些材料可以为了改善受应变方向上的性能而被预应变(预应变导致更好的分子排列)。通常，使用金属电极，因为应变通常在中等的状况下(1-5％)。也可以使用其他类型的电极(诸如，导电聚合物、炭黑基油、凝胶或弹性体等)。电极可以是连续的或分段的。

另一子类别的感兴趣的场驱动的EAP是介电弹性体的EAP。这种材料的薄膜可以被夹在兼容电极之间，形成平行板电容器。在介电弹性体的情况下，由所施加的电场引起的麦克斯韦应力(Maxwell stress)在膜上导致应力，使得它在厚度收缩，并且扩大面积。通常是通过对弹性体进行预应变(需要保持预应变的帧)来放大应变性能。应变可能相当可观(10-300％)。这也限制了可以使用的电极的类型：对于低应变和中等应变，可以考虑金属电极和导电聚合物电极，对于高应变区域，通常使用炭黑基油、凝胶或弹性体。电极可以是连续的或分段的。

第一值得注意的子类别的离子型EAP是离子型聚合物金属复合物(IPMC)。IPMC由被层压在两个薄的基于金属或碳的电极之间的溶剂溶胀的离子交换聚合物隔膜组成，并且需要使用电解质。典型的电极材料是Pt、Gd、CNT、CP、Pd。通常的电解质是Li+和Na+水基的溶液。当施加了场时，阳离子通常与水一起行进至阴极侧。这导致亲水簇的重组和聚合物膨胀。阴极区中的应变导致聚合物基质的其余部分中的应力，从而导致朝向阳极弯曲。使反转所施加的电压会使弯曲颠倒。公知的聚合物隔膜是

和

更详细地，IPMC由离子型聚合物(如Nafion或Flemion)组成，它们的表面被化学镀有或物理涂覆有导体(诸如铂金或黄金或碳基电极)。在所施加的电压下，归因于在IPMC的带上施加的电压而产生的离子迁移和再分布导致弯曲变形。聚合物是溶剂溶胀的离子交换聚合物隔膜。该场使阳离子与水一起行进至阴极侧。这导致亲水簇的重组和聚合物膨胀。阴极区中的应变导致聚合物基质中的其余部分中的应力，从而导致朝向阳极弯曲。反转所施加的电压会使弯曲颠倒。

另一值得注意的子类别的离子型聚合物是共轭/导电聚合物。共轭聚合物致动器通常由被共轭聚合物的两层夹着的电解质组成。电解质被用于改变氧化态。当通过电解质向聚合物施加电势时，电子被添加至聚合物中或者从聚合物去除，从而驱动氧化和还原。还原导致收缩、氧化导致膨胀。

在一个示例中，EAM或EAP材料是电致伸缩聚合物，诸如，驰豫铁电材料。这种材料可以具有电致伸缩常数，该电致伸缩常数对于良好的实际使用而言足够高，即，对于同时的感测和致动功能是有利的。当零驱动场(即，电压)被施加至它们时，驰豫铁电材料是非铁电的，但是在驱动期间变成铁电的。因此，在非驱动时材料中不存在机电耦合。当施加驱动信号时机电耦合变为非零，并且可以根据上文所描述的过程通过在驱动信号之上施加小振幅高频率信号来测量。此外，驰豫铁电材料受益于非零驱动信号处的高机电耦合与良好的致动特性的独特组合。

无机驰豫铁电材料的最常用的示例是：铌酸铅镁(PMN)、铌镁酸铅–钛酸铅(PMN-PT)和锆钛酸镧铅(PLZT)。但是，其他示例在本领域中也是已知的。

场驱动的EAP的示例是压电聚合物、铁电聚合物、电致伸缩聚合物(诸如，基于PVDF的驰豫聚合物或聚氨酯)、介电弹性体和液晶弹性体(LCE)。因此，优选地，EAP材料是驰豫铁电聚合物，诸如例如，基于PVDF的驰豫铁电聚合物。这种材料可以是选自下文的材料的组中的任何一种材料。

子类别电致伸缩聚合物包括但不限于：

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)、聚氨酯或其混合物。

电流驱动的EAM和EAP包括共轭聚合物、离子型聚合物金属复合物、离子型凝胶和聚合物凝胶。

离子驱动的EAP的示例是共轭聚合物、碳纳米管(CNT)聚合物复合物和离子型聚合物-金属复合物(IPMC)。离子型聚合物-金属复合物(IPMC)是在所施加的电压或电场下显示人工肌肉行为的合成复合纳米材料。

子类别介电弹性体包括但不限于：丙烯酸酯、聚氨酯、硅氧烷。

子类别共轭聚合物包括但不限于：聚吡咯、聚-3,4-乙烯二氧噻吩、聚(对亚苯基硫醚)、聚苯胺。

上面的材料可以被实施为纯材料或在基质材料中所悬浮的材料。基质材料可以包括聚合物。

对于包括EAM材料的任何致动结构，可以提供附加钝化层以响应于所施加的驱动信号影响EAM层的行为。

在一些情况下，当聚合物本身缺乏足够的导电率(尺度方面)时，添加薄膜电极。电解质可以是液体、凝胶或固体材料(即，高分子量聚合物和金属盐的复合物)。最常用的共轭聚合物是聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANi)和聚噻吩(PTh)。

致动器也可以由悬浮在电解质中的碳纳米管(CNT)形成。电解质利用纳米管形成双层，允许电荷注入。该双层电荷注入被认为是CNT致动器中的主要机制。CNT充当电极电容器，其中电荷被注入到CNT中，这然后由通过电解质到CNT表面的运动形成的电双层平衡。改变碳原子上的电荷导致C-C键长的改变。结果，可以观察单个CNT的膨胀和收缩。

通过对附图、公开内容以及所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求保护的发明的同时可理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可实现权利要求中所记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中所记载的某些措施这个纯粹事实并不说明这些措施的组合不能够被用于获益。

Claims (13)

1.一种用于挤出母乳的吸乳器装置，包括：容器单元(110)，所述容器单元(110)用于容纳被挤出的母乳；以及泵单元(120)，所述泵单元(120)包括泵体(130)和用于向由所述泵体(130)限定出的泵容积施加负压的泵送设备(140)，所述泵体(130)包括适于被容纳在女性乳房上的入口部(132)和适于将被挤出的乳汁引导至所述容器单元(110)的出口部(134)，其中所述泵体(130)还包括第一致动器元件，所述第一致动器元件包括在将控制信号施加至所述第一致动器元件时能够变形的活性材料、并且被配置为具有双稳态或多稳态配置，其中所述第一致动器元件的变形修改所述泵容积的形状和大小中的至少一者，其中所述第一致动器元件被布置在所述泵体(130)处、远离被指定为与所述女性乳房接触的部分，其中所述第一致动器元件的变形修改被限定在所述泵体(130)内部的所述泵容积的容积。

2.根据权利要求1所述的吸乳器装置，其中所述第一致动器元件包括电活性聚合物。

3.根据权利要求2所述的吸乳器装置，其中所述电活性聚合物包括离子型电活性聚合物。

4.根据权利要求1所述的吸乳器装置，其中第二致动器元件被布置在所述入口部(132)处、并且被配置为适应被指定为与所述女性乳房接触的所述入口部(132)的形状。

5.根据权利要求4所述的吸乳器装置，其中所述第二致动器元件进一步被配置为作为压力传感器来操作。

6.根据权利要求5所述的吸乳器装置，其中所述第二致动器元件进一步被配置为基于感测到的压力来变形。

7.根据权利要求6所述的吸乳器装置，其中所述第二致动器元件被配置为检测肿块以及被配置为响应于所述肿块的所述检测来修改所述变形以减少疼痛。

8.根据权利要求4所述的吸乳器装置，其中多个第二致动器元件被分布在所述入口部(132)的上方。

9.根据权利要求4所述的吸乳器装置，其中多个第二致动器元件被径向地分布在所述入口部的上方。

10.根据权利要求8或9所述的吸乳器装置，其中所述第二致动器元件被配置为被单独控制。

11.根据权利要求10所述的吸乳器装置，其中所述第二致动器元件在空间上被布置为响应于所述控制信号以允许执行按摩模式。

12.根据权利要求10所述的吸乳器装置，其中所述第二致动器元件在空间上被布置为响应于所述控制信号以允许执行螺旋按摩模式。

13.根据权利要求4所述的吸乳器装置，其中所述第二致动器元件被配置为被施加第一控制信号和覆盖的第二控制信号，其中所述第一控制信号被配置为静态地调整所述第二致动器元件的形状并且所述第二控制信号是实施按摩功能的更快时变信号，其中所述按摩功能包括增大的力和振动中的至少一者。

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