DE69928441T2

DE69928441T2 - Elektrostatische/pneumatische aktuatoren für veränderliche oberflächen

Info

Publication number: DE69928441T2
Application number: DE69928441T
Authority: DE
Inventors: Cleopatra Cabuz; R. Thomas OHNSTEIN; R. Michael ELGERSMA
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2019-09-11
Also published as: EP1141554B1; JP2002533230A; EP1141554A1; US6288472B1; DE69928441D1; CA2358115A1; US6215221B1; CA2358115C; WO2000039467A1; DE1141554T1

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die lokalisierte und globale Steuerung von relativ großen Oberflächen. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von elektrostatischen Aktuatoren und einer pneumatischen Wirkung zum Steuern der Gestalt einer flexiblen Oberfläche.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Aktivierung von Aktuatoren in zwei- oder dreidimensionalen Arrays, besonders wenn die Aktuatoren eine Oberflächengestalt über ein Quasicontinuum bewirken, sind bisher nicht entwickelt worden, obwohl eine lokalisierte und globale Gestaltsteuerung von relativ großen Oberflächen in verschiedenen Technologien einen signifikanten Vorteil bieten würde. Beispiele dieser Technologien, bei denen eine signifikante Notwendigkeit vorliegt, sind unter anderem die mikroadaptive Strömungssteuerung, die Flugsteuerung in Mikro-UAVs, die Akustik und die Luftwiderstandssteuerung.
Um die noch zu entwickelnde Steuerung von Oberflächen zu bewerkstelligen, ist ein Aktivierungsprinzip wünschenswert, das die Aktivierung von großen Oberflächen mit außerhalb der Ebene liegenden Kräften gestattet. Wenn eine adäquate Steuerung von kleinen fliegenden Objekten existieren soll, sind einfache, leichte, stromarme Aktuatoren unabdingbar. Verschiedene Aktivierungsbauelemente, die eine Oberfläche beeinflussen, weisen bekannterweise Mängel auf, die ihren breiten Einsatz verhindern und gewiß ihre Verwendung bei den oben beschriebenen verschiedenen Notwendigkeiten beschränken.
Die elektromagnetische Aktivierung erfordert schwere magnetische Materialien und relativ große Ströme, und die Konstruktion solcher Bauelemente ist nicht kompakt genug, um sich zur Aktivierung von großen Oberflächen zu eignen. Für Fluganwendungen ist dieses Verfahren eindeutig wegen seines schlechten Leistungs-Gewichts-Betriebsverhaltens ausgeschlossen.
Die elektrothermisch induzierte Aktivierung ist strukturell für Aktivatorarrays geeignet, weist aber auch die Nachteile von höheren Leistungsanforderungen, einer langsamen Reaktionsgeschwindigkeit und in vielen Fällen eine Abhängigkeit von Umgebungstemperaturen auf. Analog besitzt die piezoelektrische Aktivierung, wenngleich sie sich strukturell für Aktuatorarrays eignet und geringe Leistung mit adäquater oder hoher Geschwindigkeit verwendet, nicht die benötigten Verschiebungen und sie sind tatsächlich so gering, daß sie sich für die oben betrachteten Anwendungen nicht eignen. Piezoelektrische Materialien mit gesteigertem Betriebsverhalten sind vorgeschlagen worden, sind aber sowohl sehr teuer als auch schwerer, als akzeptabel wäre.
Es wäre für die Technik von großem Vorteil, wenn ein Aktuator mit geringem Gewicht, geringer Leistung und hohem Betriebsverhalten entwickelt werden könnte, der eine lokalisierte und globale Gestaltsteuerung von relativ großen Oberflächen gestatten würde.
Es wäre ein weiterer großer Fortschritt in der Technik, wenn Aktuatorarrays ausgelegt werden könnten, die die Konstruktion von zwei- und dreidimensionalen Arrays gestatten würde, die sich bei einer großen Vielfalt von Anwendungen bei der Steuerung der Strömungs- und Schallausbreitung eignen.
Aus US 46554546 ist ein dielektrischer Film bekannt zum Konvertieren elektromagnetischer oder elektrostatischer Energie in mechanische Arbeit. Der Film kann gemultiplext in der Kapazität eines Bewegungselements und als eine Schwingungsoberfläche verwendet werden. Dieser Film wird ausgebildet durch Extrudieren eines Kunststoffschlauchs mit Blasen darin, Dehnen des Schlauchs, um eine gewünschte Dicke zu erzielen, Beschichten der äußeren Oberflächen mit einem Metall oder einer Elektrode und Aufschneiden des Schlauchs, um den Film auszubilden. Wenn an die beiden Außenseiten eine Spannung angelegt wird, zieht sich der Film zusammen oder dehnt sich aus, je nachdem, ob die Spannungen in der gleichen oder entgegengesetzten Richtung sind. Bei der Struktur von D1 können die Außenseiten des Films nicht allein auf eine Blase wirken, und die Blasen werden in Gruppen komprimiert oder gedehnt.
Weitere Vorteile erscheinen im folgenden Text.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist nun entdeckt worden, daß die obigen und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung auf die folgende Weise realisiert werden können. Insbesondere umfaßt die vorliegende Erfindung eine Reihe elektrostatischer Aktivierungsbauelemente, die sich für das Bauen von großen zwei- und dreidimensionalen Arrays von Aktuatoren bewundernswert eignen, die zusammenwirken können, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
Extrem einfach kann die Aktuatorkonstruktion der vorliegenden Erfindung in das funktionale Bauelement, für das es bestimmt ist, bei einem Minimum von Kosten und Schwierigkeit eingebettet werden. Wenn eine bewegliche Oberfläche wie etwa eine Außenhaut eines Objekts erwünscht ist, kann der Aktuator als die Haut hergestellt werden. Wenn analog eine Pumpe gewünscht wird, werden aus dem Aktuator die Wände der Pumpkammer. Es werden keine zusätzlichen Motoren, Magnete oder schwere Stromquellen benötigt. Zudem handelt es sich bei den für die elektrostatische Aktivierung erforderlichen Materialien um Leiter für die Elektroden und Isolatoren zum Verhindern eines elektrischen Kurzschlusses bei elektrostatischen Aktuatoren von Berührungsmodus, und diese Materialien können in dünnen Schichten über preiswerten Kunststoffsubstraten abgeschieden werden, die durch Extrudieren oder andere Verfahren in gewünschten Gestalten produziert wurden. Die Kunststoffsubstrate sind auch in zahlreichen Konfigurationen ab Lager verfügbar.
Das Bauelement der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Es umfaßt eine dünne starre Platte mit geeigneten strukturierten Elektroden und eingebetteter Schaltung mit einer relativ flexiblen Abdeckung. Die Abdeckung erzeugt in Kombination mit den Platten einen Hohlraum, der abgedichtet werden kann. Durch Anlegen geeigneter Spannungen kann die Gestalt der flexiblen Abdeckung durch den kombinierten Effekt von elektrostatischer Aktivierung, eingebauter elastischer Kraft und pneumatischer Wirkung geändert werden. Das Herabziehen der Abdeckung in bestimmten Bereichen durch elektrostatische Anziehung führt zu der Verschiebung einer Blase entlang der Oberfläche, gesteuert durch die Struktur der Elektroden und die Konfiguration des Bauelements. Sowohl offene als auch geschlossene Hohlräume werden in Betracht gezogen und auch die Steuerung des Drucks des Fluids innerhalb des Hohlraums und die Größe der eingebauten elastischen Kraft.
Natürlich kann das Fluid innerhalb des Hohlraums je nach der endgültigen Endverwendung des die Erfindung enthaltenden Produkts ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Bei den meisten Fluganwendungen wird das Fluid ein Gas sein, während in anderen Fällen wie etwa unter Wasser oder bei erdgebundener Operation eine Flüssigkeit verwendet werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUGNEN
Für ein umfassenderes Verständnis der Erfindung wird hiermit auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
1a, 1b, 1c und 1d schematische Darstellungen der elektrostatischen/pneumatischen Aktivierung einer Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung;
2a, 2b und 2c eine schematische Veranschaulichung der Wirkung einer von der vorliegenden Erfindung gesteuerten Oberfläche;
3 eine schematische Schnittansicht eines Teils der in 2 gezeigten Oberfläche;
4a, 4b und 4c schematische Schnittansichten eines zweidimensionalen Arrays unter Verwendung der elektrostatischen/pneumatischen Aktuatoren der vorliegenden Erfindung;
5a und 5b jeweils schematische Draufsichten von kreisförmigen und rechteckigen Arrays von gesteuerten Blasen und
6a, 6b und 6c schematische Seitenansichten von drei Zuständen der Drucksteuerung für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Veranschaulichung von drei Betriebsbedingungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung stellt einen verbesserten Aktuator bereit zum Steuern der Gestalt aktiver Oberflächen unter Verwendung einer Kombination elektrostatischer und pneumatischer Kräfte. Ein Fluid, entweder Flüssigkeit oder Gas, ist in einem Hohlraum oder einer Kammer enthalten. Flüssige Fluide werden in erster Linie bei wasser- oder erdgebundenen Anwendungen verwendet, während Fluganwendungen normalerweise für das Fluid ein Gas verwenden. Die Gestalt der Kammer wird durch einen elektrostatischen Aktuator gesteuert, der durch eine Basis und eine Abdeckung gebildet wird, so daß die Abdeckung und die Basis zusammen als der Aktuator fungieren, wenn an in der Basis und Abdeckung ausgebildete Elektroden Strom angelegt wird. Die Anziehung der Elektroden während der elektrostatischen Aktivierung bewirkt eine Änderung der Gestalt des Hohlraums oder der Kammer, wodurch Änderungen bei der Gestalt der aktiven Oberfläche hervorgerufen werden.
Wie in 1a gezeigt umfaßt ein Aktuator, im allgemeinen 11, eine zentrale Basis 13 und ein Paar Abdeckungen 17a und 17b, wobei jede der Abdeckungen nach innen zur Basis 13 zeigt, um elektrostatische Aktuatorreaktionen mit der Basis 13 zu erzeugen, wenn von einer Stromquelle Strom geliefert wird. Die Abdeckungen 17a und 17b bilden auch Kammern oder Hohlräume 15a und 15b, in denen eine Gasmenge eingeschlossen ist. In 1 liegt keine Aktivierung beim Betrieb vor, und das Gas in den Hohlräumen 15a und 15b übt auf alle Bereiche der Abdeckungen 17a und 17b einen gleichförmigen Druck aus, wodurch eine symmetrische Gestalt entsteht. In 1b bewirkte eine Aktivierung der Elektroden an der Basis 13 und den Abdeckungen 17a und 17b am rechten Ende von 1b als Reaktion auf die Stromversorgung 19b, daß sich die Elektroden in diesen Elementen elektrostatisch einander anziehen, wodurch der Raum zwischen den Elektroden geschlossen wird, wie dies bei elektrostatischen Aktuatoren erreicht wird. Infolgedessen wird das Gas in den Hohlräumen 15a und 15b zur linken Seite des Bauelements gedrückt. Wenn beispielsweise die Abdeckungen 17a und 17b Teil einer in einem Flugzeug verwendeten Oberfläche bilden, über den Luft strömt, was eine Steuerung des Flugs auf bestimmte gewünschte Weise gestattet.
In 1c ist nur ein Paar elektrostatischer Elektroden durch die Stromversorgung 19c aktiviert worden, was bewirkt, daß sich nur ein Hohlraum 15a und deshalb Abdeckung 17a als aktive Oberfläche verformen. Analog ist in 1d nur ein Hohlraum 15b von der Stromversorgung 19d aktiviert worden, und deshalb wird Abdeckung 17b als eine aktive Oberfläche verformt. Der Flug kann deutlich in einer großen Vielfalt von Weisen gesteuert werden, wenn sich Oberflächen ändern. Zum ersten Mal ist eine aktive Oberflächensteuerung für Flugoberflächen mit einem preiswerten leichten effizienten System erzielt worden, wie hier dargelegt. Es stellt eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, das Aktivatorbauelement hierin als eine Oberfläche in einem Flugzeug zu verwenden. Die Abdeckungen 17 enthalten einen leichten Metallrahmen und eine dünne Membran, die während einer beabsichtigten kooperativ-elektrostatischen Aktivierung den aktiven Oberflächenzustand ausbildet.
Die 2a, 2b und 2c veranschaulichen die rollende Wirkung, die von der vorliegenden Erfindung erreicht wird, wobei Elektroden elektrostatisch aktiviert werden, um zu bewirken, daß eine Membran oder eine sich bewegende Elektrode von einer Elektrode in der Basis des Bauelements angezogen wird. Wenn dies erreicht wird, ist das Fluid nicht länger in dem Hohlraum gleichförmig verteilt und mit elastischen Kräften der Abdeckungsfolien ausgeglichen. Durch Anlegen einer Spannung zwischen Abdeckung 25 und Basis 23 in diesen 2a, 2b und 2c wird Fluid von der rollenden Abdeckung weggedrückt, wobei es sich in diesen Figuren wie gezeigt von links nach rechts bewegt. In diesem Fall kann die Abdeckung 25 durch ihre eigene Druckbeanspruchung ausgelenkt werden, wie wenn die Abdeckung beispielsweise verbogen ist.
3 veranschaulicht einige der Einzelheiten des elektrostatischen Aktuatorabschnitts der vorliegenden Erfindung. Darin ist aus einer geformten Kunststoffolie, einem leichten Metallrahmen oder einem anderen Substrat eine Basis 33 ausgebildet. Ein Strukturarray aus Elektroden 34 sind auf der Oberfläche der Basis 33 in Bändern, in Flecken mit entweder kreisförmigen oder rechteckigen Gestalten oder in irgendeiner anderen gewünschten Gestalt ausgebildet, je nach den gewünschten Kräften, die auf die gesteuerte aktive Oberfläche ausgeübt werden sollen. In der Basis kann auch eine elektrostatische Aktuatorsteuerelektronik 36 eingebettet sein, und ein Dielektrikum 38 kann auf der Oberseite des Arrays 34 aufgebracht sein, wenn Berührungsmodusaktuatoren verwendet werden. Die Abdeckung 35, die aus einem metallisierten Polymer wie etwa einem Polyester oder Polyimid ausgebildet sein kann, ist an der Basis 33 angebracht, um den Hohlraum 37 zu definieren, der dann mit einem entsprechenden Fluid gefüllt wird.
Die 4a, 4b und 4c veranschaulichen den Aufbau eines zweidimensionalen Arrays aus mehreren elektrostatischen Aktuatoren, wobei die Basis 43 mit verschiedenen Abschnitten der Abdeckungen 45a und 45b wie veranschaulicht interagiert. Bei dieser Ausführungsform tritt Fluid durch Öffnungen in der Basis 43 hindurch, um weiterhin für eine Steuerung einer Vielfalt aktiver Oberflächengestalten zu sorgen. Die 5a und 5b veranschaulichen zwei Arten (der so gut wie unbegrenzten Auswahlmöglichkeiten) für ein kreisförmiges Array 54a oder ein rechteckig geformtes Array 54b.
Bei allen der Bauelemente der vorliegenden Erfindung verursacht eine elektrostatische Aktivierung eine Anziehung zwischen der Basiselektrode und der beweglichen Elektrode oder Membran an der Abdeckung, wodurch für eine gesteuerte Einstellung der Gestalt der aktiven Oberfläche über eine pneumatische Reaktion durch das Fluid gesorgt wird. Der Druck in den Hohlräumen oder Kammern wirkt wie eine außerhalb der Ebene liegende wiederherstellende Kraft zum Verbessern der Auslenkung und auch zum Bekämpfen des bekannten elektrostatischen Aktuatorphänomens der Haftreibung. Wenn ein Paar Aktuatoren verwendet werden, wie in 1a-1d gezeigt, kann die Wölbung eines Flügels gesteuert werden. Zweidimensionale Arrays von Aktuatoren, wie zu Beispielszwecken veranschaulicht, können für die aktive Oberflächensteuerung zu Akustikzwecken oder zur Steuerung des Luftwiderstands bei anderen Materialien verwendet werden. Die Verwendung eines skalierten Hohlraums gestattet die Verwendung eines sauberen und stabilen Fluids, was die Aufgabe der mit dem Fluid assoziierten elektrostatischen Aktuatoren erleichtert.
Die 6a, 6b und 6c veranschaulichen die Funktionsweise eines Aktuators mit abgedichtetem Hohlraum, der darauf basiert, daß der Druck in dem Hohlraum geringfügig höher ist als der Druck außerhalb des Hohlraums. Dieses Gleichgewicht könnte natürlich durch Temperaturschwankungen beeinflußt werden, wie wenn ein Gas als das Fluid innerhalb der Kammer oder des Hohlraums verwendet wird. Eine Lösung für den Effekt der Temperatur auf das Gas innerhalb des Hohlraums besteht darin, einen Ballon 71 und ein Rückschlagventil 73 aufzunehmen. Der Ballon 71 dehnt sich aus, wenn der Außendruck höher ist als der Innendruck, wodurch das umschlossene Volumen reduziert und der Druck erhöht wird, ohne daß Luft von außen in den umschlossenen Hohlraum eintritt. Durch diese Lösung entfällt die Notwendigkeit nach Filtern und wird die ordnungsgemäße Funktionsweise des elektrostatischen Aktuators sichergestellt, indem verhindert wird, daß Feuchtigkeit und Teilchen in den Hohlraum eindringen. Wenn der Innendruck höher ist als der Außendruck, läßt der Ballon 71 Luft ab, und gegebenenfalls kann etwas Gas durch ein Rückschlagventil 73 lecken.
Um eine alternative Ausführungsform handelt es sich, wenn der Hohlraum zur Atmosphäre hin offen ist, wie etwa wenn das Rückschlagventil 73 eliminiert würde und der Ballon 71 in direkter Kommunikation mit der Außenatmosphäre stünde. Bei dieser Ausführungsform würde die Abdeckung wie etwa die Abdeckung 45 in den 4a-4c verbogen werden oder sich auf andere Weise außerhalb der Ebene befinden. Das Anwenden der elektrostatischen Kraft bewegt dennoch die Stelle der Blase oder des Hohlraums, wobei die Gesamtgestalt der durch die Abdeckung 45a-45c definierten Hülle geändert wird. Um den Wirkungsgrad dieses Konzepts zu demonstrieren, wurde ein Array von doppelt gestützten Balken für Siliziummikroventilanwendungen konstruiert. Die Funktionsweise der aktiven Oberflächensteuerung wurde auch an größerflächigen Aktuatoren auf der Basis von geformten Kunststoffsubstraten und Membranen aus Kunststoffmaterialien wie etwa Polyimiden erzielt.
Typische, aber nicht einschränkende Polymerfolien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind flexibel und nicht brüchig, also Eigenschaften, die man bei vielen Polymeren findet. Ein besonders geeignetes Polymer ist das Polyimid, das als KAPTON^® (registriertes Warenzeichen von E. I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, Delaware, USA) vertrieben wird. Zu anderen zählen KALADEX^® (eingetragenes Warenzeichen von ICI Films, Wilmington, Delaware, USA), und MYLAR^® (eingetragenes Warenzeichen von E. I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, Delaware) oder irgendein flexibel-elastisches Polymer, das zuläßt, daß es wie hier beschrieben verformt wird. Die Herstellung der Folien kann auf Technologie basieren, die für Tastatur- und flexible Schaltungen entwickelt wurde, die in riesigen Mengen erzeugt werden, jedoch diesmal nicht für elektrostatische Aktuatoren, was den Prozeß gut optimiert macht. Bevorzugte Folien werden aus Polymerfilmen wie etwa KAPTON^® oder MYLAR^® (eingetragenes Warenzeichen von E. I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, Delaware, USA) oder anderen Polyestern hergestellt, die im Handel erhältlich sind.
Bevorzugte Elektroden sind Aluminiumelektroden, die direkt auf den Polymerfolien mit einem oder mehreren dielektrischen Filmen wie etwa Aluminiumoxid oder Polyparaxylen oder anderen geeigneten organischen oder anorganischen Dielektrika abgeschieden werden. Beschichtungsschichten wie etwa diamantartige Schichten oder SAMs (Self-Assembled Monolayers) werden ebenfalls in Betracht gezogen, um die Oberflächeneigenschaften zu steuern. Die Basisplatte kann aus geformten Polymeren mit eingebetteten Elektroden und Elektronik zur lokalisierten Steuerung hergestellt sein. Wenn Fluganwendungen in Betracht gezogen werden, kann wie angemerkt die Verwendung eines leichten Metallrahmens mit einer dünnen Membran verwendet werden.
Um die gewünschte Durchschlagfestigkeit zu erhalten, wird ein Dielektrikum ohne feine Löcher zusammen mit spezifischen Verfahren verwendet, um die Elektrode an der Stelle des kleinen Lochs lokal zu unterbrechen, um einen elektrischen Kurzschluß zu verhindern. Diese Technik ist als eine Selbstheiltechnik bekannt. Qualitativ hochwertige Dielektrika können auf den Kunststoffsubstraten erhalten werden: (a) Übertragen von LPCVD-Nitriden oder eines anderen qualitativ hochwertigen Dielektrikums von Siliziumwafern auf die Basisplatte durch Bonden; (b) Verwendung organischer Dielektrika wie etwa Parylen, Acrylaten oder Polyimiden oder (c) die Verwendung anorganischer Dielektrika, die bei niedriger Temperatur durch Ionenstrahlverspritzen oder plasmaunterstütze Abscheidung abgeschieden werden, um die Durchschlagfestigkeit zu erhöhen.
Das mechanische Design der vorliegenden Erfindung kann viele Formen aufweisen. Es sind metallisierte Kapton-Membranen mit Dicken von 50 bis 75 μm hergestellt worden, was veranschaulicht, daß eine elektrostatische Aktivierung gegen Drücke von einigen wenigen psi leicht erzielt werden kann, wenn auf dem gewünschten Bereich ein Dielektrikum mit einer Durchschlagfestigkeit von über 2 bis 3 MV/cm zur Verfügung steht. Es ist klar, daß die vorliegende Erfindung die Anwendung einer Hüllensteuerung in Mikro-UAV gestattet, was zu einer vollen Lagesteuerung bei einem sehr vorteilhaften Leistungs-zu-Gewichts-Verhältnis führt. Simulationen haben gezeigt, daß eine Lagesteuerung mit einer Änderung bei der Wölbung von 2% bis 4% erzielt werden kann, was über eine Sehne von 3 cm eine Änderung bei der Auslenkung von etwa 0,6 bis 1,2 mm bedeutet, was bedeutet, daß die Auslenkungen mit dem elektrostatischen pneumatischen Aktuator der vorliegenden Erfindung leicht gesteuert werden können.
Wenngleich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, soll die Erfindung nicht beschränkt werden, außer wie durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Aktuatorbauelement (11) zum Steuern der Gestalt einer flexiblen Oberfläche an mehreren Stellen, umfassend: ein starres Basismittel (13) mit mehreren ersten elektrostatischen Elektrodenmitteln, die ein Array bilden und in dem Basismittel montiert sind und so orientiert sind, daß sie jedem ersten elektrostatischen Elektrodenmittel zur zusammenwirkend elektrostatischen Betätigung ein darüber positioniertes zweites elektrostatisches Elektrodenmittel bereitstellen; Abdeckungsmittel (17a, 17b), die über dem ersten elektrostatischen Elektrodenmittel montiert sind und zusammen mit dem Basismittel einen Hohlraum (15a, 15b) definieren, wobei die Abdeckungsmittel die zweiten elektrostatischen Elektrodenmittel dem Hohlraum zugewandt bereitstellen zur zusammenwirkenden elektrostatischen Aktivierung zwischen dem ersten und zweiten elektrostatischen Elektrodenmittel an dem Hohlraum, wobei die Abdeckungsmittel eine flexible äußere Oberfläche aufweisen, die die flexible Oberfläche bildet, die zur Bewegung an mehreren Stellen ausgebildet ist; Stromversorgungsmittel (19b, 19c, 19d) in Wirkverbindung mit der ersten Mehrzahl erster elektrostatischer Elektrodenmittel und den zweiten elektrostatischen Elektrodenmitteln stehend zum Bewirken einer selektiven zusammenwirkenden elektrostatischen Aktivierung dazwischen; und eine in dem Hohlraum enthaltene Fluidmenge zum Definieren mehrerer flexibler Oberflächenzustände während der zusammenwirkenden elektrostatischen Aktivierung, wodurch während der zusammenwirkenden elektrostatischen Aktivierung Fluid in dem Hohlraum entlang der flexiblen äußeren Oberfläche der Abdeckungsmittel verschoben wird, um die Gestalt der flexiblen äußeren Oberfläche zu ändern.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (15a, 15b) geschlossen ist, um einen abgedichteten Hohlraum zur Bewegung des Fluids während der zusammenwirkenden elektrostatischen Betätigung bereitzustellen.
Bauelement nach Anspruch 1, das weiterhin eine Drucksteuerkammer enthält, die zum Steuern des Drucks in dem Hohlraum (15a, 15b) mit dem Hohlraum in Wirkverbindung steht.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (15a, 15b) zu der Atmosphäre hin offen ist, um einen nicht abgedichteten Hohlraum zur Bewegung des Fluids während der zusammenwirkenden elektrostatischen Betätigung bereitzustellen.
Verfahren zum Steuern der Gestalt einer flexiblen Oberfläche an mehreren Stellen mit den folgenden Schritten: Bereitstellen von starren Basismitteln (13) mit mehreren ersten elektrostatischen Elektrodenmitteln, die ein Array bilden und in dem Basismittel montiert sind und so orientiert sind, daß sie jedem ersten elektrostatischen Elektrodenmittel zur zusammenwirkend elektrostatischen Betätigung ein darüber positioniertes zweites elektrostatisches Elektrodenmittel bereitstellen; Montieren von Abdeckungsmitteln (17a, 17b), die über dem ersten elektrostatischen Elektrodenmittel montiert sind und zusammen mit dem Basismittel einen Hohlraum (15a, 15b) definieren, wobei die Abdeckungsmittel die zweiten elektrostatischen Elektrodenmittel dem Hohlraum zugewandt bereitstellen zur zusammenwirkenden elektrostatischen Aktivierung zwischen dem ersten und zweiten elektrostatischen Elektrodenmittel an dem Hohlraum, wobei die Abdeckungsmittel eine äußere Oberfläche aufweisen, die die flexible Oberfläche bildet, die zur Bewegung an mehreren Stellen ausgebildet ist; Anschließen einer Stromversorgung (19b, 19c, 19d) an die Mehrzahl erster elektrostatischer Elektrodenmittel und die zweiten elektrostatischen Elektrodenmittel zum Bewirken einer selektiven zusammenwirkenden elektrostatischen Aktivierung dazwischen; und Füllen des Hohlraums mit einer Fluidmenge zum Definieren mehrerer flexibler Oberflächenzustände während der zusammenwirkenden elektrostatischen Aktivierung, wodurch während der zusammenwirkenden elektrostatischen Aktivierung Fluid in dem Hohlraum entlang der flexiblen äußeren Oberfläche der Abdeckungsmittel verschoben wird, um die Gestalt der flexiblen äußeren Oberfläche zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin mit dem Schritt des Steuerns des Drucks in dem Hohlraum (15a, 15b) durch Schließen des Hohlraums und Verbinden des Hohlraums mit einer Drucksteuerung, um einen abgedichteten Hohlraum zur Bewegung des Fluids während der zusammenwirkenden elektrostatischen Betätigung bereitzustellen.
Verwendung des Bauelements wie in den Ansprüchen 1 bis 4 definiert als Oberfläche in einem Flugzeug.