JP2017515005A

JP2017515005A - 線形要素の特性、特に線形要素の２つの終端部を分離する距離、を変更する方法及びデバイス

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Publication number: JP2017515005A
Application number: JP2016565338A
Authority: JP
Inventors: エレットロ，エルヴェ; アントコヴィヤク，アルノー; ノイキルヒ，セバスティアン; ヴォールラス，フリッツ
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2017-06-08
Also published as: US20170067453A1; CA2947497A1; FR3020630B1; EP3137662A1; WO2015166190A1; FR3020630A1

Abstract

線形要素と、前記線形要素と関連づけられた、線形要素の巻取手段と、を含むデバイスであって、巻取手段が、第１の安定した状態から第２の安定した状態へ変化することにより適合されることを特徴とし、その状態の変化が、− 線形要素と周囲環境との間の相互作用のエネルギーが、線形要素と巻取手段との間の相互作用のエネルギーより高くなるような、生得のままにか、− 又は、第１の状態から第２の状態への変化の間に、前記手段に線形要素が巻取られる結果となるように、環境パラメータとして知られるパラメータを変化させることによってか、のいずれかで、前記手段に線形要素が巻取られた結果となるように生じさせる、デバイス。

Description

本発明は、線形化された要素の少なくとも１つの特性、特に要素の２つの終端部を分離する距離、を変更することを可能にする、前記線形要素を巻取る手段を備えた、実施態様のための方法及びデバイスに関する。

いくつかの材料は、特殊な特性を有する。例えば、ケブラー（Kevlar：登録商標）は、非常に有用な破壊強度を示す。この熱可塑性ポリマーは、約３１００MPaの破壊強度を有する。しかしながら、圧縮されるか又は歪められる場合には、あまり弾性がなく又は伸長可能ではなく、かなり容易に破壊されてしまう。

反対に、ゴムのような材料は、様々な弾性を有する。例えば、エラストマーは、破壊される前に最高２００％の伸張に耐えることができる。他方で、このタイプの材料は、衝撃が生じた場合にあまり抵抗力がない。

また、クモの糸のような生体材料は、適合性、伸張性、及び、破壊強度などの、いくつかの特定の特性をまとめることができる。しかしながら、生産が非常に困難で、このような材料の使用はほとんど存在しなくなっている。

本発明は、いくつかの特定の特性を組み合わせでき、容易に大量生産できるデバイス及びデバイスを作製する方法を提案することによって、上記に説明された問題に対処することを目的とする。

そのために、本発明によれば、デバイスは、線形要素と、前記線形要素と関連づけられた、要素を巻取る手段と、を含み、巻取手段が、第１の安定した状態から第２の安定した状態への変化することにより適合されることを特徴とし、その状態の変化が、
−線形要素と周囲環境との間の相互作用のエネルギーが線形要素と巻取手段との間の相互作用のエネルギーより高くなるような、生得のままか、
−又は、第１の状態から第２の状態への変化の間に、前記手段内に線形要素が巻取られる結果となるように、環境パラメータとして知られるパラメータを変化させることによってか、
のいずれかを生じる。

安定状態とは、外部の事象によって乱された場合にも、生得のままにシステムが戻る状態と定義する。安定状態とは、システムが最少のエネルギーを示す状態である。

「生得のままに」及び「化学的親和力」は、線形要素と周囲環境との間の相互作用のエネルギーが、線形要素と巻取手段との間の相互作用のエネルギーより高いことを意味する。このような好ましい相互作用は、分離されるときの線形要素と巻取手段のエネルギーが、相互作用する線形要素と巻取手段のエネルギーより大きいような、分子類似性（カーボン／シリカ鎖、水素結合など）による。

本発明は、各々がそれ自体の機能を有する線形要素と巻取手段とを関連づけることによって、新しい機能を生成する。

本発明の特定の実施形態では、巻き取手段は液滴である。

本発明は、液体と固体との間のハイブリッド力学的アセンブリを作製して、圧力下で適合性があり高い張り剛性を示す材料を獲得することを可能にする。

例えば、
−空気で作られた環境における、シリコーン油で作製された巻取手段と相互作用したポリウレタンで作製された線形要素の場合が挙げられる。この場合、線形要素と環境との間の相互作用のエネルギーは３７．８mJ/m²であり、線形要素と巻取手段との間の相互作用のエネルギーは２０．９mJ/m²である。
−又は、空気で作られた周囲環境における、水で作製された巻取手段と相互作用したガラスで作製された線形要素の場合が挙げられる。この場合、線形要素と周囲環境との間の相互作用のエネルギーは４．４J/m²であるが、線形要素と巻取手段との間の相互作用のエネルギーは４．３３J/m²である。

本発明は更に、線形要素の曲げ剛性などの少なくとも１つの力学的特性を変化させる方法であって、線形要素が少なくとも１つの流体（液体、気体）又は固体の材料による本体と関連づけられること、及び前記本体の材料の少なくとも１つの特性を変化させることを特徴とする方法に関する。

巻取手段及び線形要素が配置される周囲環境の環境パラメータとして知られるパラメータが変更される場合、その変更は、前記本体の周辺に線形要素の巻取が生じるような、周囲大気圧、温度、電界の強度若しくは方向、磁界の強度若しくは方向、力学的応力下で線形要素を曲げさせる、のようなパラメータ、又は、システムに影響を与えるために好適な任意の他のパラメータ、に関することができる。したがって、線形要素に固有のパラメータの１つ、及び／又は、環境パラメータとして知られるパラメータ、を変化させることによって、毛管ウインチの現象は、適用され得る。毛管ウインチは、流体又は固体の材料による本体であり得る巻取手段内に、線形要素を巻取り上げることからなる現象を意味する。

力学的応力は、物体に適用される力と、その力の方向に対して垂直に測定される物体の断面と、の間の比である。力学的応力の概念は、物体のサイズとは独立して、物体上への外力の影響を表現するために使用される。

この特定の現象を引き起こすために、線形要素及び巻取手段は、例えば、それらのサイズ、それらの化学的親和力、又は、それらのサイズ若しくは重量の関係、によって定められる、親和力を有することができる。なぜならば、非限定的な例として記載すれば、線形要素の直径は、巻取手段によって、その手段内に又はその周辺に、巻取りが可能であるように十分に小さくなければならない。「小さい」は、線が、下の数式によって与えられる半径の３倍未満の半径を有することを意味する。

線形要素及び巻取手段の特性：
巻取手段に関する線形要素のサイズは、毛管ウインチ現象を活性化させるための重要な特性である。線形要素は、例えば、１センチメートル以下の、好ましくは０．１ミクロンと１cmとの間の、有利には１０ミクロン未満の、直径を有することができる。巻取手段の各寸法は、このとき、線形要素の寸法に依存する。本発明の特定の実施形態では、巻取手段は液体の滴である。線形要素の断面の直径は、以下の関係式によって決定される：

ナイロン（Nylon：登録商標）上の水に対して、

の場合に巻取:
表面張力：γ
接触角：θ
液体密度：ρ
ヤング率：Ε

本発明は、各々の材料に特有の方法を使用して、数式（数１）によって定められる半径よりも小さな半径を有する繊維を獲得することを目的とする。次いで、繊維は、例えば、その液体の槽から繊維を取り出すことによるか、又は、その液体を気化することによるか、のようにして、前記数式に関連した濡れ性の特性を有する液体と関連づけられる。

繊維は現在、半径が前記数式によって与えられる半径の３倍未満である場合が申し分ないと考えられる。

非限定的な例として、巻取手段が液体の滴である場合に、巻取手段を作る材料は、スズ、ワックス、シリコーン、水、又は、線形要素を濡らす任意の液体であり得る。線形要素は、ポリウレタン、合成ゴム、ナイロン繊維、ケブラー繊維、炭素繊維、変形可能な鋼、ガラス繊維、（加えられた変形の一部を保持する）弾性プラスチック、高度に変形可能な材料、又は、微細繊維、有利には１０ミクロン未満の直径を有する繊維、において獲得され得る任意の材料、のような、金属、エラストマー、又は、ポリマーで作製され得る。

本発明の特定の実施形態では、巻取手段は液体の滴である。この特定の実施形態では、巻取手段を作る液体の滴は、線形要素に対応しなければならない。一例として、滴は、線形要素を濡らさなければならず、線形要素上にできる限り広く広がらなければならない。また、線形要素と滴との間の有効接触角は、９０度未満である。滴は、既に液体状態であっても、又は、固体材料で獲得されて、特に加熱により、液体状態に変化してもよい。この特定の実施形態では、環境パラメータは温度である。巻取手段の第１の安定した状態に相当する温度は、周囲温度、例えば２０度であり得る。線形要素を巻取ることを可能にする第２の安定した状態における温度は、使用される液体の融解温度から沸騰温度の範囲であり得る。本発明のこの特定の実施形態では、いくらかの液滴、又は、いくらかの線形要素が、本発明の効果を高めるために組み合わせられ得る。

本発明の特定の実施形態では、環境パラメータとして知られるパラメータは、電界である。この特定の実施形態では、巻取手段（接触角、毛管圧縮力）、又は、線形要素（例えば、電気活性ポリマーである場合の厚さ）、の少なくとも１つの特性が変更される。

状態の変化は、可逆的である。

前記パラメータは、一例では、
−温度（一特定形態では、線形要素を巻取る第２の変更された状態の温度は、３０度から８０度の範囲、好ましくは、５０度から７０度の範囲、である）；
−電界；
−本体に対する、濡れ性を変更する物質の添加。
前記本体は、接触角９０度未満の湿潤液、又は、部分湿潤液の滴である。
である。

巻取手段を作る材料は、以下の特性のうちの１つ以上を有する：
−３０度から８０度まで、好ましくは４５度から６５度まで、の範囲のガラス転移温度；
−周囲温度より上での粘性の変化：
−スズ、ワックス、シリコーン。

線形要素は：
−１センチメートル以下、好ましくは０．５ミクロンから１cm、好ましくは１ミクロンから１００ミクロン、更により好ましくは１ミクロンから１０ミクロンの直径を有し；及び／又は、
−第１にヤング率（Ｅ）、そして第２に半径（ｒ）で、「Ｅ」がMPa、「ｒ」がミクロンで表される場合に、Ｅｒ^３＜３００となるような特性を有し：
−ポリウレタン、合成ゴム、ナイロン繊維、ケブラー（Kevlar：登録商標）繊維、炭素繊維、高弾性鋼、弾性プラスチック、超弾性材料、で作製される。

線形要素の直径と、ブロック又は滴の直径と、の間の寸法比は、０．０１２５と０．０５との間の範囲である。

「高弾性」又は「超弾性」材料として知られる材料は、破壊点に到達する前に、高度に変形することが可能な材料である。ガラスは、例えば、破壊の前に０．５％変形する。他方で、超弾性材料は、（破壊の前に）少なくとも５％の、非常に多く変形可能である。

滴の直径は、１ミクロンと１cmとの間の範囲である。

巻取手段の直径は、３mm未満である。

巻取手段の直径は、線形要素の半径の２０倍から８０倍、好ましくは半径の４５倍から５５倍、の範囲である。

本発明はまた、下の説明において説明される、モータ、アクチベータ、アクチュエータ、人工筋肉、（物体が前記線形要素の２つのそれぞれの終端部で連結される）別の物体に対して物体を移動させる手段、可変長の一連の電気的又は電子的な接合部、を作製するための上記デバイスの用途に関する。

更に、本発明は、力学的又はその他の、外部の攻撃から保護する手段を液体の滴に提供することを目的とする方法に関する。

そのため、滴は、滴の１／５０又は、好ましくは１／１００、のサイズを有した、多くの固体粒で形成される容器に封入され、その粒が、滴の外表面、又は、少なくとも外表面のほとんどを、好ましくは滴の表面の全体を、覆う。

より正確には、その粒は、コロイドで形成され、マイクロメートルサイズであり、例えば、ガラス、ポリスチレン、又は、所要の湿潤性特性、すなわち、その各粒の間の相互作用のエネルギー、を有する任意の他の材料で作製され、そして滴は、その各粒と外部周囲環境との間の相互作用のエネルギーとほぼ同じ大きさのものでなければならない。

本発明は、以下の添付図面を参照することで、下の説明により、より深く理解されるであろう：

液滴及び滴内部に巻取られたポリウレタン線の上面図を示す図である。張力の作用としての、クモの糸の線の伸びの変動曲線を示す図である。滴を有するポリウレタン線（点線の曲線）及び滴を有しないポリウレタン線（実線の曲線）の張力曲線を示す図である。それぞれ周囲温度及び７５度における、滴及び関連づけられた線を示す写真を示す図である。それぞれ周囲温度及び７５度における、滴及び関連づけられた線を示す写真を示す図である。本発明による方法の別の例示的な実施態様の概略斜視図である。本発明による方法の別の例示的な実施態様の概略斜視図である。バネを作製するためのデバイスの特定の用途を示す。液体内に配置された、表面上に封入粒を有する滴の概略正面図を示す図である。封入粒で覆われた滴の写真を示す図である。

本発明による方法及びデバイスは、以下の概念を使用する：

無荷重状態時の長さＬ_０を有するバネを引っ張るとき、バネは伸び、その長さはＬとなる。Ｌ〜Ｌ_０の伸びは、張力Ｆと比例する。

本発明において使用される繊維は、超弾性であり得る。「超弾性」は、形状記憶合金（ＳＭＡ）の分野において使用される用語である。このような合金は、張力を受ける場合に、大きく伸び、張力が解放される場合に、初期長さに戻るまで縮む（残留変形がない）。ＳＭＡの特別な力学的挙動は、材料の微細構造における相の変化に起因する。

図１は、滴が内部で線を曲げそして巻くことが可能な本発明の特定の実施形態を示す。線上に配置される滴は、毛管収縮によって線を局所的に圧縮する。この毛管圧縮は、滴が周囲環境との接表面を最小化する球形状をとる傾向にあることに起因する。圧縮が十分に大きい場合、滴中に存在する繊維は、曲げられるか、又は、滴中で巻き取られ、それにより「毛管ウインチ」を生成する。例えば、再現に対する有用性が最も高い生体材料であると考えられるクモの糸製の線の張力曲線が、図２に示される。この曲線は、線が大きく伸ばされ得ることを示す。この高い伸張性は、毛管巻取によって、滴中に存在する取り置き線による。伸び剛性は、適合性があり：小さな変形では、剛性は実質的に零であり、線は送り出すだけである。大きな変形値では、線は、実際に伸ばされ始め、ナイロン（Nylon：登録商標）などの材料と同等の剛性を示す。この張力曲線は、コラーゲンのような材料の曲線と類似する。これは、変形によって変化する力学的応答性を有するような適合性の材料が必要である生物学的用途において、特に有用である。

本発明は、繊維が曲げられるように十分に小さく、滴を作る液体が十分に湿潤性がある状態で、例えば、合成繊維により、この現象を使用する。したがって、この現象は、広範な材料及び液体によって再現され得る。

本発明の特定の実施形態では、線形要素は、一般的かつ安価な市販のポリマーである柔らかいポリウレタン線で作製される。ポリウレタンは、溶解し、ミクロンサイズの繊維を形成するために高速で押し出される。シリコーン油の滴がその繊維上に配置され、毛管ウインチ現象が自動的に発生する、図１参照。その後、一定力で、初期長さの２０倍以上に伸ばされ得る、シリコーン油の滴と関連づけられた線が獲得される。更に、その線は、伸びとは無関係に、自動的に張力をかけられ；重力によるたるみがない。圧縮下の維持は、終端部が近づくときに線が張られたままであることを意味する。最後に、滴は、線に非常に高い減衰力（衝撃吸収、振動減衰など）を与える。図３は、滴と関連づけられたポリウレタン線がクモの糸の力学的特性（圧縮下の維持、適合性のある剛性、及び、優れた減衰）を定性的に再現することを示す。線／滴アセンブリは、完全な人工物であっても、生体材料に典型的な力学的応答を有する。図３は、滴を有するポリウレタン線（点線の曲線）及び滴を有しないポリウレタン線（実線の曲線）の張力曲線を示す。実線の曲線は、ポリウレタン線本来の力学的特性を示し、ゴムのバンドなどの古典的なエラストマーの特性と類似する。点線の曲線は、滴が授与されたときの線の高い伸張性（４倍に増加）、及び適合性のある剛性を示す。

特定の場合：現象の熱活性化：ポリ乳酸（ＰＬＡ）。

線の曲げ剛性は、その太さ及び伸長されるときの生得の弾性剛性（ヤング率）に左右される。ヤング率は、随意にウインチ機構を起動させるために変更される。約１ギガパスカル（GPa）のヤング率、及び１〜３ミクロンの直径を有するＰＬＡ線が使用される。このような線は、シリコーン油の滴と関連づけられるとき、剛性が大きすぎるのでウインチ機構の影響を受けない。線が７５度（ポリマーの臨界ガラス転移温度−ガラス転移はガラスなどの（剛性及び脆性のある）ガラス状態と（柔軟性及び伸長性のある）ゴム状態とを隔てる転移である）まで加熱されるときに、線の剛性は１０００分の１となり、ウインチ現象が直接発生する。臨界温度より下に低下するとき、巻取物は「凝固する」（下記の「可能な用途」の段落参照）。したがって、温度は、ウインチ現象を制御するために、命令又はスイッチとして使用され得る。同様に、溶融スズ（融解温度が２００度前後である）の滴の使用により、現象を熱活性化する又は巻取物を凝固させることが可能となる。

本発明によるデバイスは、実施が簡単であり、従来の材料に、素晴らしい伸張性、長さ適合性（スマートメタ材料）、優れた減衰、及び、（可塑性又は疲労のない）完全な可逆性などの、最高の力学的特性を付与する。

デバイスの使用の別の態様が、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明される。

この特定の態様では、スズ（又は容易に液化され得るワックス若しくは任意の材料）の滴が、マイクロシステムを（並進）移動させるために使用される。マイクロシステムの一部である２つのブロック又は物体が、近づけられる（図５Ａ）。ブロックは金属線で接合され、線は、本発明による固体スズの小さな断片と関連づけられる。スズは、（レーザ、又はジュール効果−電流が線を通過するときの線の加熱を使用して）液化される。上記で説明されたウインチ機構が活性化され、ブロックが互いに近づけられる。並進が完了すると、スズは再び固化され、したがって、システムは近接位置でブロックされる。

線及び滴を形成する本体を作る材料の力学的特性を（僅かだけでも）変化させることによって、繊維と繊維により担持される滴との間の結合は、アバランシェ効果を有し、全体の力学的特性を完全に変更することができる。したがって、従来の材料から、特殊な特性を有し、外部刺激の影響下で適合性があり、更に小さな材料に、変更することが可能であり：光、熱、又は電気活性化などの多数の外部刺激に応答することができる界面活性剤と同様に、温度は、繊維の剛性に影響を与え、電界は、滴の毛管ウインチ効果に影響を及ぼす。しかしながら、スズの固化された滴の非限定的な実施例のように、力学的特性を長く持続させるパラメータを使用することも可能かつ簡単である。

関連パラメータ（滴及び繊維サイズ、繊維の剛性、並びに滴を作る液体）に関する大きな自由度は、新しい力学的特性の調整の大きな自由度をもたらすことになる。

このように作製される材料は、以下の分野において適用され得る：
１．フレキシブルエレクトロニクス／ナノエレクトロニクス
２．ナノロボティクス
３．配備可能な自己組織化３Ｄ小型マイクロ製造
４．人工筋肉
５．完全モータ／マイクロアクチュエータ

上で挙げられた用途は決して限定的ではなく、他の容易に想定可能な用途が、このタイプのデバイスによって当然想像され得る。

したがって、エレクトロニクス分野では、導電性金属線が、本発明の方法によって適合可能に製造される力学的特性を有して作製され得る。構成要素間の電子接合が著しく変形しやすくなる線により、公知の用途における１０％に対して、１０，０００％で配備され得る物体を作製することが可能となる。

ロボティクス分野では、線／巻取手段（滴）アセンブリは、モータとして使用され得る。これは、ウインチ効果を使用して線を巻取ることによって、滴が、次いで外側のシステムに適用され得る駆動力を線上に適用するためである。これはまた、自由にオン／オフにスイッチされ得るアクチュエータ又はモータとして機能することができる（可逆物現象）。このモータ／アクチュエータの１つの非常に有用な態様は、どの材料も、低変形の伸びの間、物理的に伸ばされず、これによりモータの完全な可逆性、したがって可塑性を示す従来の材料による寿命よりもはるかに長い寿命が可能となることである。本発明はまた、疲労、性能を制限して最終的に破壊をもたらす現象を制限することができる。

マイクロ製造分野では、アクチュエータシステムは、滴が除去されるときに線の永続的な局所巻取を作製するために使用され得る：滴が剛性繊維上に配置される場合には繊維の温度が高められ、次いで線が滴内で巻取られ、温度が減少するときに巻取は「凝固する」。したがって、複雑な幾何学形状を有する３Ｄ物体が、簡単に作製される（図６参照）。プラスチック材料に対しては、環境パラメータとして知られるパラメータの変化は、必要なものではない。巻取は、線形要素及び巻取手段の親和力より自然に発生し得るが；性能は、低減することになる。

同様に、いくらかの線形要素は、特に人工筋肉を作製するために、組み合わせられ得る。これは、本発明の効果を高めて、人工筋肉線維を獲得するために、２つの表面間に活性化され得る大多数の線形要素／巻取手段を取り付けることを必要とするだけであるためである。

最後に、本発明は、バネ又は、マイクロコイルなどの、複雑な三次元の物体を作製するために使用され得る。これは、なぜなら、例えば液体の滴によって（非限定的な場合）、巻取物を作製することが容易に想像できるためである。したがって、線形要素との親和性を有するこの液体の滴によって、線形要素を滴内側で巻取ることが可能になる。線形要素が巻取られると、ユーザは、例えばピペットによって、滴を除去するか、又は滴を吹き飛ばすか若しくは超短パルス電界を印加することによって、接触せずに滴を除去することを決めることができる。したがって、線形要素は「巻取られた」状態であり、こうしてバネが作製され得る。しかしながら、この巻取が安定するように、線形要素は、「マイクロ製造」の段落において上で説明された手順を介して、又は可塑的にすることによって、永続的に変形しなければならない。（図６）

巻取手段が滴である本発明の特定の実施形態では、この滴を封入することも可能となる。このような封入は、滴のための湿潤性のないケージの構築によって（非限定的な例）、物理的で、又は、急激な接触が生じた場合に固体のようにふるまう特性を有した、したがって広がらない、粘弾性流体を使用することによって、化学的であり得る。

非限定的な例として、線形要素は、以下の特性を有することができる：
−８．４mmの長さを有するサンプルによって獲得された線の初期長さの、巻取後に１．７mmとなる、最大の低減、又は８０％の長さ低減。これは、１６７ミクロンの直径を有するRhodorsil 47V1000シリコーン油の単一の滴によって達成され、滴内に６．７mm、又はそのサイズの４０倍（１２．５回転）を巻き取った。
−使用される繊維のヤング率：１２＋／−１MPa。
−繊維半径：２．３＋／−０．２ミクロン。
−線形要素は、Elastollan繊維である。

公知のElastollanサンプル（滴なし）は、＋５３０％の破壊伸張性を有し、（本発明による）シリコーン油の滴と関連づけられた同じサンプルは、３０００％超の破壊伸張性を示す。

線は、以下の通りに製作された：

Elastollan 1185A TPUのいくつかの顆粒を、アルミニウム箔で覆われた加熱プレート上に配置し、２３０度に設定した。TPUが溶解するときに、操作者は、その一部を挟み、できる限り急速に伸ばして、数メートルのミクロン繊維を作製した。明らかに均一な部分を選択し、繊維の一終端部を、SmarAct SLC-1730リニアポジショナ上に載置されたFemtoTools FT-S1000センサの周辺に巻取、他の終端部を、Loctite（登録商標）又はSuperGlue（登録商標）タイプ接着剤によってスライドガラスに接着した。

Rhodorsil 47V1000シリコーン油の滴を、０．４mmの直径を有するシリンジの終端部から垂らし、多量の液体を落とすために繊維を長手方向にブラッシングした。

システムの典型的な動的反応時間は、約１００msである。

図３は、システムにおける引張変形に応じた張力の変動を示す。引張変形は、（Ｌ−Ｌ_０）／Ｌ_０とする。本発明によるシステムの力学的応答、システムにおける引張変形に応じた張力、は、図３において確認され得る。引張変形は（Ｌ−Ｌ_０）／Ｌ_０とし、式中、Ｌ_０は、多量の繊維が滴（単数又は複数）内に巻取られるスタート時のシステムの長さである。点線は、超弾性を示すシステムに対する応答を表し：長さは、バネタイプの剛度が感知され得るゾーンに到達する前に、３．５倍になる（変形又は引張変形＝２．５）。実線は、比較のために、液滴がない場合の繊維の応答を示す。この場合、長さの蓄えが存在せず、システムは、バネのように即座に応答する。したがって、（滴と関連づけられた）本発明による繊維が大きな伸張性の蓄えを有することが確認され得る。挿入グラフは、比較のためにクモの糸繊維の力学的応答を示す。本発明による線／滴アセンブリは、典型的に、クモの糸線と同じ力学的特性を有するが、クモの糸を合成して、クモの糸上に存在する自然の液滴を特徴づける難しさを回避する。

図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、周囲温度及び７５度における、滴及び関連づけられたＰＬＡ線を示す写真である。

図４Ａ及び図４Ｂの結果を良好に図示するために、これらの図のために使用されたＰＬＡは、以下の特性を有する：
ＰＬＡのヤング率：周囲温度で５GPa、７５度で７０MPa。
ガラス転移温度：６０度。
使用された線の半径：１．７ミクロン（TPUに関しては同じ技術、金属ノズルだけが、単純な加熱プレートの代わりに押し出しのために使用された）。
47V1000シリコーン油の滴のサイズ：直径２１７ミクロン。
得られた巻き数：２．５巻き（すなわち滴のサイズの８倍）。

本発明の別の態様では、図７及び図８を参照すると、本発明は、力学的又はその他の、外部の攻撃から保護する手段を液体の滴にもたらすことを可能にする方法に関する。

前記方法は、滴のサイズの１／５０、好ましくは１／１００、のサイズを有した、滴の液体とは異なる液体で各々形成される、多くの粒で形成された、封入体に滴を封入する。多くの粒は、好ましくは完全に、滴の外表面を覆う。

より正確には、粒は、コロイドで形成され、マイクロメートルサイズであり、例えばガラス、ポリスチレン、又は所要の湿潤性特性、すなわち粒の間の相互作用のエネルギー、を有する任意の他の材料で作製され、滴は、粒と外部周囲環境との間の相互作用のエネルギーと大きさにおいてほぼ類似しなければならない。

手順は、以下の通りである（図７）：

粒１が、第１の液体、例えば油、と混合され、次いで混合物によって形成された滴２が、第２の液体３、例えば、水、内に配置される。

図７では、少数の粒だけが明確化のために示されているが、滴の表面の全体が粒で覆われることが理解される。

図８は、図７による、粒で覆われた滴の写真である。

液体性状を損なわずに滴を保護する利点をもたらすので、粒封入方法が使用される。これは、固体シェルとは異なり、粒は移動して滴の表面上に再組織化することができるためである。当業者は、刊行物：Aussillous, Pascale, and David Quere. "Liquid marbles." Nature 41 1 .6840 (2001) : 924-927を参照することができる。

したがって、滴が保護されていないかのように、粒と類似したサイズを有する物体は滴の内側に侵入することができる。他方で、粒より大きい物体は、安全な距離で維持されることになる。これにより、表面への衝撃に対する抵抗を提供しながら、滴の内側に線を通して、毛管ウインチシステムを保持することが可能となる。

Claims

線形要素と、前記線形要素と関連づけられた、線形要素の巻取手段と、を含むデバイスであって、巻取手段が、第１の安定した状態から第２の安定した状態へ変化することにより適合されることを特徴とし、その状態の変化を、
− 線形要素と周囲環境との間の相互作用のエネルギーが、線形要素と巻取手段との間の相互作用のエネルギーより高くなるような、生得のままにか、
− 又は、第１の状態から第２の状態への変化の間に、前記手段に線形要素が巻取られる結果となるように、環境パラメータとして知られるパラメータを変化させることによってか、
のいずれかで、前記手段に線形要素が巻取られた結果となるように生じさせる、デバイス。
線形要素が、０．１ミクロンと１cmとの間の範囲の直径、有利には１０ミクロン未満の直径、を有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
巻取手段を作る材料が、スズ、ワックス、シリコーン、水、又は、線形要素を濡らす任意の液体であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
線形要素が、ポリウレタン、合成ゴム、ナイロン繊維、ケブラー繊維、炭素繊維、高弾性鋼、ガラス繊維、弾性プラスチック、超弾性材料、又は微細繊維において獲得され得る任意の材料などの、金属、エラストマー、又はポリマーで作製されることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
線形要素の少なくとも１つの力学的特性を変化させる方法であって、線形要素が少なくとも１つの液体若しくは気体などの流体、又は、固体の材料の本体と関連づけられること、並びに、前記本体の材料の少なくとも１つの特性を、並びに／又は、前記本体内若しくはその周辺に線形要素が巻取られた結果となるように、巻取手段及び線形要素が配置される、周囲環境のパラメータ、を変化させることを特徴とする方法。
前記環境パラメータが、温度、電界の強度若しくは方向、磁界の強度若しくは方向、又は力学的応力であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
前記本体が液体の滴であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
前記本体が気体の泡であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
粒のサイズが滴の１／５０、又は、好ましくは１／１００である、多くの固体粒で形成される容器に、滴を封入することによって、力学的又はその他の、外部の攻撃から保護する手段が、液体の滴に提供され、そこにおける各粒が、滴の外表面、好ましくは滴の表面の全体を覆うことを特徴とする請求項５〜８のうちのいずれか１項に記載の方法。
モータ、アクチベータ、アクチュエータ、人工筋肉、前記線形要素の２つのそれぞれの終端部で連結された２つの物体又はアセンブリを移動させるためのデバイス、可変長の一連の電気的又は電子的な接合部、バネ、を製造するために、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のデバイスを使用する方法。