JP2001145379A - 光アクチュエータ - Google Patents
光アクチュエータInfo
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- JP2001145379A JP2001145379A JP32423899A JP32423899A JP2001145379A JP 2001145379 A JP2001145379 A JP 2001145379A JP 32423899 A JP32423899 A JP 32423899A JP 32423899 A JP32423899 A JP 32423899A JP 2001145379 A JP2001145379 A JP 2001145379A
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- Japan
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- stator
- stators
- optical actuator
- photovoltaic effect
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/002—Electrostatic motors
- H02N1/004—Electrostatic motors in which a body is moved along a path due to interaction with an electric field travelling along the path
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S136/00—Batteries: thermoelectric and photoelectric
- Y10S136/291—Applications
- Y10S136/293—Circuits
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- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 PZT系素子の光起電力効果と静電気力を
利用して、回転運動や直線運動として大きな変位を取り
出す光アクチュエータを実現する。 【解決手段】 PZT系素子３の光起電力効果によって発
生する電圧を利用し、その電圧に起因する静電気力によ
って、固定子１、２に対応する移動子６を変位させる力
を発生する。
利用して、回転運動や直線運動として大きな変位を取り
出す光アクチュエータを実現する。 【解決手段】 PZT系素子３の光起電力効果によって発
生する電圧を利用し、その電圧に起因する静電気力によ
って、固定子１、２に対応する移動子６を変位させる力
を発生する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン酸ジルコン
酸鉛系素子（以下、PZT系素子という。）の光起電力効
果によって発生する電圧を利用して静電気力を発生さ
せ、回転運動や直線運動として力を取り出す光アクチュ
エータに関する。又、光照射によって電圧を発生する他
の材料についても同様に応用出来る。光によって非接触
でエネルギーを供給出来、運動の制御も可能な為、マイ
クロマシンなどの動力機構として利用可能である。
酸鉛系素子（以下、PZT系素子という。）の光起電力効
果によって発生する電圧を利用して静電気力を発生さ
せ、回転運動や直線運動として力を取り出す光アクチュ
エータに関する。又、光照射によって電圧を発生する他
の材料についても同様に応用出来る。光によって非接触
でエネルギーを供給出来、運動の制御も可能な為、マイ
クロマシンなどの動力機構として利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】従来のPZT系素子を用いた光アクチュエ
ータは、PZT系素子の光起電力効果と圧電効果の重畳効
果である光歪効果を利用して変位を発生させている。
ータは、PZT系素子の光起電力効果と圧電効果の重畳効
果である光歪効果を利用して変位を発生させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のPZT系素子を用
いた光アクチュエータは、材料自身の歪みを利用してい
る為に変位量に限界があり、バイモルフ構造などの拡大
機構を用いても変位が小さいという問題点があった。ま
た、回転運動を取り出すことも難しかった。
いた光アクチュエータは、材料自身の歪みを利用してい
る為に変位量に限界があり、バイモルフ構造などの拡大
機構を用いても変位が小さいという問題点があった。ま
た、回転運動を取り出すことも難しかった。
【０００４】本発明は、上記従来の問題点を解決するこ
とを目的とし、光を入力として大きな変位量を、回転運
動や直線運動の出力として取り出す光アクチュエータを
提供するものである。
とを目的とし、光を入力として大きな変位量を、回転運
動や直線運動の出力として取り出す光アクチュエータを
提供するものである。
【０００５】
【課題の解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、互いに間隔をおいて平行に配置された対
となった固定子と、上記間隔内に移動可能に配置された
移動子と、上記固定子に対応したPZT系素子とを備えて
おり、上記PZT系素子は、分極方向の一方の素子電極
を、上記対となった固定子の一方の固定子に接続され、
分極方向の他方の素子電極を、対となった固定子の他方
の固定子に接続されており、上記PZT系素子の光起電力
効果によって発生する電圧を利用し、該電圧に起因する
静電気力によって、上記固定子に対して移動子を変位さ
せる力を発生することを特徴とする光アクチュエータを
提供する。
決するために、互いに間隔をおいて平行に配置された対
となった固定子と、上記間隔内に移動可能に配置された
移動子と、上記固定子に対応したPZT系素子とを備えて
おり、上記PZT系素子は、分極方向の一方の素子電極
を、上記対となった固定子の一方の固定子に接続され、
分極方向の他方の素子電極を、対となった固定子の他方
の固定子に接続されており、上記PZT系素子の光起電力
効果によって発生する電圧を利用し、該電圧に起因する
静電気力によって、上記固定子に対して移動子を変位さ
せる力を発生することを特徴とする光アクチュエータを
提供する。
【０００６】上記固定子は、固定円盤に等間隔で配置さ
れた複数の固定子であり、上記移動子は回転円盤に等間
隔で配置された複数の回転子であり、上記固定子同士の
間隔と上記回転子同士の間隔は変えて配置されており、
上記回転円盤は固定円盤に対して同軸的に回転可能であ
ることを特徴とする。
れた複数の固定子であり、上記移動子は回転円盤に等間
隔で配置された複数の回転子であり、上記固定子同士の
間隔と上記回転子同士の間隔は変えて配置されており、
上記回転円盤は固定円盤に対して同軸的に回転可能であ
ることを特徴とする。
【０００７】上記固定子は、固定板に等間隔に配置され
た複数の固定子であり、上記移動子は、移動板に等間隔
で配置された移動子であり、固定子同士の間隔と回転子
同士の間隔は変えて配置されており、上記移動板は上記
固定板に対して直線方向に移動可能であることを特徴と
する。
た複数の固定子であり、上記移動子は、移動板に等間隔
で配置された移動子であり、固定子同士の間隔と回転子
同士の間隔は変えて配置されており、上記移動板は上記
固定板に対して直線方向に移動可能であることを特徴と
する。
【０００８】そして、本発明に係るアクチュエータは、
固定子と移動子の数を増やしたり構造を多重化すること
により発生力や変位量、変位速度を増大させることが出
来る。
固定子と移動子の数を増やしたり構造を多重化すること
により発生力や変位量、変位速度を増大させることが出
来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に係る光アクチュエータの
実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明す
る。図１は、本発明に係る光アクチュエータの基本的な
構成を説明する図である。同じ形状をした２枚の導電性
材料からなる固定子１、２を互いに平行に配置する。PZ
T系素子３の分極方向の両端にあるPZT系素子電極４、５
は、夫々固定子１、２に電気的に接続される。
実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明す
る。図１は、本発明に係る光アクチュエータの基本的な
構成を説明する図である。同じ形状をした２枚の導電性
材料からなる固定子１、２を互いに平行に配置する。PZ
T系素子３の分極方向の両端にあるPZT系素子電極４、５
は、夫々固定子１、２に電気的に接続される。
【００１０】この固定子１、２の間に、固定子１、２と
平行に誘電性材料の移動子６を、配置する。この移動子
６は、固定子１、２と平行に配置され、固定子１、２と
平行な方向に移動出来る様に摺動軸受等により適宜保持
される。
平行に誘電性材料の移動子６を、配置する。この移動子
６は、固定子１、２と平行に配置され、固定子１、２と
平行な方向に移動出来る様に摺動軸受等により適宜保持
される。
【００１１】図１の様に、移動子６が一部固定子１、２
と重なる状態にして、PZT系素子３に光照射を行う。こ
の光照射により、PZT系素子内部に光起電力効果によっ
て電流が発生し、固定子１、２に、夫々プラスとマイナ
スの電荷が蓄えられ、固定子１、２間に電圧が発生す
る。この時、プラス側の固定子１及びマイナス側の固定
子２に対向する、誘電性材料である移動子６夫々の側面
がマイナスとプラスに分極する。
と重なる状態にして、PZT系素子３に光照射を行う。こ
の光照射により、PZT系素子内部に光起電力効果によっ
て電流が発生し、固定子１、２に、夫々プラスとマイナ
スの電荷が蓄えられ、固定子１、２間に電圧が発生す
る。この時、プラス側の固定子１及びマイナス側の固定
子２に対向する、誘電性材料である移動子６夫々の側面
がマイナスとプラスに分極する。
【００１２】この結果、固定子１、２と移動子６の間に
静電気力が、固定子１、２と移動子６が重なる様な方向
に働き、移動子６に駆動力が発生する。なお、この様な
光起電力効果によって発生した電圧は光照射を止めると
徐々に放電され電圧は下がる。PZT系素子の代わりにニ
オブ酸リチウム系素子（ＬＮ系素子）やポリフッ化ビニ
リデン系共重合体（PVDF系素子）などの他の光起電力効
果を有する素子を用いても同様に動作する。
静電気力が、固定子１、２と移動子６が重なる様な方向
に働き、移動子６に駆動力が発生する。なお、この様な
光起電力効果によって発生した電圧は光照射を止めると
徐々に放電され電圧は下がる。PZT系素子の代わりにニ
オブ酸リチウム系素子（ＬＮ系素子）やポリフッ化ビニ
リデン系共重合体（PVDF系素子）などの他の光起電力効
果を有する素子を用いても同様に動作する。
【００１３】図２〜４は、本発明に係る光アクチュエー
タの実施例１を説明する図である。実施例１は、光起電
力効果によって回転運動を取り出す回転型光アクチュエ
ータであり、この回転型光アクチュエータ７は、固定円
盤８、９を上下２枚平行に配置する。固定円盤８、９
は、夫々上記固定子１、２同様の固定子１０を円周方向
に３組、等間隔に配置して成る。
タの実施例１を説明する図である。実施例１は、光起電
力効果によって回転運動を取り出す回転型光アクチュエ
ータであり、この回転型光アクチュエータ７は、固定円
盤８、９を上下２枚平行に配置する。固定円盤８、９
は、夫々上記固定子１、２同様の固定子１０を円周方向
に３組、等間隔に配置して成る。
【００１４】この固定円盤８、９の間に、回転円盤１１
が平行に配置される。回転円盤には、上記移動子６と同
様の回転子１２が円周方向に４つ等間隔に配置されて成
る。この実施例１の場合は、図２の様に、回転子１２と
同じ幅の固定子１０が、回転子１２より一つ数を減らし
３組、等間隔に配置されている。
が平行に配置される。回転円盤には、上記移動子６と同
様の回転子１２が円周方向に４つ等間隔に配置されて成
る。この実施例１の場合は、図２の様に、回転子１２と
同じ幅の固定子１０が、回転子１２より一つ数を減らし
３組、等間隔に配置されている。
【００１５】この固定円盤８、９と回転円盤１１を図３
に示す様に同軸上に配置し、３組の固定子１０に、夫々
PZT系素子１３、１４、１５の分極方向の両端の素子電
極が接続されている。
に示す様に同軸上に配置し、３組の固定子１０に、夫々
PZT系素子１３、１４、１５の分極方向の両端の素子電
極が接続されている。
【００１６】この様な構成から成る実施例１に係る回転
型光アクチュエータ７の作用を図４において説明する。
固定子１０と回転子１２が図４（ａ）の様な位置関係に
ある時に３つのPZT系素子１３〜１５のうち、右下のPZT
系素子１３だけに光を照射すると右下の固定子と回転子
が重なる様に力が発生し、図４（ｂ）の様な位置関係に
なる様に回転子１２が時計回りに回転する。
型光アクチュエータ７の作用を図４において説明する。
固定子１０と回転子１２が図４（ａ）の様な位置関係に
ある時に３つのPZT系素子１３〜１５のうち、右下のPZT
系素子１３だけに光を照射すると右下の固定子と回転子
が重なる様に力が発生し、図４（ｂ）の様な位置関係に
なる様に回転子１２が時計回りに回転する。
【００１７】次に左下のPZT系素子１４だけに光を照射
すると左下の固定子１０と回転子１２が重なる様に力が
発生し、図４（ｃ）の様な位置関係になる様に回転す
る。また次に真上のPZT系素子１５だけに光を照射する
と真上の固定子１０と回転子１２が重なる様に回転し、
図４（ａ）の様な位置関係になる。適切な時間間隔で順
番に光照射を繰り返すことにより、この３行程が繰り返
され、回転運動を生成することが出来る。
すると左下の固定子１０と回転子１２が重なる様に力が
発生し、図４（ｃ）の様な位置関係になる様に回転す
る。また次に真上のPZT系素子１５だけに光を照射する
と真上の固定子１０と回転子１２が重なる様に回転し、
図４（ａ）の様な位置関係になる。適切な時間間隔で順
番に光照射を繰り返すことにより、この３行程が繰り返
され、回転運動を生成することが出来る。
【００１８】なお、本発明に係るアクチュエータの実施
例１の変形例として、固定子と回転子の数を増やしたり
固定円盤と回転円盤を同軸上に多重化することにより発
生力や変位速度を増大させることが出来る。
例１の変形例として、固定子と回転子の数を増やしたり
固定円盤と回転円盤を同軸上に多重化することにより発
生力や変位速度を増大させることが出来る。
【００１９】図５〜６は、本発明に係る光アクチュエー
タの実施例２を説明する図である。実施例２は、光起電
力効果によって直線運動を取り出す直進型光アクチュエ
ータであり、この直進型光アクチュエータ１６は、固定
板１７、１８が上下２枚平行に配置され、この上下の固
定板１７、１８の間に、移動板１９を固定板１７、１８
で挟み込む様に平行に配置する。
タの実施例２を説明する図である。実施例２は、光起電
力効果によって直線運動を取り出す直進型光アクチュエ
ータであり、この直進型光アクチュエータ１６は、固定
板１７、１８が上下２枚平行に配置され、この上下の固
定板１７、１８の間に、移動板１９を固定板１７、１８
で挟み込む様に平行に配置する。
【００２０】固定板１７、１８上には、夫々固定子２０
を等間隔に３組配置し、移動板１９上には、移動子２１
を等間隔に５個配置する。図６の様に移動子２１と同じ
幅の固定子２０が、固定子の幅の５／３倍の間隔で配置
されている。そして、３組の固定子２０の夫々に、PZT
系素子２２、２３、２４の分極方向の両端にある素子電
極が接続されている。
を等間隔に３組配置し、移動板１９上には、移動子２１
を等間隔に５個配置する。図６の様に移動子２１と同じ
幅の固定子２０が、固定子の幅の５／３倍の間隔で配置
されている。そして、３組の固定子２０の夫々に、PZT
系素子２２、２３、２４の分極方向の両端にある素子電
極が接続されている。
【００２１】以上の様な構成の実施例２に係る直進型光
アクチュエータ１６の作用について以下説明する。固定
板１７、１８と移動板１９が図６（ａ）の様な位置関係
にある時に、左側のPZT系素子２２だけに光を照射する
と左側の固定子２０に移動子２１が重なる様に力が発生
し、図６（ｂ）の様な位置関係になる様に移動板１９が
移動する。
アクチュエータ１６の作用について以下説明する。固定
板１７、１８と移動板１９が図６（ａ）の様な位置関係
にある時に、左側のPZT系素子２２だけに光を照射する
と左側の固定子２０に移動子２１が重なる様に力が発生
し、図６（ｂ）の様な位置関係になる様に移動板１９が
移動する。
【００２２】次に真ん中のPZT系素子２３だけに光を照
射すると真ん中の固定子２０と移動子２１が重なる様に
力が発生し、図６（ｃ）の様な位置関係まで移動板２１
が移動する。
射すると真ん中の固定子２０と移動子２１が重なる様に
力が発生し、図６（ｃ）の様な位置関係まで移動板２１
が移動する。
【００２３】更に今度は右側のPZT系素子２４だけに光
を照射すると右側の固定子２０と移動子２１が重なる様
に力が発生し、図６（ｄ）の様な位置関係まで移動板１
９が移動する。移動板１９上に多数の移動子２１を用意
することにより、移動板１９を直線上で移動させること
が出来る。また、逆方向に移動させることも同様に可能
である。
を照射すると右側の固定子２０と移動子２１が重なる様
に力が発生し、図６（ｄ）の様な位置関係まで移動板１
９が移動する。移動板１９上に多数の移動子２１を用意
することにより、移動板１９を直線上で移動させること
が出来る。また、逆方向に移動させることも同様に可能
である。
【００２４】なお、本発明に係るアクチュエータの実施
例２の変形例として、固定子と移動子の数を増やしたり
固定板と移動板を変位方向が揃う様に多重化することに
より発生力や変位速度を増大させることが出来る。
例２の変形例として、固定子と移動子の数を増やしたり
固定板と移動板を変位方向が揃う様に多重化することに
より発生力や変位速度を増大させることが出来る。
【００２５】以上、本発明に係る光アクチュエータを実
施例で説明したが、本発明は、以上の実施例に限定され
ることなく、特許請求の範囲記載の範囲内であれば、そ
の他にいろいろな実施の形態があることはいうまでもな
い。
施例で説明したが、本発明は、以上の実施例に限定され
ることなく、特許請求の範囲記載の範囲内であれば、そ
の他にいろいろな実施の形態があることはいうまでもな
い。
【００２６】
【発明の効果】本発明は以上の様な構成であるから、PZ
T系素子の光起電力効果と静電気力を利用することによ
り、極めて単純な構造でもって、回転運動や直線運動と
して大きな変位を取り出すことが出来る。
T系素子の光起電力効果と静電気力を利用することによ
り、極めて単純な構造でもって、回転運動や直線運動と
して大きな変位を取り出すことが出来る。
【図１】光照射によって静電気力が発生する本発明の基
本的な構成を示す図である。
本的な構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施例１の回転型光アクチュエー
タの固定子と回転子の配置図を示す図である。
タの固定子と回転子の配置図を示す図である。
【図３】本発明に係る実施例１の回転型光アクチュエー
タの全体構成の概要を示す図である。
タの全体構成の概要を示す図である。
【図４】本発明に係る実施例１の回転型光アクチュエー
タの作用を説明する図である。
タの作用を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施例２の直進型光アクチュエー
タの固定子と移動子の配置図を示す図である。
タの固定子と移動子の配置図を示す図である。
【図６】本発明に係る実施例２の直進型光アクチュエー
タの作用を説明する図である。
タの作用を説明する図である。
１、２、１０、２０ 固定子 ３、１３、１４、１５、２２、２３、２４ PZT系素
子 ４、５ PZT系素子電極 ６、２１ 移動子 ７ 回転型光アクチュエータ ８、９ 固定円盤 １１ 回転円盤 １２ 回転子 １６ 直進型光アクチュエータ １７、１８ 固定板 １９ 移動板
子 ４、５ PZT系素子電極 ６、２１ 移動子 ７ 回転型光アクチュエータ ８、９ 固定円盤 １１ 回転円盤 １２ 回転子 １６ 直進型光アクチュエータ １７、１８ 固定板 １９ 移動板
Claims (5)
- 【請求項１】 互いに間隔をおいて平行に配置された対
となった導電性材料の固定子と、 上記間隔内に移動可能に配置された誘電性材料の移動子
と、 上記固定子に対応した光起電力効果を有する素子とを備
えており、 上記光起電力効果を有する素子は、分極方向の一方の素
子電極を、上記対となった固定子の一方の固定子に接続
され、分極方向の他方の素子電極を、対となった固定子
の他方の固定子に接続されており、 光照射時に上記光起電力効果を有する素子によって発生
する電圧を利用し、該電圧に起因する静電気力によっ
て、上記固定子に対して移動子を変位させる力を発生す
ることを特徴とする光アクチュエータ。 - 【請求項２】 上記固定子は、固定円盤に円周方向に等
間隔で配置された複数の固定子であり、上記移動子は回
転円盤に円周方向に等間隔で配置された複数の回転子で
あり、 上記固定子同士の間隔と上記回転子同士の間隔は変えて
配置されており、上記回転円盤は固定円盤に対して同軸
的に回転可能であることを特徴とする請求項１記載の光
アクチュエータ。 - 【請求項３】 上記固定子は、固定板に等間隔に配置さ
れた複数の固定子であり、 上記移動子は、移動板に等間隔で配置された移動子であ
り、固定子同士の間隔と移動子同士の間隔は変えて配置
されており、 上記移動板は上記固定板に対して直線方向に移動可能で
あることを特徴とする請求項１記載の光アクチュエー
タ。 - 【請求項４】 上記光起電力効果を有する素子は、チタ
ン酸ジルコン酸鉛系素子であることを特徴とする請求項
１、２又は３記載の光アクチュエータ。 - 【請求項５】 上記光起電力効果を有する素子は、ニオ
ブ酸リチウム系素子又はポリフッ化ビニリデン系共重合
体であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光
アクチュエータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32423899A JP3265479B2 (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 光アクチュエータ |
| US09/692,193 US6342671B1 (en) | 1999-11-15 | 2000-10-20 | Optical actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32423899A JP3265479B2 (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 光アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001145379A true JP2001145379A (ja) | 2001-05-25 |
| JP3265479B2 JP3265479B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=18163591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32423899A Expired - Lifetime JP3265479B2 (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 光アクチュエータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6342671B1 (ja) |
| JP (1) | JP3265479B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007334132A (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | アクチュエータ及びそれを用いた記憶装置 |
| WO2008072419A1 (ja) | 2006-12-15 | 2008-06-19 | Kyushu University, National University Corporation | 光駆動アクチュエーター素子 |
| WO2023062677A1 (ja) * | 2021-10-11 | 2023-04-20 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ及び光スイッチシステム |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7388186B2 (en) * | 1999-10-28 | 2008-06-17 | Hrl Laboratories, Llc | Optically controlled MEMS devices |
| JP3448642B2 (ja) * | 2000-08-25 | 2003-09-22 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 無索電力供給方法 |
| DE10252793B4 (de) * | 2002-11-13 | 2005-04-28 | Festo Ag & Co | Elektrostatischer Antrieb und damit ausgestattetes Ventil |
| US6999221B1 (en) | 2003-11-17 | 2006-02-14 | Alabama A&M University | Bimorphic polymeric photomechanical actuator |
| US20080004700A1 (en) * | 2004-09-22 | 2008-01-03 | Laxminarayana Saggere | Light Powdered Microactuator, Microfluidic Dispenser and Retinal Prosthesis |
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