CN112177870A - 一种基于形状记忆合金的致动器 - Google Patents

Abstract

一种基于形状记忆合金的致动器。一种致动器，包括：被设置为电导体的形状记忆合金体以及第一体，所述第一体被设置于所述形状记忆合金体，以致所述第一体可以从所述形状记忆合金体受热。

Description

一种基于形状记忆合金的致动器

技术领域

本发明涉及医疗装置领域，特别涉及适合用于医疗手术机器人的致动器。

背景技术

柔性机器人领域里需要一种安全、变刚度范围大且范围可调控、结构简单、变形量大、响应时间短、输出驱动力大的可变刚度致动器(actuator with variable stiffness)。另外，医疗领域尤其需要具有可变刚度性能的软工具，例如适合使用在内镜工具的微创手术(Minimally-Invasive Surgery，MIS)的医疗装置。在一方面，这些医疗装置需要灵活性，使得医疗装置可以沿曲折的路径移动时与器官之间几乎没有相互作用，以减低病人感到疼痛或组织损伤的风险。另一方面，在穿刺、活组织检查或抓取任务的医疗干预措施中传送力，刚性工具是必要的，从而为其他工具提供支持以及定位精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供一种基于形状记忆合金的致动器以及医疗装置，为医疗装置领域提供了具有灵活性的可变刚度致动器。

根据一个实施例，本申请提供一种致动器，所述致动器包括：被设置为电导体的形状记忆合金体；以及第一体，所述第一体被设置于所述形状记忆合金体，以致所述第一体可以从所述形状记忆合金体受热。

优选地，其中所述第一体与所述形状记忆合金体物理接触。优选地，其中所述第一体沿轴向方向与形状记忆合金体物理接触，其中轴向方向根据所述形状记忆合金体定义。

优选地，其中所述致动器还包括：围绕所述第一体的绝缘体。优选地，其中所述绝缘体还包括单一结构的表面。优选地，其中所述绝缘体界定一个腔，所述形状记忆合金体与所述第一体被设置于所述腔内。

优选地，其中所述第一体还包括至少一种聚合物。优选地，其中所述形状记忆合金体导电时使所述聚合物的温度上升。优选地，其中所述聚合物的刚度产生变化。优选地，其中所述聚合物呈现黏流态。优选地，其中所述形状记忆合金体导电时使所述形状记忆合金体的温度高于所述形状记忆合金体的奥氏体化温度。

优选地，其中所述形状记忆合金体的奥氏体化温度高于所述聚合物的熔点。优选地，其中所述形状记忆合金体的奥氏体化温度低于所述聚合物的熔点。优选地，其中所述形状记忆合金体的奥氏体化温度低于所述聚合物的玻璃化转变温度。

根据一个实施例，本申请提供了一种致动器，所述致动器包括：形状记忆合金体，所述形状记忆合金体被设置为电导体；以及第一体，所述第一体包括聚合物，其聚合物被设置于所述形状记忆合金体，以致所述聚合物可以从所述形状记忆合金体受热；绝缘体，所述绝缘体界定一个腔，所述聚合物与形状记忆合金体被设置于所述腔内。

根据一个实施例，本申请提供了一种医疗装置，所述医疗装置包括：致动器，所述致动器包括：形状记忆合金体，所述形状记忆合金体被设置为电导体；第一体，所述第一体包括聚合物，其聚合物被设置于所述形状记忆合金体，以致所述聚合物可以从所述形状记忆合金体受热；以及绝缘体，所述绝缘体界定一个腔，所述聚合物与形状记忆合金体被设置于所述腔内；所述医疗装置还包括供电电路，所述供电电路耦联与所述形状记忆合金体。

优选地，所述形状记忆合金体包括形状记忆合金丝。优选地，所述绝缘体还包括一个单一结构的表面。优选地，所述第一体还包括多个聚合物分别被设置成与所述形状记忆合金体物理接触。优选地，所述第一体还包括多个聚合物分别被设置成与所述形状记忆合金体物理接触。

优选地，所述第一体还包括：第一聚合物，所述第一聚合物被设置成与所述形状记忆合金体物理接触；以及第二聚合物，所述第二聚合物被设置成与所述形状记忆合金体物理接触；其中所述形状记忆合金体的奥氏体化温度低于所述第一聚合物的熔点，并且所述形状记忆合金体的奥氏体化温度高于所述第二聚合物的熔点。

附图说明

图1A为一个实施例的致动器的示意图。

图1B为另一个实施例的致动器的示意图。

图1C为又一个实施例的致动器的示意图。

图2A为图1A中沿AA’的剖面图。

图2B为图1B中沿BB’的剖面图。

图3A为一个实施例的医疗装置的示意图。

图3B为图3A的医疗装置被部分剖开的示意图。

图4为一个实施例的致动器工作的示意流程图。

图5为一个实施例的致动器工作的示意流程图。

图6为曲线图，示出一个实施例的致动器的可变刚度。

图7为曲线图，示出一个实施例的致动器的可变刚度。

图8为曲线图，示出一个实施例的致动器弯曲角度的变化。

具体实施方式

容易理解的是，除了所描述的示例实施例之外，如本文附图中一般描述和示出的实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如结合附图所表示的示例实施例的以下更详细描述并非旨在限制所要求保护的实施例的范围，而仅仅是示例实施例的代表。

本说明书中对“一个实施例”、“另一个实施例”或“实施例”(或类似描述)的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”等不一定都指代相同的实施例。

此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供了许多具体细节以给出对实施例的透彻理解。相关领域的技术人员将认识到，在没有一个或多个具体细节的情况下，或在其他方法、组件、材料等的情况下，可以实践各种实施例。即在其他情况下，一些或所有已知的结构、材料或操作可以未被详细显示或描述以避免混淆。

本公开提供一种基于形状记忆合金的致动器100。参照图1A以及图2A，所述致动器包括被设置为电导体的形状记忆合金体110以及第一体120，其第一体被处置于所述形状记忆合金体上，以致所述第一体可以从所述形状记忆合金体受热。致动器可包括至被设置为电导体的形状记忆合金体；以及第一体，所述第一体被布置与所述形状记忆合金体，以使得所述形状记忆合金体与所述第一体之间导热接触。聚合物被设置于所述形状记忆合金体的例子包括(但不限于)在形状记忆合金体的至少部分表面上提供至少部分的聚合物。例如：聚合物沿着或贴着形状记忆合金体的至少部分表面形成覆层；或聚合物借着围绕、包围、缠绕、布置等一种或多种方式耦联与形状记忆合金体。

形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)具有能够记住其原始形状的功能，也即：形状记忆合金具有形状记忆效应。可以在高于奥氏体化温度As的环境下将形状记忆合金体制成第一形状、目标形状或初始状态(本文为了简明起见称之为预设形状)。接着，在温度低于奥氏体化温度As的环境下，将形状记忆合金体塑性形变而形成第二形状(或称为塑性形状)。如果再将形状记忆合金体加热到奥氏体化温度As以上的温度，形状记忆合金体将形变恢复成预设形状。

形状记忆合金可以包括镍钛系形状记忆合金，铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金的一种或多种。例如，镍钛系形状记忆合金可以包括钛镍合金、钛镍铜合金、钛镍铁合金、钛镍铬合金的一种或多种。例如，铁系合金可以包括铁锰硅合金、铁钯合金的一种或多种。

可以理解的是，本文提到形状记忆合金体的奥氏体化温度，或形状记忆合金体的奥氏体化温度，也就是指形状记忆合金体的形状记忆合金材料的特征性奥氏体化温度。本文以奥氏体化温度As为45℃(摄氏度)或75℃的形状记忆合金为例子，但这不排除使用其它的形状记忆合金。

形状记忆合金体可以通过适合的供电电路140耦联与电源和电开关等(图1C)。除了形状记忆合金体之外还可以包括其它零件，例如与形状记忆合金体大致相对平行设置的铁丝等。电导体通电或导电的情况，也是形状记忆自身通电或导电的情况。

形状记忆合金体的预设形状与塑性形状可以按着致动器的功能或应用范围预设。本文以丝状或者线状的形状记忆合金体作为例子。如图1A和图1B所示，形状记忆合金丝可被视为沿轴向方向150从第一端112延伸至第二端114。可意识地，轴向方向可以是直的或弯曲的，或者可以部分直的和部分弯曲。

聚合物具有受热温度升高或散热温度降低后发生相变、刚度改变的特性。当聚合物的温度低于聚合物的玻璃化转变温度Tg时，聚合物处于玻璃态。当聚合物的温度在玻璃化转变温度Tg与熔点Tm之间时，聚合物处于橡胶态；当温度高于熔融温度Tm时，聚合物处于黏流态。聚合物温度升高时刚度变小，聚合物温度降低时刚度变大。

聚合物可以包括聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)和聚乳酸(Polylactide,PLA)的一种或多种。PCL是一种可生物降解的脂肪族聚酯。PLA是一种热塑性脂肪族聚酯，其具有优良的生物相容性和生物降解性，在自然环境中最终分解为二氧化碳和水。

具体地，第一体被布置与形状记忆合金体，以致第一体与形状记忆合金体之间可以将热能从两者之间温度较高的传给两者之间温度较低的。再具体地，第一体包括聚合物，其聚合物被布置与形状记忆合金体，以致其聚合物可以从形状记忆合金体受热。可选地，聚合物可以从形状记忆合金体之间的接触包括物理接触。

当形状记忆合金体作为电导体通电时，形状记忆合金体自身会发热。由于形状记忆合金与聚合物之间持可以传热，或说是有导热接触，形状记忆合金体的温度上升也导致使被布置与形状记忆合金体的聚合物的温度随着上升。优选地，形状记忆合金体与聚合物之间物理接触。

聚合物的布置可以包括聚合物围绕形状记忆合金体而形成形状记忆合金体的表面具有聚合物覆层。聚合物可以被布置在形状记忆合金体的表面。如图1A所示，聚合物可沿形状记忆合金体所定义的轴向方向布置在形状记忆合金体上。如图1C所示，聚合物可布置在部分的形状记忆合金体上。

以形状记忆合金丝为例，聚合物可以沿轴向方向被布置在形状记忆合金丝的表面。可理解的是，形状记忆合金体可以有超过一个表面。如图3A所示，在形状记忆合金体由多个形状记忆合金丝大致相对平行设置形成的例子里，形状记忆合金体可以有多个表面，甚至多个表面之间可以有空隙。聚合物于形状记忆合金体的布置可以没有间隙的一个覆层，也可以包括互相间隔的多个聚合物体。

当形状记忆合金体以自身导电(或停止导电)而使聚合物的温度改变时，聚合物的刚度跟着产生变化。这样的设置提供了一种可变刚度的致动器。形状记忆合金和聚合物的设置可以根据致动器的实际应用而定。例如，可以设置形状记忆合金体以自身导电使形状记忆合金体的温度高于形状记忆合金体的奥氏体化温度。可选地，可以设置形状记忆合金体的奥氏体化温度高于聚合物的熔点。可选地，可以设置形状记忆合金体的奥氏体化温度低于聚合物的熔点。可选地，可以设置形状记忆合金体的奥氏体化温度低于聚合物的玻璃化转变温度。

在一些情况下，形状记忆合金体以自身导电而使聚合物的温度上升到聚合物呈现黏流态。在这种情况下，可理解的是，聚合物呈现相变而有可能(相对于在玻璃态或橡胶态)“移位”或变形。整体而言，随着聚合物的相变，致动器的刚度也改变。与此同时，如果形状记忆合金体的温度上升以至高于忆合金体的奥氏体化温度，形状记忆合金体将从塑性形状变向预设形状。如果形状记忆合金体的温度从高于形状忆合金体的奥氏体化温度降至低于形状忆合金体的奥氏体化温度，形状记忆合金体将从预设形状变向塑性形状。

致动器还包括围绕第一体的绝缘体130。在一些实施例中，绝缘体也是致动器的一个主体。绝缘体可以由柔性材料制备。在一些示例中，可以使用有机硅胶PDMS作为柔性材料。参照图1C，绝缘体界定一个腔132,132’，形状记忆合金体110与所述第一体120被设置于所述腔内。本实施例的致动器不需要涉及多个相对可运动的硬件为致动器提供壳体。可选地，绝缘体可以包括单一结构的表面134。由于致动器不需要驱动绳、齿轮等，致动器的尺寸可以小于现有技术方案的尺寸。加上致动器有表面单一结构又有柔性的绝缘体为表层，手术可以减少对病人的侵袭性。

在一个实施例中，致动器包括作为主体的绝缘体。可选地，绝缘体可以是医疗装置的主体的一部分。绝缘体界定了至少一个腔。所述腔可以被视为主体内的腔。所述腔也可定义一个腔轴向方向152，其腔轴向方向与腔内的形状记忆合金丝的轴向方向可以是大致相互平行。可以理解，腔轴向方向可以是直的或弯曲的，或者可以具有直的部分和弯曲的部分。所述腔可以在主体里形成将近密封的空间。在一些示例中，绝缘体的横截面为椭圆形(图2A)。可替代地，绝缘体的横截面可以为其它合适的形状，例如圆形(图2B)等。在本示例中，绝缘体为长条状。可替代地，绝缘体可以为其它合适的形状。

形状记忆合金体在腔里沿轴向方向延伸。形状记忆合金可以为细长的线状，例如形状记忆合金体可以是形状记忆合金丝。在一些示例中，形状记忆合金丝的直径119小于腔的直径139(图1B)。形状记忆合金体的两端可以分别通过导线连接到供电电路(图1C)。可替代地，形状记忆合金体的也设形状和塑性形状可以按着实际应用的需要设定。为了方便供电，形状记忆合金体可以被设置为，包括第一端和第二端分别耦联导线以致连接到供电电路。可替代地，如图1A或图1C所示，形状记忆合金丝的两端(即：第一端和第二端)可以从主体(聚合物)的大致同一处136穿出而连接到供电电路，以简化电路连接。

在通电时，形状记忆合金体本身是电导体，也同时加热给聚合物。聚合物沿轴向方向在腔内延伸，并且聚合物与形状记忆合金体之间具有热传导接触。形状记忆合金体在电流下产生的热量，使聚合物温度升高。如图3A所示，在一些实施例中，聚合物324大致填满整个腔并且处置于形状记忆合金体上。可替代地，聚合物大致没有填满整个腔，但还是处置于形状记忆合金体上。聚合物可以围绕形状记忆合金体。在一些实施例中，聚合物沿轴向方向延申，以提供与形状记忆合金体大致平行延申的第一体。可替代地，聚合物形成的第一体可以包括多个部分322，324，沿轴向方向150相互间隔地布置于形状记忆合金体上，各个部分提供与形状记忆合金体物理接触的聚合物。在一些实施例中，形状记忆合金体包括与聚合物接触的表面以及没有与聚合物直接接触的表面。可理解的是，形状记忆合金体也可以包括以形状记忆合金丝设置成的其它整体预设形状和/或塑性形状。

形状记忆合金体在供电的情况下产生热量，使形状记忆合金体本身的温度升高并发生形变。同时，形状记忆合金体在供电的情况下也使聚合物的温度升高，使得聚合物的刚度变小，甚至使得聚合物发生相变。聚合物的刚度改变使得第一体为致动器提供刚度调节的功能。由此可见，致动器的运动是几个元素相互合作下的结果，可以同时照顾到医疗装置所需要的灵活性以及刚度可调控性。为简明起见，以下从供电的情况下继续描述，可以理解的是，从供电的情况变成停止供电的情况，致动器一样可以提供有用的功能。换言之，形状记忆合金体和聚合物的温度下降时，也有发生相应的形变和相变而致动器产生相应的运动。

一般的形状记忆合金体形变包括从塑性形状运动至预设形状，或由预设形状运动至塑性形状，结果的运动基本上就是本体的形变。根据形状记忆合金体在生产过程中所预设过程，预设形状既是固定了，在实际应用环境下就很难提供所需要的灵活性。相比之下，本申请所提出的方案可以克服这样的问题。

图3与图4示出致动器操作流程400的一个实施例。致动器第一状态410运动至致动器第二状态440，之间涉及形状记忆合金体通电420，而形状记忆合金体形变以及第一体刚度调节430。图4也可示出致动器操作流程的另一个实施例。致动器第一状态运410动至致动器第二状态440，之间涉及形状记忆合金体停止通电420，而形状记忆合金体形变510以及第一体刚度调节520。其中，至少一个聚合物产生刚度变。或者，其中至少一个聚合物产生相变以及刚度变。形状记忆合金体形变以及第一体刚度调节相互合作以产生致动器的结果运动530(图5)。

参照图3A和图3B的致动器300。形状记忆合金体为电导体，可以是由形状记忆合金丝310形成。第一体可以包括第一聚合物322以及第二聚合物324分别布置在形状记忆合金体周围。形状记忆合金体传热给予与设置于形状记忆合金体上的第一聚合物。同时，所述形状记忆合金体也传热给予与设置于形状记忆合金体上的第二聚合物。第一聚合物与第二聚合物具有不同的材料特性，如：熔点，受热度等。第一聚合物与第二聚合物的刚度变和/或相变在同一个时间段内因此产生不同的刚度调节效果。这又使得形状记忆合金体的形变，在第一体的可变刚度效应下，可以灵活地产生结果运动。由此可见，致动器包括被设置为电导体的形状记忆合金体，也包括被设置于所述形状记忆合金体的第一体，以致所述第一体可以从所述形状记忆合金体受热而发生变形440。其中，所述变形可以包括弯曲变形。

更具体地，致动器的操作可以包括以下所述。在室温(例如25℃)下，未供电，聚合物的刚度最大，致动器的相应刚度也最大。形状记忆合金体通电并温度上升，聚合物的刚度减小，当温度高于聚合物的熔点Tm时，聚合物处于黏流态。当致动器的温度超过形状记忆合金的奥氏体化温度As时，形状记忆合金体开始变形(如弯曲)。根据聚合物的刚度变，形状记忆合金体形变遇到可变的阻力。处于黏流态的聚合物使得形状记忆合金体受到较小的阻力，因而使得致动器的结果运动可以比较大。形状记忆合金停止通电，聚合物的温度下降以及聚合物的刚度随着增加。形状记忆合金保持不变从而致动器的形状保持不变。致动器的整体刚度增加，使得致动器可以有足够的刚度来执行任务，如：提取物件，感测目标等。

在一个示例中，聚合物(例如PCL)的玻璃化转变温度Tg为-60℃(摄氏零下60度)，聚合物的熔点Tm为60℃(摄氏60度)，形状记忆合金的奥氏体化温度As为75℃。致动器的操作可以包括以下所述。在室温下(例如25℃)，聚合物处于橡胶态。聚合物的刚度为第一聚合物刚度，致动器可以被视为有相应的第一致动器刚度。当聚合物的温度上升至高于形状记忆合金的奥氏体化温度As(75℃)时，聚合物相变而处于黏流态。聚合物刚度变小，形状记忆合金体同时形变。例如，形状记忆合金体从塑性形状(或称为第二形状)形变恢复为预设形状(或称为第一形状)。因此，致动器发生形变并且刚度变小。由于处于黏流态的聚合物的刚度较小，未阻止形状记忆合金发生变形从而使致动器的变形成为可能。如果聚合物的温度下降，聚合物刚度增加，形状记忆合金体的形状可以不变。因此，致动器形状不变并且刚度增加。温度上升可以通过来实现。温度下降可通过停止通电来实现。控制温度上升的速率可以通过控制通电的功率来实现。

致动器的运动机制可以包括下过所述。通过形状记忆合金体作为电导体，将聚合物的温度从室温(例如25℃)提升。形状记忆合金体本身的温度升至高于形状记忆合金的奥氏体化温度As。然而，聚合物的温度还是处于聚合物的玻璃态中，以致影响形状记忆合金体的形变。借此，可以使形状记忆合金体不能从塑性形状(或称为第二形状)形变恢复为预设形状。从而致动器可以提供刚度变但形状不便或微变的相应结果运动。

在一示例中，聚合物(例如PLA)的玻璃化转变温度Tg为60℃，聚合物(例如PLA)的熔点Tm为175℃，形状记忆合金的奥氏体化温度As为75℃。致动器可以经如以下的例子操作。在室温下(例如25℃)，聚合物处于玻璃态。聚合物的温度被升至高于形状记忆合金的奥氏体化温度As(75℃)。聚合物处于橡胶态，聚合物刚度较小。然而，聚合物的刚度仍然足够阻止形状记忆合金体发生形变。例如，形状记忆合金体从塑性形状无法形变至预设形状。从而致动器的结果形状以及刚度是形状记忆合金体与包括聚合物的第一体相互合作下的结果。若温度升至高于聚合物的熔点Tm(175℃)，聚合物处于黏流态。由于处于黏流态的聚合物的刚度够小，形状记忆合金体较能发挥形变特征而使致动器可以有另一个的结果形状与刚度。

在又一示例中，聚合物(例如PLA)的玻璃化转变温度Tg为60℃，聚合物(例如PLA)的熔点Tm为175℃，形状记忆合金的奥氏体化温度As为45℃。聚合物在室温下(例如25℃)处于玻璃态。即使形状记忆合金体本身温度已达到奥氏体化温度As(45℃)时，聚合物仍处于玻璃态，致动器可以被设置为没有明显的形变。

可选地，初始形状(或称为第一形状、目标形状、预设形状)可以为弯曲形状，塑性形状(或称为第二形状)可以为直线形状。

可选地，初始形状(或称为第一形状、目标形状、预设形状)可以为直线形状，塑性形状(或称为第二形状)可以为弯曲形状。

图6示出在不同温度下的致动器的刚度600。如图6所示，可以通过控制温度而控制致动器的刚度。图7示出在不同功率的通电下的致动器的刚度700。如图7所示，致动器的刚度随功率增加而减小。张力与位移之比是刚度。由于功率增加而导致刚度减小，致动器在负载相同的重量时变形程度(如弯曲程度)变大。

当通电足够时间后，致动器的温度高于奥氏体化温度As时，致动器开始发生形变(例如弯曲形变)。图8示出不同的通电功率下致动器的弯曲角度随时间的变化800。如图8所示，在初始阶段810，致动器的弯曲角度随时间保持不变；在第二阶段820，820’，820”，致动器的弯曲角度随时间而变小；在第三阶段830，830’，830”，致动器的弯曲角度随时间保持不变。也即，在初始阶段，致动器温度还未高于奥氏体化温度As，形状记忆合金体还未发生弯曲形变，从而致动器也未发生弯曲形变。随着通电时间增加，直到到达第二阶段时，致动器的温度高于奥氏体化温度As，形状记忆合金体开始发生弯曲形变，从而致动器开始发生弯曲形变。直到第二阶段结束，形状记忆合金体停止发生弯曲形变，到达初始形状(或称为第一形状、目标形状、预设形状)，从而致动器也不再继续弯曲形变。在第三阶段，形状记忆合金体保持初始形状(或称为第一形状、目标形状、预设形状)，从而致动器也保持特定的目标形状。

随着功率的增加(例如如图8所示的从15W、20W到25W的变化)，致动器到达第三阶段所需时间变短。也即，随着功率的增加，致动器能更快地完成弯曲形变从而到达目标形状。

根据本公开实施例，可以在控制通电(从而控制温度)的情况下，同时控制致动器刚度变化和发生形变。本公开的致动器可以产生较大范围内的刚度变化，从而可以对致动器所承载的器件施加所需范围内的驱动力/承载力。例如，驱动力/承载力的范围可以为从0.9N到3.3N。并且，本公开的致动器可以具有很高地柔软度(即可变形范围很广)。总的来说，本公开的致动器具有变刚度范围大且范围可调控、结构简单、变形量大、响应时间短、输出驱动力大等优点。

本申请提供一种适合用于柔性医疗装置的致动器，该柔性医疗装置包括以上所述的可变刚度致动器。

根据本申请实施例所提供的医疗装置300，分别经过刚度测试以及灵活性的测试，都有良好的成绩。医疗装置的刚度可以大于330Ncm²。医疗装置的刚度可以小于165Ncm²。医疗装置极限的应力的范围可以为介于0.9N到3.3N之间。优选地，医疗装置包括绝缘体，可以作为预防灼伤的屏蔽，以确保医疗装置的表面温度适合用于人体内工作。其绝缘体还可以作为电绝缘体，在第一体以外提供多一层的保护。同时，其绝缘体可以被设置为保持聚合物与形状记忆合金体之间的物理接触。优选地，其绝缘体可以使用生物相容性材料制成。优选地，其绝缘体被设置为可替换的，或供一次性用途的。

柔性医疗装置可以包括由致动器负载的以下工具的至少一种：(i)照相/摄像设备，例如照相机，摄像机等；(ii)位移传感器设备，例如位移传感器；(iii)抓取工具，例如镊子等；(iv)微型手术工具，例如缝合针、植入工具等。

柔性医疗装置进入人体后，可以通过照相/摄像设备窥探人体内部的健康状况，用来帮助医生对人体的疾患进行诊断。可以通过位移传感器设备监测柔性医疗工具的位移变化。可以通过抓取工具进行体内组织取样，供医疗人员作进一步组织样品分析和测验。可以通过微型手术工具进行体内伤口缝合，医疗器件植入等。

本公开提供一种柔性机器人/柔性机器手臂，该柔性机器人/柔性机器手臂包括以上所述的可变刚度致动器。

柔性机器人/柔性机器手臂可以包括由致动器负载的以下工具的至少一种：(i)照相/摄像设备，例如照相机，摄像机等；(ii)位移传感器设备，例如位移传感器；(iii)抓取工具，例如镊子等；(iv)疏通工具等。

柔性机器人/柔性机器手臂进入目标地点(如狭窄弯曲的地点)后，可以通过照相/摄像设备窥探目标地点的状况，用来帮助操作人员提出疏通方案。可以通过位移传感器设备监测柔性机器人的位移变化。可以通过抓取工具进行目标地点物品取样，供操作人员作进一步样品分析和测验。可以通过疏通工具进行对目标地点的疏通。

由于可以在控制通电(从而控制温度)的情况下，同时控制致动器刚度变化和发生形变。一方面，致动器可以产生较大范围内的刚度变化，从而可以对致动器所承载的器件(如上述柔性医疗装置和柔性机器人/柔性机器手臂中由致动器负载的照相/摄像设备、位移传感器设备、抓取工具、微型手术工具、疏通工具等)施加所需范围内的驱动力/承载力。例如，驱动力/承载力的范围可以为从0.9N到3.3N。另一方面，由于致动器可以具有很高的柔软度(即可变形程度高)，从而可以使得由致动器驱动的柔性医疗装置可以沿曲折狭小的路径移动时与器官之间几乎没有相互作用，这使得病人组织损伤或疼痛的风险降低。同样地，由于致动器可以具有够高的柔软度(即可变形程度高)，从而可以使得由致动器驱动的柔性机器人/柔性机器手臂可以沿狭窄弯曲的路径移动时与周围物体之间几乎没有相互作用，这使得目标地点遭受的损坏度的风险较低。

如本文所用，除非另有明确说明，否则单数“一”和“一个”可以解释为包括复数“一个或多个”。已经出于说明和描述的目的呈现了本公开，但是并非旨在穷举或限制。许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。已经选择和描述了示例实施例以便解释原理和实际应用，并且使得本领域普通技术人员能够理解本公开的各种实施例具有适合于预期的特定用途的各种修改。因此，尽管这里已经参考附图描述了说明性示例实施例，但是应该理解，该描述不是限制性的，并且本领域普通技术人员可以在不脱离本申请的范围的情况下实现各种其他改变和修改。

Claims (20)

1.一种致动器，其特征在于，所述致动器包括：

被设置为电导体的形状记忆合金体；以及

第一体，所述第一体被设置于所述形状记忆合金体，以致所述第一体可以从所述形状记忆合金体受热。

2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述第一体与所述形状记忆合金体物理接触。

3.如权利要求2所述的致动器，其特征在于，所述第一体沿轴向方向与形状记忆合金体物理接触，其中轴向方向根据所述形状记忆合金体定义。

4.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述致动器还包括：

围绕所述第一体的绝缘体。

5.如权利要求4所述的致动器，其特征在于，所述绝缘体还包括单一结构的表面。

6.如权利要求4所述的致动器，其特征在于，所述绝缘体界定一个腔，所述形状记忆合金体与所述第一体被设置于所述腔内。

7.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述第一体还包括至少一种聚合物。

8.如权利要求7所述的致动器，其特征在于，所述形状记忆合金体导电时使所述聚合物的温度上升。

9.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，所述聚合物的刚度产生变化。

10.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，所述聚合物呈现黏流态。

11.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，所述形状记忆合金体导电时使所述形状记忆合金体的温度高于所述形状记忆合金体的奥氏体化温度。

12.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，所述形状记忆合金体的奥氏体化温度高于所述聚合物的熔点。

13.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，所述形状记忆合金体的奥氏体化温度低于所述聚合物的熔点。

14.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，所述形状记忆合金体的奥氏体化温度低于所述聚合物的玻璃化转变温度。

15.一种致动器，其特征在于，所述致动器包括：

形状记忆合金体，所述形状记忆合金体被设置为电导体；以及

第一体，所述第一体包括聚合物，其聚合物被设置于所述形状记忆合金体，以致所述聚合物可以从所述形状记忆合金体受热；

绝缘体，所述绝缘体界定一个腔，所述聚合物与形状记忆合金体被设置于所述腔内。

16.一种医疗装置，其特征在于，所述医疗装置包括：

致动器，所述致动器包括：

形状记忆合金体，所述形状记忆合金体被设置为电导体；

第一体，所述第一体包括聚合物，其聚合物被设置于所述形状记忆合金体，以致所述聚合物可以从所述形状记忆合金体受热；以及

绝缘体，所述绝缘体界定一个腔，所述聚合物与形状记忆合金体被设置于所述腔内；以及

供电电路，所述供电电路耦联与所述形状记忆合金体。

17.如权利要求16所述的医疗装置，其特征在于，所述形状记忆合金体包括形状记忆合金丝。

18.如权利要求16所述的医疗装置，其特征在于，所述绝缘体还包括一个单一结构的表面。

19.如权利要求16所述的医疗装置，其特征在于，所述第一体还包括多个聚合物分别被设置成与所述形状记忆合金体物理接触。

20.如权利要求16所述的医疗装置，其特征在于：

所述第一体还包括：

第一聚合物，所述第一聚合物被设置成与所述形状记忆合金体物理接触；以及

第二聚合物，所述第二聚合物被设置成与所述形状记忆合金体物理接触；其中所述形状记忆合金体的奥氏体化温度低于所述第一聚合物的熔点，并且所述形状记忆合金体的奥氏体化温度高于所述第二聚合物的熔点。

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