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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Aktuator- und/oder Sensorelement mit einer oder mehreren Nanofasern und einem oder mehrere die Nanofaser mindestens teilweise umspannenden Nanodrähte sowie Verbindungen zu Mitteln zur dimensionalen Veränderung der Nanofaser und/oder Bestimmung der dimensionalen Veränderung der Nanofaser. Diese dimensionale Veränderung der Nanofaser kann durch elektrisches Deformieren, mechanisches Deformieren oder thermisches Deformieren erreicht werden. In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Anmeldung auf eine Struktur, insbesondere eine als Gewebe oder Folie ausgebildete Struktur, die mindestens zwei der erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelemente aufweist. In einem weiteren Aspekt richtet sich die Anmeldung auf eine Manschette umfassend mindestens zwei der erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelemente oder eine entsprechende erfindungsgemäße Struktur mit mindestens zwei Aktuator- und/oder Sensorelementen, mindestens eine Druckluftkammer und einer äußeren, mindestens abschnittsweise starren Hülle. Schließlich wird erfindungsgemäß eine Manschette bereitgestellt, die mindestens eine Druckluftkammer, eine äußere, mindestens abschnittsweise starre Hülle sowie eine Aktuator- und/oder Sensorstruktur aus einem elastomeren Material, wobei auf den sich gegenüberliegenden Oberflächen dieses Materials eine erste und eine zweite Elektrode angeordnet sind, aufweist.
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Polymere Aktuatoren sind im Stand der Technik bekannt. So wird in der
WO 03/056287 eine dielektrische Aktuator-Sensorstruktur beschrieben, wobei diese ein elastomeres Material mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, die auf den sich gegenüberliegenden Oberflächen dieses elastomeren Materials aufgebracht sind, aufweist. Solche Strukturen, die z. B. unter dem Produktnamen Polypower
® vertrieben werden, finden verschiedenste Anwendungen. Solche Folien finden z. B. Anwendung als Sensoren zur Bestimmung von Kräften, da eine Verringerung der Distanz zwischen den Elektroden eine Erhöhung der Kapazität des durch die Elektroden ausgebildeten Kondensators bewirkt, diese Veränderung kann durch Messung bestimmt werden und spiegelt die einwirkende Kraft wieder. Des Weiteren kann eine solche Folie als Aktuator eingesetzt werden, indem die Kapazität zwischen den aus den beiden Elektroden gebildeten Kondensators verändert und so die Strecke zwischen den Elektroden verändert wird. Dies bewirkt z. B. ein Komprimieren des elastomeren Materials und somit eine dimensionale Veränderung des Aktuators. Es sind neben Aktuatoren auf Basis von elektroaktiven Polymeren auch Aktuatoren auf Basis der Magnetorestriktion beschrieben.
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Elektroaktive Polymere sind Polymere, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Form ändern. Diese Materialien finden als Aktuatoren oder Sensoren Anwendung. Elektroaktive Polymere werden in ionische elektroaktive Polymere und in trockene elektroaktive Polymere, die elektrostriktive, piezoelektrische und dielektrische Polymere einschließen, unterschieden.
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Magnetorestriktive Aktuatoren beruhen auf die Deformation des Materials in Folge eines angelegten magnetischen Feldes. Dabei erfährt der Körper bei konstantem Volumen eine elastische dimensionale Veränderung, im Wesentlichen eine Längenveränderung. Es gibt auch magnetoelastische Sensoren, die den inversen Effekt beispielsweise für die Messung von Zug-, Druckkraft sowie Torsion nutzen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von neuartigen Aktor- und/oder Sensorelementen, die im Mikrobereich einsetzbar sind sowie von Strukturen, wie Topologien, diese aufweisend.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterhin werden erfindungsgemäße Aktuator- und/oder Sensorelemente aufweisende Strukturen bereitgestellt sowie Manschetten mit diesen Strukturen bzw. Aktuator- und/oder Sensorelementen.
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In einem weiteren Aspekt werden Manschetten bereitgestellt, die neben mindestens einer Druckluftkammer weiterhin eine äußere mindestens abschnittsweise starre Hülle aufweisen sowie Aktuator- und/oder Sensorelemente aus elektroaktiven oder magnetoaktiven Materialien, wie Polymeren.
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Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aktuator- und/oder Sensorelement bereitgestellt mit einer oder mehreren Nanofaser(n) und einem oder mehreren die Nanofaser(n) mindestens teilweise umspannenden Nanodrähten und Mitteln zum Verbinden mit einer Vorrichtung zur i) elektrischen Deformation, ii) thermischen Deformation und/oder iii) Erfassung der dimensionalen Veränderung der Nanofaser, wobei das Aktuator- und/oder Sensorelement zur Deformation durch elektrische Signale und/oder thermische Einflüsse und/oder Erfassung der dimensionalen Veränderung der Nanofaser ausgebildet ist.
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Dieses erfindungsgemäße Aktuator- und/oder Sensorelement, das im Folgenden auch als Zelle bezeichnet wird, ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass es als ein steuerbarer Aktuator realisiert ist. Die entsprechende dimensionale Veränderung des Aktuators ist dabei abhängig von der angelegten Spannung.
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Durch das Umwickeln der Nanofaser mit Nanodraht kann in vorbestimmten Bereichen eine Versteifung der Nanofasern erreicht werden, so dass Möglichkeiten der dimensionalen Veränderung der Nanofasern durch den mindestens teilweise umspannenden Nanodraht vorgegeben sind. In einem Aspekt verleiht der Nanodraht somit der Nanofaser eine Steifigkeit in zumindest Teilbereichen der Nanofaser. In einem weiteren Aspekt ermöglicht der Nanodraht in Kombination mit der Nanofaser zusätzliche elektrothermische Aktorik und Sensorik.
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In Abhängigkeit der Anordnung des Nanodrahts ist eine Bewegung der Nanofaser möglich. Der Nanodraht kann dabei spiralförmig in einem Stück um die Nanofaser gewickelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Nanodraht auch quer zur Faserrichtung und/oder diagonal zur Faserrichtung ausgebildet sein. Gegebenenfalls sind Aussparungen in der durch den Nanodraht ausgebildeten Struktur vorhanden, um eine entsprechende Bewegung des Aktuatorelements zu fördern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Nanofaser an vorbestimmten Positionen Materialschwächungen, insbesondere Materialauslassungen auf. Solche Materialauslassungen können z. B. Einkerbungen oder Ähnliches sein. Gegebenenfalls sind diese mit einem weicheren Material, z. B. Silikon oder Ähnlichem ausgefüllt.
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Durch die Anordnung dieser Materialschwächungen bzw. Materialauslassungen wird die Bewegung des Aktuators kontrolliert und gefördert. Im Zusammenspiel mit der Anordnung des Nanodrahts um die Nanofaser ist somit eine sichere, präzise und kontrollierte Bewegung des Aktuators möglich.
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Bei der Nanofaser kann es sich um eine handeln auf Basis von Kunststoffen, im Wesentlichen Polymeren, Biopolymeren, Metallen, Metalloxiden, Keramiken oder Glas oder Kombinationen hiervon. Die Nanofasern werden bevorzugt durch Elektrospinnen hergestellt. Dieses Verfahren ist dem Fachmann wohl bekannt. Mit Hilfe des Elektrospinnen ist es möglich geeignete Nanofasern bereitzustellen. Unter dem Ausdruck Nanofasern wird vorliegend ein Fasermaterial mit einem Durchmesser von < 1000 nm, üblicherweise < 500 nm. Bevorzugt liegt der Bereich des Faserdurchmessers bei 50–500 nm, wie 50–300 nm. Insbesondere bevorzugt ist der durchschnittliche Durchmesser der mit Elektrospinnen hergestellten Nanofasern im Bereich von 100 nm. Gegebenenfalls kann die Nanofaser im Aktuator und/oder Sensorelement aus zwei oder mehr Einzelfasern bestehen. Üblicherweise liegt aber eine einzelne Nanofaser vor.
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Die Form der Nanofasern ist nicht besonders eingeschränkt.
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Sollte die Nanofaser aus mehreren Einzelfasern, also einzelnen Nanofasern, bestehen, kann es sich hierbei um solche aus gleichen oder verschiedenen Materialien handeln.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Material der Nanofaser um ein elektroaktives Material, wie ein Polymer, insbesondere ein elektrostriktives, piezoelektrisches oder dielektrisches Polymer oder um ein magnetostriktives Material, wie Polymer oder um mit sensorischen Materialien aktivierte Polymere. Geeignete Materialien sind weiterhin paramagnetische Materialien, wie paramagnetische Polymere. Dem Fachmann sind entsprechende Materialien, wie Polymere, die insbesondere durch Elektrospinnen zu Nanofasern gesponnen werden können, bekannt.
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Der Nanodraht ist bevorzugt ein metallischer Nanodraht. Dem Fachmann sind geeignete Materialien für solche metallischen Nanodrähte bekannt, wie z. B. Kupfer, Gold oder Platin. Auch Eisenlegierungen sind möglich. Die Nanodrähte können auch beschichtet eingesetzt werden, um weitere Funktionalitäten einsetzen zu können, z. B. thermische oder biologische Beständigkeit.
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Die metallischen Nanodrähte können ebenfalls zur Bewegung des Aktuatorelements beitragen, wenn eine Spannung an den Draht angelegt wird. In Kombination mit der Nanofaser erlaubt der Nanodraht zusätzliche elektrothermische und/oder magnetische Aktorik und Sensorik. In diesem Falle handelt es sich bei den Nanofasern bevorzugt um magnetostriktive Nanofasern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Element um ein Sensorelement. Dieses Sensorelement erlaubt dabei die Messung der Kapazität, Induktivität oder der elektrischen Leitwerte oder Gase oder pH-Wert oder deren Veränderung über die Zeit. Des Weiteren ist dieses Sensorelement so ausgebildet, dass es die Bestimmung der dimensionalen Veränderung der Nanofaser erlaubt. Der Einsatz von elektrogesponnenen Nanofasern als Gassensoren ist z. B. in Ding B., et. al. Sensors, 2009, 9, 1609 bis 1624 beschrieben.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Aktuator- und/oder Sensorelement mit einer Vorrichtung verbunden, die zum elektrischen Deformieren und/oder zur Bestimmung der dimensionalen Veränderung eine elektrisches Spannung anlegt bzw. die Veränderung einer physikalischen, wie einer mechanischen oder elektrischen Größe bestimmt. Eine solche Vorrichtung umfasst entsprechend eine Auswerte- und/oder. Steuereinrichtung, um die Veränderung der physikalischen Größe, wie der mechanischen oder der elektrischen Größe, z. B. der Kapazität, Induktivität bzw. des elektrischen Leitwertes zu bestimmen bzw. eine Spannungsänderung durchzuführen, um das erfindungsgemäße Aktuatorelement zu bewegen.
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Die vorliegende Anmeldung richtet sich des Weiteren auf eine Struktur mit mindestens zwei erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelementen, wobei diese Aktuator- und/oder Sensorelemente über eine Auswerte- und/oder Steuereinrichtung miteinander verbunden sind. Eine Anordnung mit mindestens zwei erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelementen, wie sie in der Struktur vorliegen können, wird im Folgenden auch als Topographie oder Cluster bezeichnet. Solche Topographien oder Cluster haben bevorzugt eine Größe von mindestens 1 cm2, wie mindestens 2 cm2, z. B. mindestens 4 cm2. Diese Strukturen sind z. B. als Gewebe, Gewirke oder als Folie ausgebildet. In dieser Struktur können die Aktuator- oder Sensorelemente einzeln oder als Cluster oder Topographie mit einer Auswerte- und/oder Steuereinrichtung verbunden sein. Dadurch ist es möglich, in Strukturen, wie Geweben oder Folien einzelne Elemente bzw. Cluster oder Topographien mit mindestens zwei Elementen einzeln anzusprechen, so dass diese als unabhängige Sensoren bzw. Aktuatoren dienen. Die Strukturen können dabei so ausgebildet sein, dass die erfindungsgemäßen Elemente bzw. Topographien oder Cluster gebildet aus einzelnen erfindungsgemäßen Elementen durch nicht als Aktuatoren- und/oder Sensorelemente ausgebildete Abschnitte voneinander beabstandet sind.
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Diese erfindungsgemäße Struktur, die in Form eines Gewebes oder Folie vorliegen kann, bildet ein Aktuatorensystem aus, mit dem einfach Bewegungen präzise und kontrolliert übertragen werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Manschette mit mindestens einer Druckluftkammer, einer äußeren, mindestens abschnittsweise starren Hülle und mindestens einem Aktuator- und/oder Sensorelement auf Basis von elektroaktiven, magnetoaktiven oder thermoaktiven Materialien.
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Unter elektroaktiven, magnetoaktiven oder thermoaktiven Materialien wird vorliegend verstanden, dass diese Materialien eine Änderung in ihrer Dimension bei Anliegen einer elektrischen Spannung, eines magnetischen Feldes bzw. einer Veränderung der Temperatur aufzeigen.
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Bevorzugt handelt es sich bei einer erfindungsgemäßen Manschette um eine, bei der mindestens zwei erfindungsgemäße Aktuator- und/oder Sensorelemente bzw. mindestens eine erfindungsgemäße Struktur mit Aktuator- und/oder Sensorelementen oder Topographien oder Cluster, mindestens einer Druckluftkammer und eine äußere, mindestens abschnittsweise starre Hülle ausgebildet ist.
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Bevorzugt weist diese Manschette weiterhin Mittel zum gegebenenfalls lösbaren Verschließen der Manschette auf. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Manschette so ausgebildet, dass sie ein Umschließen von Extremitäten, insbesondere von menschlichen Extremitäten, wie Arm, Hand, Fuß, Bein sowie den Gelenken hiervon zumindest in Teilbereichen erlaubt.
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Eine solche Manschette, die im Vorliegenden auch als Cast bezeichnet wird, kann dabei als Ersatz für z. B. Gipsverbände, synthetischen Steifverbänden und orthopädischen Orthesen eingesetzt werden. Diese erfindungemäßen Manschetten weisen dabei ein Aktuatorensystem auf, das präzise und sicher durch die Steuereinheit festgelegte Bewegungen ausführen kann. Weiterhin erlaubt eine erfindungsgemäße Manschette die Bestimmung verschiedener Parameter im Innenbereich der Manschette, insbesondere auf der Haut des Objekts, das die Manschette trägt. Entsprechende Sensorelemente erlauben z. B. Veränderungen in der Temperatur aber auch Veränderung des pH-Werts, relevante Gase, wie O2, CO2, Ammoniak, Feuchte und organische Stoffwechselprodukte, wie z. B. Propionsäure, Ethanol oder Aminezu detektieren ohne dass die Manschette abgenommen werden muss.
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Weiterhin können die Sensorelemente zur Bemaßung oder Bestimmung einer Fraktur oder eines Traumas, das durch die Manschette umschlossen sind, dienen. Die Manschette wird dabei direkt auf der Haut des zu behandelnden Individuums aufgebracht ggf. befindet sich ein Verband zwischen der erfindungsgemäßen Manschette und der Haut, z. B. im Falle einer nässenden Wunde.
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Weiterhin können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Manschette und durch gegebene Sensorelemente die von Außen auf die Manschette wirkenden Kräfte selbst, wie auch auf die Fragmente der Knochenfraktur bestimmt werden.
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Mit Hilfe der mindestens einen Luftkammer in der Manschette ist es möglich die auf die Extremität wirkende Kraft zu verändern und zu steuern. Hierzu liegt in jeder Druckluftkammer bevorzugt ein Sensor zur Bestimmung des Druckes in der Kammer vor. Die Manschette weist bevorzugt eine Vielzahl von unabhängig gesteuerten Druckluftkammern zwischen der äußeren, mindestens abschnittsweise starren Hülle und der erfindungsgemäßen Aktuator- oder Sensorelemente aufweisenden Struktur auf. Da die äußere Hülle mindestens teilweise starr, bevorzugt im Wesentlichen starr ausgebildet ist, führen Veränderungen des Drucks in den Druckluftkammern der Manschette zu Veränderungen der auf die Extremität wirkenden Kraft. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelemente kann dabei diese Kraft präzise kontrolliert werden.
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Die erfindungsgemäße Manschette wird daher bevorzugt im medizinischen Bereich verwendet. Derzeit werden mit Hilfe des in der Medizin angewandten Gipsverbandes betroffene Gliedmaßen oder Gelenke nach einer Frakturbildung (Knochenbruch), nach schweren Zerrungen oder operativer Behandlung von z. B. Sehnen oder Bänderrissen mechanisch fixiert und somit zur Ruhigstellung und Stabilisierung mit feuchtem Gipsbinden umwickelt, die dann nach bestimmter Zeit aushärten und erst nach einigen Stunden voll belastbar sind. Ein weiterer Nachteil von solchen Gipsverbänden ist, dass zum Abnehmen des Gipsverbandes dieser aufgeschnitten und somit zerstört werden müssen. Eine Überprüfung des Heilungsprozesses oder der unter dem Gipsverband ablaufenden Prozesse ist nicht möglich. Auch die Reinigung der durch den Gipsverband abgedeckten Bereiche ist nur schwer möglich. Es besteht daher ein Bedarf Vorrichtungen, wie die erfindungsgemäßen Manschetten bereitzustellen, die ein einfaches Abnehmen dieser Stütz- und Schutzmittel von den betroffenen Bereichen erlauben, um so den Heilungsprozess zu überprüfen oder um den betroffenen Bereich zu reinigen.
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Ein weiterer Nachteil von orthopädischen Orthesen oder Gipsverbänden bzw. synthetischen Steifverbänden ist, dass durch die Ruhigstellung und Fixierung der Extremität nicht nur das Gelenk sondern auch der gesamte Muskelapparat fixiert ist. Die Muskeln verlieren dabei an Masse, Kraft und Beweglichkeit. Dieser Verlust erfordert mühsame und kostenintensive Rehamaßnahmen zum Aufbau der verloren gegangenen Muskelmasse und Koordination. Die erfindungsgemäße Manschette ist dagegen sofort belastbar, d. h. ein Aushärten des Gipsverbandes ist nicht notwendig. Des Weiteren erlaubt die erfindungsgemäße Manschette ein Stabilisieren und Entlasten von betroffenen Bereichen. Die erfindungsgemäßen Aktuatorelemente in der in der Manschette vorhandenen Struktur erlaubt weiterhin, die betroffenen Bereiche aktiv zu massieren und einem Muskelabbau entgegenzuwirken. Weiterhin kann ein aktiver Beitrag zur Therapie und Reha über entsprechende Steuerung des Aktuatorensystems erfolgen. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Manschette als Orthese kann sie entsprechend auf den Patienten zur Unterstützung von eingeschränkt funktionstüchtigen Körperteilen abgestimmt werden. Orthesen dienen der Fixaktion von Gliedmaßen, z. B. bei Formfehlern oder Deformation, die im Wesentlichen nicht reversibel sind. Bei Sportverletzungen werden Orthesen zur Gelenkstabilisierung oder Bewegungslimitierung eingesetzt. Weiterhin gibt es Modelle, die zur zeitweiligen Ruhestellung von Körperteilen eingesetzt werden. Die Ruhestellung und Stabilisierung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Manschette lässt verschiedene Funktionsstellungen zu. Die Freigabe der Beweglichkeit ist ebenso möglich, wie das kontrollierte Öffnen der Manschette zur Wundkontrolle oder anderen Therapieformen. Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Manschette die Verbesserung der Muskelfunktion und einer Aktivierung des Lymphsystems und verhindert durch eine aktive Lüftung das Auftreten von Juckreiz.
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Durch individuelle Ansteuerung der Aktuatorelemente in einzelnen Topographien bzw. Clustern in der Struktur, die als Folie oder Gewebe ausgebildet sein kann, ist es möglich, durch wellenförmige Bewegung der Aktuatoren eine Massage durchzuführen. Dadurch erreicht man in den oberflächigen Lymphbahnen z. B. eine Druckreduzierung und einen Muskelabbau während der Fixierung der Extremität wird entgegengetreten. Die betroffenen Bereiche im Gewebe werden entlastet und können so schneller heilen. Außerdem kann eine Reizung Mechanorezeptoren das körpereigene Schmerzdämpfungssystem aktivieren. Auch zur Narbenmassage kann eine erfindungsgemäße Manschette eingesetzt werden. Durch die aktive Bewegung der Aktuatoren werden die Durchblutung im Narbengebiet und die Lösung von Verklebungen im Bindegewebe gesteigert. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Manschette eine permanente Wundkontrolle und ist röntgendurchlässig. Durch den Einsatz der Vielzahl von Luftkammern, die individuell gesteuert werden können, kann die Manschette individuell angepasst werden. Eine Fraktur wird entsprechend gesichert und die erfindungsgemäße Manschette schützt vor Komplikationen, wie z. B. Hautdefekte durch Reibung eines Gipsverbandes. Entsprechende Manschette können bevorzugt desinfizierbar sein und somit einer Wiederverwendung zugeführt werden.
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Die erfindungsgemäße Manschette weist auf Grund eines Gerüsts bzw. einer äußeren Hülle aus leichtem aber steifem Material die notwendige Steifigkeit auf. Somit kann ein Gerüst aus entsprechendem hartem Material über dem Gewebe bevorzugt zwischen dem Gewebe und den Luftkammern angeordnet, vorliegen, um die Steifigkeit der Cluster zu erhöhen. Dadurch wird die Wirkung der Druckaktuatoren mechanisch unterstützt und adaptiv gesteuert. Durch das spezielle Luftkammersystem und ein intelligentes, gerastertes Aktuatorensystem, ist eine flächige und schonende Stabilisierung der Fraktur möglich. Der Belastungsgrad und die Beschleunigung der versorgten Extremität werden mittels eingearbeiteter Sensoren kontinuierlich gemessen, so dass der behandelnde Facharzt oder Therapeut die jeweilige Belastung einfach auswerten und entsprechende Maßnahmen ergreifen kann. Dadurch kann die Versorgungsqualität verbessert und erleichtert werden. Die in der Manschette gemessene Temperatur, pH-Wert oder Hautfeuchtigkeit geben weiterhin Aufschluss über den aktuellen Heilungsprozess und ermöglichen ein frühzeitiges Erkennen von Komplikationen, wie z. B. Entzündungen. Gegebenenfalls können die gewonnenen Daten der Sensoren über Kabel oder kabellos z. B. über Bluetooth an entsprechende Auswerteeinheiten geschickt werden. Diese Auswerteeinheit kann dann entsprechende Daten über geeignete Informationsmittel dem betreuenden Arzt als Information zur Verfügung gestellt werden. In der erfindungsgemäßen Manschette erlaubt die Veränderung des Druckes in den Luftkammern, wobei es sich bei diesen bevorzugt um eine Vielzahl von Luftkammern, wie Mikrokammern, die bevorzugt Sensoren enthalten, eine mechanische Beeinflussung der durch die Manschette abgedeckten Bereiche. Dieses mechanische System dient insbesondere zur Stabilisierung der Fraktur, während das elektrische oder sensorische System, das durch die erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelemente bereitgestellt wird, eine entsprechende Überwachung der Bereiche und gegebenenfalls aktive Beeinflussung erlaubt. Weiterhin können die Daten der Sensoren die entsprechenden mechanischen Systeme steuern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Aktuator- und/oder Sensorelement weiterhin eines aus einem elastomeren Material sein, wobei auf der sich gegenüberliegenden Oberflächen dieses Materials eine erste und eine zweite Elektrode angeordnet ist. D. h., die Aktuator- und/oder Sensorelemente sind z. B. dielektrische Festkörperaktuatoren mit elektroaktiven Polymeren. Solche Systeme sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Mit Hilfe von Einrichtungen zur Auswertung und/oder Steuerung der Aktuator- und/oder Sensorelemente kann gezielt die Belastung auf die durch die Manschette umschlossenen Bereiche gesteuert und aufgezeichnet werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert.
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Die zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelements 1 mit einer Nanofaser 2. Die Nanofaser ist von Nanodrähten umspannt 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, ..... Diese Nanodrähte, die bevorzugt metallische Nanodrähte sind, können dabei in Faserrichtung angeordnet sein 3a, 3b oder im Wesentlichen quer zur Faserrichtung 3c, 3d oder diagonal hierzu 3e.
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Die dargestellte Nanofaser weist des Weiteren Materialauslassungen in Form von Einkerbungen 4 auf. Diese Einkerbungen 4 laufen dabei im Wesentlichen quer zur Nanofaser 2.
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Bei Anlegen einer elektrischen Spannung findet eine Deformation, d. h. eine dimensionale Veränderung der Nanofaser 2 statt. Auf Grund der speziellen Anordnung der umspannenden Nanodrähte 3 wird dabei die Bewegung der Nanofaser 2 gezielt beeinflusst. Eine entsprechende Beeinflussung wird auch durch die Einkerbungen 4 erzielt, so dass das Aktuatorelement 1 sich kontrolliert bewegt.
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In der wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manschette dargestellt. Dargestellt ist die äußere mindestens abschnittsweise starre Hülle 5 mit den Druckkammern 6, 6a, 6b Diesen schließt sich das Gewebe bzw. die Folie 7 mit Clustern aus erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelementen an. Weiterhin dargestellt sind Mittel zum Verbinden mit Steuer- und Auswerteeinrichtungen 9.
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Die zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Manschette, wie sie in der 2 dargestellt ist. Dargestellt ist die äußere starre Hülle 5, die teilweise aufgeschnittenen Luftkammern 6, 6a, 6b mit Sensoren 8, 8a, 8b .... sowie die Struktur 7 mit den erfindungsgemäßen Elementen.
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Die Struktur mit erfindungsgemäßen Aktuator- und/oder Sensorelementen 2 schließt sich den Druckkammern 6 an. Diese Struktur kann als Folie mit einzelnen Clustern oder einzelnen Elementen ausgebildet sein. Bei Anlegen dieser Manschette auf die Haut findet z. B. eine Kapazitätsveränderung in den erfindungsgemäßen Elementen statt. Diese auf Grund des Gegendrucks durch die Haut veränderte Kapazität wird durch die Sensorelemente aufgenommen und durch die Auswerteeinheiten bestimmt. Entsprechend kann über die Steuereinrichtung der Druck in den einzeln steuerbaren Druckkammern so eingestellt werden, dass die gewünschte Fixierung der Extremität erfolgt. Nicht dargestellt ist, dass die äußere Hülle Mittel zum Verschließen aufweisen kann. Die Manschette kann also über den Bereich gezogen werden oder wie z. B. eine Blutdruckmanschette um den Bereich angelegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator- und/oder Sensorelemente
- 2
- Nanofaser
- 3, 3a, 3b, ...
- Nanodraht
- 4
- Materialauslassung
- 5
- Hülle
- 6, 6a, 6b, 6c
- Druckluftkammer
- 7
- Struktur mit Aktuator- und/oder Sensorelement
- 8, 8a, 8b ...
- Sensor
- 9
- Mittel zum Verbinden mit Steuer- und Auswerteeinrichtungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Ding B., et. al. Sensors, 2009, 9, 1609 bis 1624 [0021]
