JP2019524394A - 縮拡し、圧力を検知し、及び力を軽減させる電気活性ポリマー及び同一のものを使用するシステム - Google Patents

Abstract

新規な剛直な電気活性ポリマー（ＥＡＰｓ）及びＥＡＰに基づくシステムが述べられており、それらは低電圧で縮拡し、形状モーフィングシステムを与え、また穏やかな接触から高衝撃まで、機械的圧力を検知し、力を軽減させる。これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、人工装具のライナーにおいて、及び潜在的には人工装具のライナー全体として、人工装具の硬いソケットにおいて、シューウェア、スポーツ用品、防具、及び軍服において、及び圧縮装置において、使用され、完全なフィットを維持するのに必要とされるように、戦略的な領域において、縮拡し、圧力を検知してフィードバックを与え、自動的に完全なフィットを維持し、及びきわめて心地よいフィットのために力を軽減させる。

Description

すべての特許、特許出願、及びこの本文で引用されている刊行物は、技術水準について、この本文で述べられている発明日時点で、その中で当業者に公知なものであるとして、より十分に説明するために、これにより参照によりそのまま組み入れられる。

本出願は、２０１６年６月２３日に出願された米国特許仮出願第６２／３５３，８０６号、２０１６年１０月６日に出願された米国特許仮出願第６２／４０５，２２２号、２０１６年１２月８日に出願された米国特許仮出願第６２／４３１，８０４号、２０１６年１２月１３日に出願された米国特許仮出願第６２／４３３，４４７号、２０１７年４月１２日に出願された米国特許仮出願第６２／４８４，８４８号、及び２０１７年６月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／５１９，８２０号の利益及びそれらに対する優先権を主張し、その内容はこれによりこの本文で参照によりそのまま組み入れられる。

従来のヘルメットのパッドは、衝撃を軽減させるが加えられた圧力とともに形状を変化させるのみで、潜在的に損傷を与える衝撃を検知する役割は果たさず又は能力を有さない、受け身の材料から成る。本発明における電気活性ポリマー（ＥＡＰｓ）及びＥＡＰに基づくシステムは、理想的には形状モーフィング、衝撃検知、及び衝撃の軽減に適している。というのも、これらＥＡＰｓは、純粋な固体又は液体のいずれでもないためである。ＥＡＰの半固体組成物及び粘弾性及び減衰特性のため、本発明のＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、非ニュートン挙動を示す。

従来の靴のインソールは、例えば、アーチサポートといった治療的処置を含む、心地よさを与える。インソールの中には、センシングを与えるものもあるが、市場に出回っている靴のインソールで、形状モーフィング、センシング、力の軽減を与えるものはない。市場の靴のインソールのセンサーにおける問題点は、靴のインソール素材内においてセンサーが取り付けられ、又は埋め込まれる場所は、センサーと周囲のインソール素材との間の接触面に弱点となる領域を生じさせ、結果、インソールの崩壊を生じさせるということである。本発明において、形状モーフィング、力を軽減させる靴のインソールは、またセンサーであり、センサーとインソール素材との間の接触面を除くものである。さらに選択された領域での形状モーフィング能を使用することで、完全にフィットする靴のインソールを与え、比類なき心地よさと、例えば、完全なアーチサポートといった治療的処置的利益を与える。

硬いソケットのための人工装具のライナー及びパッドに対し、従来の市場のライナー及びソケットパッドシステムは、問題を伴う。多くの人工装具のライナー及びソケットは、静的である。残肢の型が作製され、それから切断患者の型のためのフィッティングの日から人工装具のライナー及びソケットがその型の周りに設計される。現実は、残肢は、絶えず挑戦的である。実際、切断患者の残肢は、人の足のサイズが朝から夜に変化するのとおよそ同じように、ある与えられた一日のうちに（典型的な場合）縮むのである。現在の人工装具のライナーは、シリコーン又はポリウレタンに基づく素材の薄膜といった柔軟な素材を使用しており、その形状（患者にフィット）、ある種の吸引、ライナーの弾力性により、ライナーを残肢に保持するのに役立つ。これらライナーは、末端の締め付け機能と共に又はなしで利用することが可能であり、通常、従来の人工装具の靴下にすり減らされて体積の調整を可能とさせる。しかしながら、肢は典型的な一日のうちに、縮むため、ライナーと人工装具のソケットの硬いシェルとの間にかなりのギャップを形成するが、それらは患者が、ライナーと硬いシェルとの間により多くのコットンの靴下の層を足すことで対処され得る。フィットがきつすぎる場合は、患者は、ライナーと硬いシェルとの間のコットンの靴下の層を除く。これは時間を消費するものであり、面倒なことである。患者がフィットが緩すぎ又はきつすぎになっていることに気づき損ねた場合は、残肢に対して組織損傷が生じ得る。というのも、脚（膝より下切断患者）及び大腿部（膝より上切断患者）の皮膚は、手足と比較して多くの神経を持たず、これらの体の領域は、神経支配が乏しいため、患者はしばしば問題となるまで、及び転倒といった事態になるまで、裂けて出血さえしているまで、フィットに乏しいことに気が付かない。糖尿病を患っている切断患者にとっては、この問題は悪いものとなる。

柔軟なライナーより勝る人工装具のライナー及びソケットのフィットの維持に対処するために、、種々の吸引及び真空吸引システムといった、いくつかの戦略が探索されてきた。吸引システムは、しばしば一方向バルブ及びシーリングスリーブを備えた柔軟なライナーから成る。患者は彼又は彼女のライナーでカバーした肢をソケット内に挿入し、彼又は彼女は立つかのように体重を加えることでバルブを通して過剰の空気を追い出す。典型的な真空吸引システムにおいては、スリーブは、ソケットの先端の周りにシールを創り出し、患者が装置を身につけるとき、ポンプ及び消耗バルブが、仮想的にソケット及びライナー間のすべての空気を除く。このシステムは、真空レベルを定められた範囲内で制御する。Ｂｅｎｅｖｏｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓは、ポンプを使用してゲル化されたビーズの周りを真空で引いて形状フィッティングのフリーサイズフィットを生み出す。真空吸引システムに由来する挑戦は、患者が、しばしばその感覚が好きでない、又は従来の人工装具のライナーシステムと比較して人工装具装置を使用している際、単にしっかりしていると感じないことである。真空吸引システムは、吸引システムよりも強いフィットを与えるが、真空吸引システムで、真空吸引がきつすぎで締め付けるものであれば、組織の損傷が残肢において起こり得る。真空吸引及びポンプシステムは、また硬いソケット内に置かれるパッド、例えば、排出され又は放出されて硬いソケット内にフィットを与える空気のうに使用されている。すべての真空吸引及びポンプシステムに伴う問題は、微細な割れ目でさえも、割れ目はすぐさま失敗を生じさせるということである。気圧圧力の変化は、またポンプシステム及び空気のうに打撃を与える。

空気のうといったポンプシステムに伴う他の問題は、切断患者は、彼ら又は彼女の周りの環境を感じ取るのが困難ということである。ちょうど、多くの人々が靴を履いているときでさえ、足下の地面のその質感がいかばかりのものか感じることができるかのように（例えば、砂利、又は草、又はコンクリート表面の上を歩いているか伝えることが可能であること）、切断患者は、彼又は彼女が、良好なフィットを得ているときは、その環境から人工装具を通じて、多くの情報を分別することができる。フィットが乏しい場合には、この知覚情報は失われる。同様にして、知覚情報は、どの空気システムを通じても大いに減少し、人工装具、硬いソケット、及びライナー（これらはすべて、空気のうよりもより固体又は半固体の素材より作製される）のみならず、空気システムは、ポンプシステムの空気のギャップを通しては、この種の知覚情報は伝達しない。

完全なフィットの人工装具のソケットのモデリングは、複雑であり、各患者固有である。ソケットのためのモデリング、テストケースの使用は、現在、ＭＩＴのＨｕｇｈＨｅｒｒ教授のバイオメカトロニクスの研究室において、今やＢｉｏｍで最近一部ＯｔｔｏＢｏｃｋにより取得されたｉＷａｌｋの設立者であるＨｅｒｒ教授により、従来のフィットソケット（米国特許出願第１３／８３６８３５号）とともに行われている。しかしながら、これはフィットに関しては、比較的静的なシステムである。人は、特に動いている場合は、動的であり、技術水準のモデリング及び設計をもってしても初めの人工装具のフィッティングからは顕著な変化を受ける。

優れた材料により、誘電性エラストマーのアクチュエータ（ＤＥＡｓ）をセンサー又は自己センサーとして使用することといった、センサーとしての用途が見い出された。誘電性材料は、電気伝導性がは乏しいが、電場を支持することに優れており、キャパシタとして作用する。ＳＲＩ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅ Ｉｎｃ．、及びＳｔｒｅｔｃｈ Ｓｅｎｓｅ／オークランド大学は、ＤＥＡｓが、センシング又は自己センシングのためのポテンシャルを有していることを発見した。ここで自己センシングとは、アクチュエータ自身の電気的特性を検知することである（米国特許第８８６０３３６号、第７５２１８４０号、第７５９５５８０号、第６７６８２４６号）。ＤＥＡの状態は、電極間の静電容量を検出することで決定することが可能である。ＤＥＡをアクチュエートするのに必要とされる電極に印加される高電圧（ｋＶの範囲）のために、容量性自己センシングを実施することは、一般的に他の分野で適用される容量性センシング技術を適用することほどは単純ではない。ＤＥＡにおける自己センシングのための方法論は、非常に複雑である。

現在のところ、切断患者の世話をするために及び切断患者にフィットを与えるために、フィッティングの間の診断プロセスは、患者がその義肢装具士に伝えていることに由来するフィードバックである。現在のところ、実際の物理的なフィードバックデータはない。神経支配されている領域に対し、又は患者の神経が構成されている場合は、しばしば糖尿病患者で起こるが、フィットは義肢装具士のオフィスにおいては正しい権利を得ることは困難である。乏しいフィットは不快感や組織損傷という結果になる。

先願発明（米国特許出願第１４／４７６，６４６号、米国特許出願第１３／８４３，９５９号、米国特許出願第８，０８８，４５３号、米国特許出願第７，９３５，７４３号、米国特許出願第５，７３６，５９０号）により発展した電気活性ポリマー（またＥＡＰｓとも称される）の形状モーフィング能、及びこれらの形状モーフィングＥＡＰｓのセンシング能［ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０５８９５１］に加え、本発明におけるＥＡＰｓは、また力を軽減し、優れた粘弾性を有することが可能であるように作製されている。特に多様式（又は多層）ＥＡＰを使用する際は、力の軽減はさらに増強され得る。本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、形状モーフで、圧力を検知し、力を軽減させ、一日を通し、完全で非常に快適なフィットを提供し、また切断患者に対し、絶え間なく良好な感覚的フィードバックを、完全なフィットの維持及びこれらＥＡＰｓが気体ではなく半固体の材料であることを通じて、与えることとなる。本発明のＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、機械的圧力を検知する可変抵抗器であり、ＤＥＡキャパシタに基づくシステムよりもはるかに簡略化されたシステムである。

従来のライナー材料は、クリープ及びヒステリシスに伴う問題を有している。本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、形状モーフ、圧力センシング、及び力を軽減させることができるのに加え、また良好なクリ−プ抵抗、良好な粘弾性、及び低度のヒステリシス効果を有する。これらの性質は、本発明におけるこれらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムを、理想的に硬いソケット内の人工装具のライナー及びパッドに、特に歩行の間（ウォーキング及びランニング）、フィットさせる。

この本文で述べられているのは、低電圧で制御的に縮拡し形状モーフィングシステムを与え、また圧力（穏やかな接触から高衝撃まで）を検知することができ、また力を軽減させることが可能な電気活性ポリマー又は電気活性イオン性ポリマー（ここでは同じ意味で使用され、いずれもＥＡＰｓと称される）である。特に、多様式／多層のＥＡＰシステムが使用される際には、システムを通じての力の軽減は、より優れた横方向の力の分散を通じて軽減され得る。本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、また良好なクリープ抵抗及び良好な弾力性、及び低ヒステリシス効果を有する。

ある実施形態において、ＥＡＰに基づくシステムを含む、ヘルメットといった、防具及びスポーツパッドが述べられている。ある実施形態において、例えば、靴のインソールのためのといった、ＥＡＰに基づくシステムを含む、防具及びスポーツ衣料品が述べられている。ある実施形態において、ＥＡＰに基づくシステムを含む、人工装具のライナーが述べられている。ある実施形態において、ＥＡＰに基づくシステムを含む、人工装具の硬いソケット内のパッドが述べられている。ある実施形態において、ＥＡＰに基づくシステムを含む、人工装具のフィットのための診断が述べられている。ある実施形態において、ＥＡＰに基づくシステムを含む、糖尿病患者のための圧縮ブーツ、外傷患者のための軍事用耐衝撃ズボン（ＭＡＳＴ、また空気圧式耐衝撃ガーメント又はＰＡＳＧとも呼ばれる）といった圧縮装備、圧縮包帯又はテープ、及び圧縮治療的処置が、述べられている。

本発明において、ＥＡＰに基づくシステムは、薄層で、薄いＥＡＰ層のセンシング能を使用して、義肢装具士が世話をする際、フィットを診断するのに使用され、それらは画素化され圧力マッピングを与え、人工装具に対する患者のフィッティングのためのリアルタイムデータを与え得る。義肢装具士を伴うフィットに関するリアルタイムデータについてのフィードバックは、向上したフィット及びはるかに良好な肢の健康という結果につながることとなる。この種の画素化されたＥＡＰに基づく薄い又厚いフィルムは、また糖尿病患者のための圧縮ブーツ、外傷患者のための耐衝撃ズボン（ＭＡＳＴ、また空気圧式耐衝撃ガーメント又はＰＡＳＧとも呼ばれる）といった圧縮装備、圧縮包帯又はテープ及び他の圧縮治療的処置及びアプリケ−ションにおけるフィードバックに使用され得る。この種の画素化されたＥＡＰに基づく薄い又は厚いフィルムは、また人工装具及びロボットの手及び腕のための「皮膚」、及び人工装具及びロボットの手（又はグリッパー、ロボットの末端エフェクターとしても知られる）における指先領域のために使用され得る。

１つの態様において、この本文で明らかにされている１つ以上のＥＡＰに基づくシステムを含む防具又はスポーツパッドが述べられており、ＥＡＰに基づくパッドは、ＥＡＰに基づくシステムの形状モーフィング機能を使用して、各個人の特有の人体測定にフィットしている。ＥＡＰに基づくシステムのセンシング能は、衝撃の数及び重大性を検知する。センシング機能は、ヘルメット内で編集ログ機能により、編集され、フィードバックのために伝えられ、又は衝撃データ（衝撃の数及び重大性）は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）アダプターを経由して、例えば、コンピュータ又は他の電子デバイス、又はそれらの組み合わせに伝達され得る。このようにして、プレイヤー、その両親、チームドクター、及び／又はコーチは、プレイヤーの潜在的な震とう状態（１つの高衝撃ばかりが懸案事項でなく、短期間での幾度の低度の衝撃もまた懸案事項で、有害なものであり得る。）の評価において役立つ診断ツールを有する。ＥＡＰに基づくシステムの力の軽減機能は、衝撃から力を軽減させ、負傷及び死を抑制し減少させる。

１つの態様において、この本文で明らかにされている１つ以上のＥＡＰに基づくシステムを含む防具又はスポーツ衣料品が述べられている。ＥＡＰに基づくシステムの形状モーフィング機能は、靴のインソール内に完全なフィットを与える。例えば、靴のインソールのＥＡＰに基づくシステム内での形状モーフィングは、各個人に完全なアーチサポートを与える。靴のインソールのＥＡＰに基づくシステムのセンシング機能は、ステップ数のフィードバック、及び足の殴打の機械的圧力のプロフィル、それらは画素化され得るものであるが、又はそれらの組み合わせを与え得る。ＥＡＰに基づくシステムの力の軽減は、靴のインソール内でのきわめて心地よい感覚及び足に対して潜在的なよりよい健康を与える。特に糖尿病患者に対しては、靴のインソール内でのＥＡＰに基づくシステムのセンシング機能は、組織損傷が生じるより前に潰瘍になりそうな傾向にある領域（デッドゾーン領域）に対するフィードバックを与える。一方、ＥＡＰに基づくシステムの非ニュートン力の軽減は、靴のインソールからのマッサージ様の効果を与え、潜在的に足の心地よさ及び糖尿病患者の健康を向上させている。センシング機能は、靴内で編集ログ機能により、編集され、フィードバックのために伝えられ、又はデータ（ステップの数及び足の圧力マッピング）は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）アダプターを経由して、例えば、コンピュータ又は他の電子デバイス、又はそれらの組み合わせに伝達され得る。

１つの態様において、この本文で明らかにされている１つ以上の形状モーフィングシステムを含む人工装具のライナーが述べられており、人工装具のライナーにＥＡＰに基づくシステムが使用されている。ＥＡＰに基づくシステムのセンシング機能は、残肢と人工装具の硬いソケットとの間の完全なフィットを与える。人工装具のライナーのＥＡＰに基づくシステムのセンシング機能は、フィットのフィードバックを与え、ライナーに継続的に自動的に、一日を通して自動的な完全なフィットを調整させることを可能とさせる。ＥＡＰに基づくシステムの力の軽減及び粘弾性は、歩行の間の優れた反発とともに、人工装具のライナーにきわめて心地よい感覚を与える。このことは、きわめて心地よい完全なフィットを与え、潜在的にはるかに良い残肢の健康を与える。

１つの態様において、この本文で明らかにされている１つ以上のＥＡＰに基づくシステムを含む人工装具の硬いソケットにおけるパッドが述べられており、ＥＡＰに基づくシステムが硬いソケットにおけるパッドに使用されている。ＥＡＰに基づくシステムの形状モーフィング機能は、人工装具の硬いソケット内で残肢に完全なフィットを与える。人工装具のライナーのＥＡＰに基づくシステムのセンシング機能は、フィットのフィードバックを与え、形状モーフィングパッドに、継続的に自動的に一日中自動的な完全なフィットのために調整させることを可能にさせる。ＥＡＰに基づくシステムの力の軽減及び粘弾性は、歩行中、優れた反発とともに、硬いソケット内できわめて心地よい感覚を与える。これは、きわめて心地よい完全なフィット及び潜在的に残肢のはるかによい健康を与える。これらの形状モーフィングパッド入りシステムは、患者のフィッティングの最中、義肢装具士が硬いソケット内に据え置くキットとして与えられ得る。代わりに、これらの形状モーフィングパッド入りシステムは、硬いソケットの部分として、硬いソケットそれ自体の構築又は製造の間、埋め込まれ、組み入れられ得る。

１つの態様において、この本文で明らかにされている１つ以上のＥＡＰに基づくシステムを含む人工装具のフィットのための診断が述べられており、ＥＡＰに基づくシステムが、人工装具のフィットのための診断装置に使用されている。形状モーフィング材料の薄い層又は薄いさやを含むＥＡＰに基づくシステムの診断装置のセンシング機能は、患者及び彼又は彼女の義肢装具士のためのフィットのフィードバックを与え、データ駆動診断装置である義肢装具士に患者を人工装具のライナー及び人工装具にフィットさせるのに役立たせることを可能とさせる。本発明において、ＥＡＰに基づくシステムは、薄いＥＡＰ層のセンシング能を使用し、薄い層で、義肢装具士が世話をする際にフィットを診断するのに使用され得る。それらは画素化され、圧力マッピングを与え、患者の人工装具へのフィッティングのためのリアルタイムデータを与え得る。ＥＡＰに基づくシステムの力の軽減及び粘弾性は、より耐用性のある診断装置を与える。センシング機能は、集積され、装置内に蓄積されているログ機能によりフィードバックのために伝えられ、又はデータ（人工装具内にフィットしている残肢の圧力マッピング）は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）アダプターを経由して、例えば、コンピュータ又は他の電子デバイス、又はそれらの組み合わせに伝達され得る。

１つの態様において、この本文で明らかにされている１つ以上のＥＡＰに基づくシステムを含む圧縮装置が述べられており、ＥＡＰに基づくシステムは、圧縮装置又は治療的処置に使用され得る。ＥＡＰに基づくシステムの形状モーフィング機能は、圧縮装置を使用して患者のために良好な圧縮フィットを与え、形状モーフィングは、糖尿病患者又は手足の腫れを患っているリンパ管障害による患者の脚をマッサージし又は流体を除く、波のような圧縮のように動的であり得る。人工装具のライナーのＥＡＰに基づくシステムのセンシング機能は、フィットのフィードバックを与える。ＥＡＰに基づくシステムの力の軽減は、圧縮装置からさらなるマッサージ様の効果を与え、心地よさを向上させ、糖尿病圧縮ブーツの場合には肢を救い、ＭＡＳＴ圧縮装置の場合には命を救う。この３部から成るＥＡＰシステム（形状モーフィング、センシング、及び力の軽減）は、また医療用アプリケ−ションに勝り、圧縮テープ及び他の圧縮装置に対し有益である。

１つの態様において、
第１の電極、
第１の電極と対向し第１の電極と離れて隔てられている第２の電極、
イオン伝導流体、及び
第１の電極と電気的に接続し第２の電極と流体的に連通しているアクチュエータ、
を含み、
第１の電気活性イオン性ポリマーを含む第１の電気活性イオン性ポリマー層、及び
第２の電気活性イオン性ポリマーを含む第２の電気活性イオン性ポリマー層、であって、
該第１及び第２の電気活性ポリマーが、電圧の印加により縮拡するように選択され、
第２の電気活性イオン性ポリマーのデュロメータショアＯ値が、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも高く、
第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層が、第１の電気活性イオン性ポリマー層上に加えられた力を第２の電気活性イオン性ポリマー層へ伝えて軽減されるように配置されているもの
を含む、電気活性ポリマーに基づくシステムが述べられている。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層は、互いに直接接触している又は互いに近接している。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第１の及び第２の電気活性イオン性ポリマー層は、柔らかい又はエラストマーの層により隔てられている。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層間のデュロメータショアＯ値の差は、およそ２〜６０である。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマーは、線状モノマー当たり少なくともおよそ１．５％〜６％の体積／質量の架橋剤の架橋密度を有する。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第２の電気活性イオン性ポリマーは、線状モノマー当たりおよそ１．５％体積／質量の架橋剤未満の架橋密度を有する。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第２の電気活性イオン性ポリマーは、各架橋剤に対して、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも、およそ０．５０％、０．７５％、１．００％、１．２５％、１．５０％、１．６０％、１．７５％、１．８０％、２．００％、２．２５％、又は２．５０％高い架橋密度を有し、第２の電気活性イオン性ポリマーは、この本文で明らかにされている任意の２つの値に束縛される範囲の架橋密度を有する。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第２の電気活性イオン性ポリマー層は、円錐形、半卵形、卵形、シート、パッド、球、シリンダー、コーン、ピラミッド、プリズム、回転楕円体楕円、楕円、長方形プリズム、トロイド、平行６面体、ひし形プリズム形及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、形状を有する。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第２の電気活性イオン性ポリマー層は、円錐形、半卵形、卵形、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、形状を有する。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマー層は、第２の電気活性イオン性ポリマー層の形状と相互関係にある形状を有する。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、アクチュエータ及び第１の電極と電気的に接触している１つ以上の導電層をさらに含む。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、各々、第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層と電気的に接触している、第１及び第２の導電層を含む。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、導電層は、複数の導電領域の配列を含む。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、第１及び第２の電気活性イオン性ポリマーと流体的に連通しており、第２の電極と接続している流体容器をさらに含む。この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、流体容器は、第２の電気活性イオン性ポリマー層中にある。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーは、各々独立して、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸２−ヒドロキシエチル、ポリ（ビニルアルコール）、イオン化ポリ（アクリルアミド）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリル酸）−ｃｏ−（ポリ（アクリルアミド）、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルー１−プロパンスルホン酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（スチレンスルホン酸）、４級ポリ（塩化４−ビニルピリジニウム）、ポリ（塩化ビニルベンジルトリメチルアンモニウム）、スルホン化ポリ（スチレン−ｂ−エチレン−ｃｏ−ブチレン−ｂ−スチレン）、スルホン化ポリスチレン、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーは、各々、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、１つ以上の架橋ポリマー剤と架橋している。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマーは、弾力性又は弾力性を与える、１つ以上の第１の架橋ポリマー剤と架橋している。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖を含む、第１の架橋ポリマー剤。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第２の電気活性イオン性ポリマーは、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、第２の架橋ポリマー剤と架橋しており、又はその中で第２の電気活性イオン性ポリマーは、第２の架橋ポリマー剤及びポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖と架橋しており、又はその中で第２の電気活性イオン性ポリマーは、ポリ（ジメチルシロキサン）ジメタクリラート、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される架橋ポリマー剤よりも高次の架橋ポリマー剤と架橋している。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、第２の電気活性イオン性ポリマーは、ポリ（ジメチルシロキサン）ジメタクリラート、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される第２の架橋ポリマー剤と架橋しており、ここで第２の電気活性イオン性ポリマーは、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも、高次で架橋している。

他の態様において、
１つ以上の第１の電極、
第１の電極と対向し第１の電極と離れて隔てられている第２の電極、
イオン伝導流体、及び
第１の電極と電気的に接続し第２の電極と流体的に連通しているアクチュエータ
を含み、
電圧の印加により縮拡するように選択された電気活性イオン性ポリマーを含む、電気活性イオン性ポリマー層、及び
各々が、電気活性イオン性ポリマー層の複数の領域と電気的に連通している、複数の孤立した導電領域の配列であって、
該複数の孤立した導電領域が、第１の孤立した導電領域と電気的に連通している電気活性イオン性ポリマーの領域が独立してアクチュエートされることが可能であるように、他の孤立した導電領域とは独立した１つ以上の第１の電極と電気的に連通している、少なくとも１つ以上の第１の孤立した導電領域を含むもの
を含む、電気活性ポリマーに基づくシステムが述べられている。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、１つ以上の第３の電極をさらに含み、複数の孤立した導電領域は、第２の孤立した導電領域と電気的に連通している電気活性イオン性ポリマー層の領域が、独立してアクチュエートされることが可能であるように、他の孤立した導電領域とは独立した１つ以上の第３の電極と電気的に連通している少なくとも１つ以上の第２の孤立した導電領域を含む。

さらに他の態様において、
患者の肢を取り囲むように又は内部の義肢の周りに合わせるように配置されている柔軟な層、及び
この本文で述べられている実施形態のうちのいずれか１つの柔軟な層に埋め込まれ、患者の肢を固定又ははめ込むように配置されている、少なくとも１つの電気活性ポリマーに基づくシステム
を含む、人工装具又は人工装具のソケット内に肢を固定するためのライナーが述べられている。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、柔軟な層はシリコーン製である。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、ライナー又は人工装具のソケットは、この本文で述べられている実施形態のうちのいずれか１つの、柔軟な層に埋め込まれる、複数の電気活性ポリマーに基づくシステムを含み、電気活性ポリマーに基づくシステムは、流体的に互いに孤立しており、肢を固定するように患者の肢の周りに配置されている。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、義肢は、硬い本体及び第１の電極への電圧の印加により、患者の肢への硬い本体に対して拡がるように配置されているアクチュエータを有する。

さらに他の態様において、この本文で述べられている実施形態のうちのいずれか１つの電気活性ポリマーに基づくシステムを含む、靴のインソールが、述べられている。

さらに他の態様において、この本文で述べられている実施形態のうちのいずれか１つの電気活性ポリマーに基づくシステムを含む、防具が述べられている。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、前記防具はヘルメットである。

さらに他の態様において、この本文で述べられている実施形態のいずれか１つの電気活性ポリマーに基づくシステムを含む、圧縮装置が述べられている。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、圧縮装置は、糖尿病患者のための圧縮ブーツ、外傷患者のための軍事用耐衝撃ズボン（ＭＡＳＴ、また空気圧式耐衝撃ガーメント（ＰＡＳＧ）とも呼ばれる）、圧縮包帯、圧縮テープ又は圧縮治療的処置である。

この本文で述べられているいずれか１つの実施形態において、ＥＡＰに基づくシステムは、力を軽減させる特性を示す２つ以上のＥＡＰｓの層を含む。積層の効果がなくとも、これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、しかしながら、半固体の非ニュートン挙動のために力を軽減させる。これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、カーボンファイバー、フィラメント、織り、及びナノファイバー／フィラメント、金属粒子、金属ワイヤ、金属メッシュ、金属ナノ粒子、ワイヤ、又はメッシュ、又はそれらの組み合わせで強化され、ＥＡＰを通じてより良好な電荷の分散、及びアプリケ−ション特有の挙動及び異方性を与え得る。これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、堅牢性、柔軟性、及び宇宙、深海、人工装具（繰り返しの荷重及び長期耐性用途）、及びヘルメット（高衝撃スポーツ及び軍事的用途）といった環境での具体的な適用に対し要求される強度を満たすようにカスタマイズされ得る。

本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、３つの鍵となる主要な健康要素を１つのシステムに、衝撃の軽減を、衝突重大性の検知、負傷保護を与える形状モーフィング、リアルタイムの頭部衝撃検知、競技場又は戦場であろうと使用のために仕立てられ得る個人の心地よさと結びつけることで統合する。第１に、本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、無電荷状態においてさえも、その非ニュートン半固体挙動及びこれらの新規なスマート材料の多様性のために、衝撃に対し抵抗する。第２に、これらＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、可変抵抗であり、力に晒された際にそのインピーダンスを変化させる。この独特の電気−機械的現象により、ＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、頭部への衝撃の発生、方向、及び重大性を検知することが可能であり、エリートアスリートの環境で実践的であるとして示されてきたヘルメット内部の電子機器と連携した際、その素材は、リアルタイムオンフィールド震とうスリーニングツールとして使用され得る。サイドライン及びロッカールームの衝撃診断と併せて使用される際には、これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、衝撃診断において役立つ潜在可能性を有している。第３に、これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、アクティブに形状モーフすることが可能で、それゆえ、アスリートの頭部から除かれることなしに最適な固さ、形状、及び心地よさをサイドラインで調整することが可能なことにより、現在のところ利用可能な材料を超えて、衝撃の軽減を進展させる。本発明におけるＥＡＰは、電気的入力と共に縮拡し、電気的入力が消された際には、元のサイズ（無電荷状態）に戻る。実際の適用では、プレイヤーが、ヘルメットに取り付けられたボタンを押して、非常に小さい電流を流し、ヘルメットをかぶるより前にヘルメットのライナーを縮小してプレイヤー固有の人体測定にぴったりと合わせる。この機能は、完全なフィットともに十分に資金のあるチームのエリートアスリートのみならず、装備予算が乏しいチームのフリーサイズアプローチに頼る、若い、アマチュアアスリートにも有益なものとなる。この本文で使用されているように、形状モーフィング、センシング及び力軽減システム、ＥＡＰに基づくシステム、及び電気活性ポリマーに基づくシステムは、同じ意味で使用されている。

この本文で明らかにされている任意の実施例は、この本文で明らかにされている任意の他の実施例と適切に結びついていることが期待される。この本文で明らかにされている任意の２つ以上の実施例の組み合わせは、特に期待されている。

この本文で使用されているように、「ポリマー」という表現の使用は、ホモポリマー、コポリマー、３元重合体、ランダムコポリマー、及びブロックコポリマーを含むが、それらに限定されない。ブロックコポリマーは、ブロック、グラフト、デンドリマー、及び星形ポリマーを含むが、それらに限定されない。この本文で使用されているように、コポリマーは、２つのモノマー種由来のポリマーを指し、同様にして、３元重合体は３つのモノマー種由来のポリマーを指す。ポリマーは、また線状ポリマー、分岐ポリマー、ランダムポリマー、架橋ポリマー、及びデンドリマーシステムを含むが、それらに限定されない種々の形状を含む。例として、ポリアクリルアミドポリマーは、ポリアクリルアミド、例えば、ポリアクリルアミドのホモポリマー、コポリマー、３元重合体、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー又は３元重合体を含む任意のポリマーを指す。ポリアクリルアミドは、線状ポリマー、分岐ポリマー、ランダムポリマー、架橋ポリマー、又はポリアクリルアミドのデンドリマーであり得る。

この本文で使用されているように、「イオン性ポリマー」という表現は、１つ以上のイオン化可能な基を有する任意のポリマーを指す。イオン性ポリマーの限定されない例は、モノマーを含む１つ以上のイオン性の基のポリマーを含む。他のイオン性ポリマーの限定されない例は、ポリマー鎖の任意の位置に１つ以上のイオン性の基を有するポリマーを含む。この本文で使用されているように、「電気活性イオン性ポリマー」という表現は、１つ以上のイオン化可能な基を有し、形状を変化させる、例えば、電圧の印加により縮拡することが可能な、任意のポリマーを指す。

仮にそう定義され、使用され、又はこの本文で特徴付けられたものでないのでないのであれば、関連技術の文脈で受け入れられている意味と一致した意味を有するものと解すべきであり、この本文中で明確にそう定義されなければ、理想化された又は過度に公式の意味であると解すべきではない。

「第１の」、「第２の」、「第３の」、など、は、この本文で様々な要素を述べるのに使用され得るが、これらの要素はこれらの用語により限定されない。これらの用語は、単に１つの要素を他のものと区別するするのに使用される。それゆえ、下記に述べられている、第１の要素は、例示されている実施例の教示から離れることなしに、第２の要素と呼ばれ得る。「上(above,)」「下(below,)」「左(left,)」「右(right,)」「前(in front,)」「後(behind,)」などといった空間比較の用語は、図示されているように、この本文で、１つの要素と他の要素の関係を示す各説明のために使用され得る。空間比較の用語、並びに図示された配置は、この本文で述べられ、図に示されている方向に加え、使用又は作動に際しての装置の異なる方向を含むと解されることとなる。例えば、図中の装置がひっくり返れば、他の要素又は特徴の「下(below)」又は「低(beneath)」と示されている要素は、他の要素又は特徴の「上(above)」の方向となる。それゆえ、例となる用語、「上(above,)」は、上及び下のいずれも含み得る。装置は、さもなければ方向付けされ（例えば、９０℃又は他の方向に回転）、この本文で使用されている空間比較の記述子はしたがって解釈され得る。なおさらに、本公開において、要素が、他の要素と「関連(linked to,)」「接触(on,)」「連結(connected to,)」「結合(coupled to,)」「接触(in contact with,)」など、していると称されている場合は、他の要素と直接関連、接触、連結、結合又は接触している、又は介入する要素が、示されていないということでないならば、存在し得る。

この本文で使用されている専門用語は、具体的な実施形態を述べる目的ではなく、例となる実施形態を限定することは意図していない。この本文で使用されているように、「a」及び「an,」といった単数形は、その文脈がその他のものを指していなければ、同様にして、複数形を含むことを意図している。さらに、「有する(includes,)」「有している(including,)」「含む(comprises)」及び「含んでいる(comprising,)」といった用語は、決まった要素又はステップの存在を述べるのに使用され、１つ以上の他の要素又はステップの存在又は追加を排除するものではない。

発明は、次の図に関して述べられており、図は説明のためだけに存在しており、限定されることは意図していない。図において：

図１Ａは、この本文で示されている１つ以上の実施形態による、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）に基づくシステムを要約した概略図である。

図１Ｂは、多様式又は多層であり、低層のＥＡＰ層が高架橋密度でそれゆえ上層のＥＡＰより高デュロメータであり、低層のＥＡＰ層が円錐形を有する、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）に基づく形状モーフィングシステム、センシング及び力軽減システムの概略図である。

図２は、多様式又は多層であり、低層のＥＡＰ層が高架橋性でそれゆえ上層のＥＡＰ層より高デュロメータであり、低層のＥＡＰ層が半卵形を有する、ＥＡＰに基づく形状モーフィングシステム、センシング及び力軽減システムの概略図である。

図３は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、人工装具のライナー又はソケットのためのパッドとして、ＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図４は、例えば、ＥＡＰ層の上側及び下側に導電層を伴う、導電層（複数有り）が画素化可能である、靴のインソールのための、ＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図５は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、柔軟な人工装具のライナー内部のＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した断面図である。

図６は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、柔軟な人工装具のライナー内部の、ＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図７は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、人工装具の硬いソケット内部のＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図８は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、人工装具のライナー又は人工装具のソケット内のバンドとして、ＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図９は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、人工装具のソケット内のバンドとして、ＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図１０は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、人工装具のライナーにおけるバンドとして、ＥＡＰに基づくＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図１１は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、圧縮ブーツとして、ＥＡＰに基づくＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。
Ｐに基づくＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図１２は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、圧縮ブーツとして、ＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した透視図である。

図１３は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、圧縮テープとして、ＥＡＰに基づく形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約した概略図である。

図１４は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、本発明におけるＥＡＰ（本発明におけるＥＡＰサンプルは、ＲａｓＦｌｅｘシリーズである）をＸｅｎｉｔｈ及びＲｉｄｄｅｌｌフットボールヘルメットにおける従来のパッドと比較する落下タワーデータを示すものである。

図１５は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、Ｉｎｓｔｒｏｎ（登録商標） Ｍｏｄｅｌ ４４６６ユニバーサル試験機を１７４９６４Ｎのピーク圧縮力で毎分３ｍｍの速度で使用する、ＥＡＰサンプルＬＡ＿１２の圧縮試験を示すものである。

図１６は、この本文で述べられている１つ以上の実施形態による、ユニバーサル試験機を使用しての５０％の伸張までのＥＡＰサンプルＬＲ＿９７＿ＢＪの環状応力ひずみ試験を示すものである。

１つの態様において、
第１の電極、
第１の電極と対向し第１の電極と離れて隔てられている第２の電極
イオン伝導流体、及び
第１の電極と電気的に接続し第２の電極と流体的に連通している、アクチュエータ
を含み、
第１の電気活性イオン性ポリマーを含む第１の電気活性イオン性ポリマー層、及び
第２の電気活性イオン性ポリマーを含む第２の電気活性イオン性ポリマー層、であって、
第１及び第２の電気活性ポリマーが、電圧の印加により選択され、第２の電気活性イオン性ポリマーのデュロメータ値が、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも高く、
第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層が、第１の電気活性イオン性ポリマー層上に加えられた力を第２の電気活性イオン性ポリマー層へ伝えて軽減されるように配置されているもの、
を含む、電気活性ポリマーに基づくシステムが述べられている。

「デュロメータ値」又は「デュロメータ」という表現は、この本文で使用されているように、材料の硬さの測定値を指し、その数値は、０及び１００の間であり、材料の硬さ又は柔らかさを定める。より高い数値はより硬い材料を示しており、より低い数値はより柔らかい材料を示している。
デュロメータは、典型的に、ポリマー、エラストマー、及びゴムの硬さの測定において使用される。デュロメータは、標準化された圧力足に与えられた力により創られた材料の入れ込みの深さを測定する。ＥＡＰ層のデュロメータ値を決定する標準的な方法は、少なくとも６４ｍｍ厚のＥＡＰサンプルを硬い表面の頂部に置き、圧力足に圧力をかけることによりデュロメータ値を測定するのに使用したデュロメータ装置をＥＡＰの頂部領域に置くことであり、デュロメータははかり上では何も評価しない。デュロメータは、１２スケールで機能する。本発明におけるＥＡＰは、典型的には、ショアＯ及びショアＯＯスケールを使用して計測され、これら比較的柔らかい材料における硬さが決定される。

ある実施形態において、アクチュエータは、第２の電極と隔てられている。ある実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、さらに電気導電支持体又はアクチュエータの表面に沿って処理された又は電気的に接触している導電層を含む。導電支持体又は導電層は、アクチュエータの表面と結合し得る。任意の結合のレベル／様式が、検討されている。

この本文で明らかにされているＥＡＰに基づくシステムが、今図１Ａに関連して、述べられている。図１Ａは、柔軟な封入被膜６に封入された電気活性ポリマー（ＥＡＰ）に基づくシステムを要約したものを示す。ＥＡＰに基づくシステムは、第１の電極２０、第１の電極と対向し第１の電極２０と離れて隔てられている第２の電極２１、流体容器１９内のイオン伝導流体、及び導電層５を通じ第１の電極２０と電気的に接続し第２の電極２１と流体的に連通している１つ以上のＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力の軽減層を含むアクチュエータ３、を含む。ＥＡＰポリマーは、電圧の印加により縮拡するように選択される。流体容器は、ＥＡＰに基づくシステムの任意の他の部分においても配置することができる。ある実施形態において、流体容器１９は、下記に示すように、上側及び下側のＥＡＰ層間にあり得る。ある実施形態において、流体容器１９は、第２のＥＡＰ層又は第２のＥＡＰ層の部分であり得る。

ある実施形態において、これらのＥＡＰｓは、電気活性であるために、湿っている必要及び電解質を含んでいる必要があるため、電気活性材料は、電解質溶液又は電解質ゲル処方でさらに膨張させられ得る。電気活性材料のための他の適した材料及び組成物は、米国特許第８，０８８，４５３号、第７，９３５，７４３号、及び第５，７３６，５９０号、及び米国特許出願第１３／８４３，９５９号及び第１４／４７６，６４６号に述べられており、その内容は、参照により明確に組み入れられる。

ある実施形態において、図１Ａに示されているアクチュエータ３は、
第１の電気活性イオン性ポリマーを含む第１の電気活性イオン性ポリマー層、及び
第２の電気活性イオン性ポリマーを含む第２の電気活性イオン性ポリマー層、
であって、
第１及び第２の電気活性ポリマーが、電圧の印加により縮拡するように選択され、
第２の電気活性イオン性ポリマーのデュロメータ値が、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも高く、
第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層が、第１の電気活性イオン性ポリマー層上に加えられた力を第２の電気活性イオン性ポリマー層へ伝えて軽減されるように配置されている第１及び第２の電気活性ポリマー、
を含む。

この本文で明らかにされている多層ＥＡＰに基づくアクチュエータが、今図１Ｂ及び２に関連して述べられている。図１Ｂは、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）に基づくシステム（左手側）であり、力の軽減のための多くの様式が示されている（右手側）。ＥＡＰに基づくシステムは、２つのＥＡＰ層ｓ（１及び２）を含む。下層のＥＡＰ層２は、架橋密度が高く、それゆえ上層のＥＡＰ層１より高デュロメータである。この多様式／多層ＥＡＰシステムは、ＥＡＰシステムの上方及び下方にセンシング及び形状モーフィングのための導電層（電極と電気的に接続し得る）を有することが可能であり、例えば、柔軟なシリコーン層で封入され得る。下層２（例えば、より架橋した層）は、ヘルメットのために頂部へ、靴のインソールのために足底へ、又はパッドのために本体の任意の部分へ近づき得る。上層（より架橋されていない層）は、外部環境へより近づき得る。下層のＥＡＰ層は、円錐形を有し、及び上層のＥＡＰ層は、相互関係にある形状を有する。この設計により、システムを通してではなく、より多くの力を横方向にそらすことができる。しかしながら、任意の他の公知技術の形状が検討されている。

図２は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）に基づくシステム（左手側）を示しており、軽減のための多くの様式が示されている（右手側）。下層部のＥＡＰ層２は、高い架橋密度であり及びそれゆえ上層のＥＡＰ層１より高デュロメータである。この多様式ＥＡＰシステムは、ＥＡＰシステムの上方及び下方に、センシング及び形状モーフィングのための導電層（電極と電気的に接続し得る）を持つことが可能であり、例えば、柔軟なシリコーン層にされ得る。例えば、下層２（より架橋した層）は、よりヘルメットのために頂部へ、靴のインソールのために足底へ、又はパッドのために本体の任意の部分へ近づき得る。上層１（より架橋していない層）は、外部環境へより近づき得る。この設計により、システムを通してではなく、より多くの力を横方向にそらすことができる。しかしながら、任意の他の公知技術の形状が検討されている。

下層のＥＡＰ層（また第２の電気活性イオン性ポリマー層とも称される）のための形状の限定されない例は、円錐形、半卵形、卵形、シート、パッド、球、シリンダー、コーン、ピラミッド、プリズム、回転楕円体楕円、楕円、長方形プリズム、トロイド、平行６面体、ひし形プリズム及びそれらの組み合わせから成る群から選択される形状を含む。ある実施形態において、上層のＥＡＰ層（また第１の電気活性イオン性ポリマー層とも称される）は、下層のＥＡＰ層の形状と相互関係にある形状を有する。ある実施形態において、２つのＥＡＰ層（１及び２）は、上層１（低デュロメータ値）上に加えられた力が下層（高デュロメータ値）に伝えられて軽減され、力が横方向に分散されるように互いに直接接触し、又は互いに近接している。他の実施形態において、２つのＥＡＰ層（１及び２）は、直接接触してはいないが、柔らかい又は弾力性の層を通して、上層１（低デュロメータ値）上に加えられた力が下層（高デュロメータ値）に伝えられて軽減されるように、柔らかい又は弾力性の層により隔てられている。柔らかい又は弾力性の層は、電解質を通過させ流体の伝達を維持する多孔質であり得る。ある実施形態において、柔らかい又は弾力性の層は、図１Ａで示されている流体容器１９として働き得る。

ある実施形態において、下層のＥＡＰ層（また第２のＥＡＰ層とも称される）は、およそ少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、上層のＥＡＰ層（また第１のＥＡＰ層とも称される）のそれより高いデュロメータ値を有する。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、前記で明らかにされている任意の２つの数で定められる範囲である。

ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ２〜６０、２〜５５、２〜５０、２〜４５、２〜４０、２〜３５、２〜３０、２〜２５、２〜２０、２〜１５、２〜１０、２〜９、２〜８、２〜７、２〜６、２〜５、２〜４、２〜３である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ３〜６０、３〜５５、３〜５０、３〜４５、３〜４０、３〜３５、３〜３０、３〜２５、３〜２０、３〜１５、３〜１０、３〜９、３〜８、３〜７、３〜６、３〜５、又は３〜４である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ４〜６０、４〜５５、４〜５０、４〜４５、４〜４０、４〜３５、４〜３０、４〜２５、４〜２０、４〜１５、４〜１０、４〜９、４〜８、４〜７、４〜６、又は４〜５である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ５〜６０、５〜５５、５〜５０、５〜４５、５〜４０、５〜３５、５〜３０、５〜２５、５〜２０、５〜１５、５〜１０、５〜９、５〜８、５〜７、又は５〜６である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ６〜６０、６〜５５、６〜５０、６〜４５、６〜４０、６〜３５、６〜３０、６〜２５、６〜２０、６〜１５、６〜１０、６〜９、６〜８、又は６〜７である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ７〜６０、７〜５５、７〜５０、７〜４５、７〜４０、７〜３５、７〜３０、７〜２５、７〜２０、７〜１５、７〜１０、７〜９、又は７〜８である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ８〜６０、８〜５５、８〜５０、８〜４５、８〜４０、８〜３５、８〜３０、８〜２５、８〜２０、８〜１５、８〜１０、又は８〜９である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ９〜６０、９〜５５、９〜５０、９〜４５、９〜４０、９〜３５、９〜３０、９〜２５、９〜２０、９〜１５、又は９〜１０である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ１０〜６０、１０〜５５、１０〜５０、１０〜４５、１０〜４０、１０〜３５、１０〜３０、１０〜２５、１０〜２０、又は１０〜１５である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ１５〜６０、１５〜５５、１５〜５０、１５〜４５、１５〜４０、１５〜３５、１５〜３０、１５〜２５、又は１５〜２０である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ２０〜６０、２０〜５５、２０〜５０、２０〜４５、２０〜４０、２０〜３５、２０〜３０、又は２０〜２５である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ２５〜６０、２５〜５５、２５〜５０、２５〜４５、２５〜４０、２５〜３５、又は２５〜３０である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ３０〜６０、３０〜５５、３０〜５０、３０〜４５、３０〜４０、又は３０〜３５である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ３５〜６０、３５〜５５、３５〜５０、３５〜４５、又は３５〜４０である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ４０〜６０、４０〜５５、４０〜５０、又は４０〜４５である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ４５〜６０、４５〜５５、又は４５〜５０である。ある実施形態において、第１及び第２のＥＰＡ層間のデュロメータ値の差は、およそ５０〜６０、５０〜５５又は５５〜６０である。

ある実施形態において、上層のＥＡＰ層（また第１のＥＡＰ層とも称される）は、およそ２〜２５のデュロメータショアＯ値を有する。ある実施形態において、下層のＥＡＰ層（また第２のＥＡＰ層とも称される）は、およそ１５〜６０のデュロメータショアＯ値を有する。

ある実施形態において、下層のＥＡＰ層（また第２のＥＡＰ層とも称される）は、線状モノマー当たり少なくとも１５％体積／質量の架橋剤の架橋密度（例えば、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラートで）及び線状モノマー当たり少なくとも６％体積／質量の架橋剤の架橋密度（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）ジメタクリラートで）を有する。ある実施形態において、上層のＥＡＰ層（また第１のＥＡＰ層とも称される）は、線状モノマー当たり１５％体積／質量未満の架橋剤の架橋密度（例えば、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラートで）及び線状モノマー当たり６％体積／質量未満の架橋剤の架橋密度（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）ジメタクリラートで）を有する。ある実施形態において、下層のＥＡＰ層（また第２のＥＡＰ層とも称される）は、各々架橋剤に対し、上層のＥＡＰ層（また第１のＥＡＰ層とも称される）のそれよりもおよそ１００％、１２５％、１５０％、１６０％、１７５％、１８０％、２００％、２２５％、又は２５０％高い架橋密度を有する。ある実施形態において、架橋密度における小さな変化が、デュロメータといったＥＡＰの物性に大きな変化を引き起こす。

ある実施形態において、第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーは、ポリメタクリル酸、ポリ２−ヒドロキシエチルメタクリラート、ポリ（ビニルアルコール）、イオン化ポリ（アクリルアミド）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリル酸）−ｃｏ−ポリ（アクリルアミド）、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルー１−プロパンスルホン酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（スチレンスルホン酸）、４級ポリ（塩化４−ビニルピリジニウム）、ポリ（塩化ビニルベンジルトリメチルアンモニウム）、スルホン化ポリ（スチレン−ｂ−エチレン−ｃｏ−ブチレン−ｂ−スチレン）、スルホン化ポリスチレン、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される。

ある実施形態において、第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーは、各々ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、１つ以上の架橋ポリマー剤と架橋している。ある実施形態において、第１及び第２の電気活性ポリマーは、第２の電気活性イオン性ポリマーのデュロメータ値が、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも高いものであるように、異なる架橋剤及び／又は架橋剤の組み合わせと架橋している。

ある具体的な実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマーは、最終的なＥＡＰにおいて弾力性を与える、１つ以上の第１の架橋剤と架橋している。エラストマーを生じさせる架橋剤の限定されない例は、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラートを含む。ある具体的な実施形態において、第２の電気活性イオン性ポリマーは、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、第２の架橋ポリマー剤と架橋している。ある具体的な実施形態において、第２の電気活性イオン性ポリマーは、第２の電気活性イオン性ポリマーのデュロメータ値が、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも高いものであるように、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート及びポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、１つ以上の他の架橋剤と架橋している。

ある実施形態において、下層及び上層のＥＡＰ層のうちの１つ又はいずれもが、電極（また第１の電極とも称される）と電気的に接続している導電層と電気的に接触している。ある実施形態において、導電層は、金属、炭素、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される材料から作製される。

ある実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、また第１の電極と対向する第２の電極を含む。ある実施形態において、第１及び／又は第２の電極は、柔軟な屈曲性又は伸縮性の電極である。ある実施形態において、第１及び／又は第２の電極は、スパイラル形又はスプリング形である。ある実施形態において、第１及び／又は第２の電極は、金属、炭素、他の導電材料、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される材料より作製される。簡潔のため、これらの要素、例えば、第１及び第２の電極、導電層は、図１Ｂ及び２には示されていない。

図３は、人工装具のライナー又はソケットのためのパッドとして、ＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約したものを示し、パッドの下層（又は外側）の層１５は、より堅いより形状モーフィングでない（より高架橋密度）ＥＡＰ域を含み、柔軟な被膜６内に封入されている。パッド１４の上層（又は内側の層）は、より柔らかく、はるかに形状モーフィング（より低架橋密度）のＥＡＰ域を含む。代わりに、下層の層１５は、開放セル気泡容器であり得る。さらなる流体貯蔵及び流体の流れのための開放セル気泡容器が存在し得る。２つの層は、導電層５により分けられている。

他の態様において、
１つ以上の 第１の電極、
第１の電極と対向し第１の電極と離れて隔てられている第２の電極、
イオン伝導流体、及び
第１の電極と電気的に接続し及び 第２の電極と流体的に連通しているアクチュエータ
を含み、
電圧の印加により縮拡するように選択された電気活性イオン性ポリマーを含む電気活性イオン性ポリマー層、及び
各々が複数の電気活性イオン性ポリマー層の領域の領域と電気的に連通している複数の孤立した導電領域の配列であって、
複数の孤立した導電領域が、第１の孤立した導電領域と電気的に連通している電気活性イオン性ポリマー層の領域が、独立してアクチュエートされることが可能であるように、他の孤立した導電領域から独立した１つ以上の第１の電極と電気的に連通している、少なくとも１つ以上の第１の孤立した導電領域を含むもの
を含む、電気活性ポリマーに基づくシステムが述べられている。

ある実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、第２の孤立した導電領域と電気的に連通している電気活性イオン性ポリマー層の領域が、第１の孤立した導電領域と連通しているＥＡＰ層における領域とは独立してアクチュエートされることが可能であるように、複数の孤立した導電領域において１つ以上の第２の孤立した導電領域と電気的に連通している、１つ以上の第３の電極をさらに含む。

図４は、例えば、ＥＡＰ層３の下の導電層５（第１の電極に電気的に並び得る）、ＥＡＰ層３の上の導電層３、及び複数の孤立した小さな（画素化された）導電領域の配列を含む、靴のインソールのためのＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約したものを示す。これにより、個別に１つ以上の導電領域に電圧を印加することにより、所望の領域において形状モーフィングすることが可能となる。これは、またステップの数といった単純なセンシングから１つ又はいずれの導電層の画素化を使用する、歩行（ウォーキング及びランニング）の間の、足または足の衝撃の洗練された圧力マップセンシングを可能とさせる。導電層は、炭素に基づく粒子、ファイバー、及び／又は織り、又は金属に基づく粒子、ワイヤ、又はメッシュ、又はそれらの組み合わせであり得る。ＥＡＰｓは、非ニュートン材料（固体及び液体の性質を有する、半固体のヒドロゲルである）であり、また力を軽減し、心地よい、健康的な靴のインソールを与える。

図５は、柔軟な人工装具のライナー内部のＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約したものを示し、ＥＡＰシステムは、完全なフィットのために、形状モーフし、圧力を検知してアルゴリズムを通じて完全なフィットを維持し、特に歩行（ウォーキング及びランニング）の間、良好なクリープ抵抗及び低いヒステリシス効果とともに、きわめて心地よいフィットのために、力を軽減する。

図６は、柔軟な人工装具のライナー内部のＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システム８を要約したものを示し、ＥＡＰシステムは、完全なフィットのために形状モーフし、圧力を検知してアルゴリズムを通じて完全なフィットを維持し、特に歩行（ウォーキング及びランニング）の間、良好なクリープ抵抗及び低いヒステリシス効果とともに、きわめて心地よいフィットのために、力を軽減する。ＥＡＰ縮小、ＥＡＰ拡大のための３方向スイッチを有し得る、及び電気的入力を有さざ得る、バッテリーパック１１がまた示されている。

図７は、人工装具の硬いソケット１２内の戦略的に配置されたパッドとして、ＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システム８を要約した断面図であり、ＥＡＰに基づくパッドは、完全なフィットのために形状モーフし、圧力を検知してアルゴリズムを通じて完全なフィットを維持し、特に歩行（ウォーキング及びランニング）の間、きわめて心地よいフィットのために、良好なクリープ抵抗及び低ヒステリシス効果とともに、力を軽減する。ＥＡＰ縮小、ＥＡＰ拡張のための３方向スイッチを有し得る、及び電気的入力を有さざ得る、バッテリーパック及びスイッチは示されていない。

図８は、人工装具のライナー又は人工装具のソケット内のバンドとして、形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを要約したものを示し、より形状モーフィングのＥＡＰｓ１４（より架橋されていない）及びより形状モーフィングでないＥＡＰｓ１５（より架橋した）又は開放セルフォームのバンド内に交替域が存在する。これは、程度の異なる所望の形状モーフィング能のために異なる域を伴う、ＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減材料を含む人工装具のライナー全体を示すのに拡張され得る。封入、配線、バッテリーパック、及びスイッチは示されていない。

図９は、残肢の周りのフィットを維持するように人工装具のソケット１２の周辺内に置かれたＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを、人工装具の硬いソケット内のＥＡＰバンド１６として、要約したもの示す。配線、バッテリーパック、及びスイッチは示されてない。

図１０は、残肢の周りのフィットを維持するように人工装具のライナーの周辺内に置かれた形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを、人工装具のライナー７におけるＥＡＰバンド１６として、要約したものを示す。配線、バッテリーパック、及びスイッチ示されてない。

図１１は、ＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを、圧力ブーツとして要約したものを示し、導電層５及びＥＡＰ層３を含む１つ以上のＥＡＰに基づくシステムの層が、すべて封入されているが、足及び／又は脚を圧縮する。これは、周縁の波のようなパターン（複数有り）で足及び／又は脚を圧縮し、マッサージ及び肢からの過剰な流体を中心の体に向けて押すようにプログラムすることが可能である。

図１２は、複数のＥＡＰに基づく域８を含む、ブーツ内の域において、ＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを、圧縮ブーツとして要約したものを示し、ＥＡＰに基づく域８の各々は導電層を含み、すべて封入されており、ＥＡＰ層は足及び／又は脚を圧縮する。
これは、周縁の波のようなパターン（複数有り）で足及び／又は脚を圧縮し、マッサージ及び肢からの過剰な流体を中心の体に向けて押すようにプログラムすることが可能である。

図１３は、ＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システムを圧縮テープとして要約したものを示し、導電層５及びＥＡＰ層３を含むＥＡＰに基づくシステムの１つ以上の層は、すべて封入されているが、動的な圧縮テープ又は包帯を創り出す。これは、周縁の波のようなパターン（複数有り）で足及び／又は脚を圧縮し、マッサージ及び肢からの過剰な流体を中心の体に向けて押すようにプログラムすることが可能である。

１− より柔らかいデュロメータの電気活性ポリマー（ＥＡＰ）層
２− より堅いデュロメータのＥＡＰ層
３− １つ以上のＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減層を含むアクチュエータ
４− 小さな（画素）導電領域
５− 導電層
６− 柔軟な被膜（封入されている）
７ 周囲の柔軟な人工装具のライナー
８− 要約したＥＡＰ形状モーフィング、センシング及び力軽減システム
９ 人の残肢
１０− 柔軟な又は屈曲性の電極（複数有り）
１１− バッテリーパック
１２− 硬いソケット
１３− 標準的な柔軟な人工装具のライナー
１４− より柔らかくより形状モーフィングなＥＡＰ域
１５− 開放セルフォーム又はより堅いより形状モーフィングでないＥＡＰ域
１６− ＥＡＰバンド
１７− 反対の荷電導電電極層
１８− 圧縮ブーツの外部の硬いコンポーネント
１９− 電解質を含む流体容器
２０− 第１の電極
２１− 第２の電極

電気活性ポリマー
ある実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマーは、第１の架橋ポリマー鎖と架橋している。ある具体的な実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマーは、エラストマーのポリマー鎖である。エラストマーのポリマー鎖の限定されない例は、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）鎖、及びポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖を含む。ある具体的な実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマーは、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖及び第１の架橋ポリマー剤とは異なる第２の架橋ポリマー剤を含む第１の架橋ポリマー剤と架橋している。ある実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマーは、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖及び第１の架橋ポリマー剤とは異なる第２の架橋ポリマー剤を含む、第１の架橋ポリマー剤と架橋している。この本文で述べられているように、第１の電気活性イオン性ポリマーは、第１の架橋ポリマー鎖及び第１の架橋ポリマー剤とは異なる第２の架橋ポリマー剤と架橋し得る。ある実施形態において、第１の架橋ポリマー剤は、弾力性の特徴を有する。第１の架橋ポリマー剤の限定されない例は、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラートポリマー鎖を含む。ある実施形態において、第２の架橋ポリマー剤は、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパン、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される。ある実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマー材料は、メタクリル酸のポリマー、メタクリル酸のコポリマー及びカリウム又はナトリウム塩といったメタクリルアセタート塩、他のイオン含有ポリマー又はコポリマー、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される。

それゆえ、これらの実施形態において、電気活性ポリマーは、多様式であり得る。これらの実施形態において、第１の電気活性イオン性ポリマーは、２つ以上の架橋ポリマー剤を含み、１つより多くの所望の特性を有し得る。ある具体的な実施形態において、該特性は、抵抗、弾力性、強固性、形状モーフィング能、形状記憶性及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、１つ以上の特性である。第１及び第２の架橋ポリマー剤とは異なる、第３及び／又は第４の架橋ポリマー剤の使用がさらに検討されている。すなわち、電気活性ポリマーは、第１、第２、及び第３の架橋ポリマー剤とは異なる第４の架橋ポリマー剤をさらに含み得る。

ある実施形態において、第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーが述べられている。第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーは、１つ以上のイオン含有モノマー又は１つ以上のイオン可能な基を含む一般的に任意のポリマーであり得る。ある実施形態において、第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーは、メタクリル酸といったイオン含有モノマーであり、また２−ヒドロキシエチルメタクリラートといった非イオン性のモノマー、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、又は架橋剤の組み合わせといった、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート又は他の適した架橋剤と架橋したポリマーを含み得る。他の電気活性ポリマーは、電気活性材料として又はポリ（ビニルアルコール）、イオン化ポリ（アクリルアミド），ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリル酸）−ｃｏ−（ポリ（アクリルアミド）、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（スチレンスルホン酸）、４級ポリ（塩化４−ビニルピリジニウム）、ポリ（塩化ビニルベンジルトリメチルアンモニウム）、スルホン化ポリ（スチレン−ｂ−エチレン−ｃｏ−ブチレン−ｂ−スチレン）、スルホン化ポリ（スチレン）、又は移動、拡張、縮小、カール、屈曲、バックリング、波打ちにより電気に反応する材料といった、電気活性材料のコンポーネントとして、使用され得る。好ましい電気活性材料は、モノマーのメタクリル酸、重合及び架橋されたもの、好ましくは、１モル当たり数平均分子量３００グラム程度を有する架橋剤のポリ（エチレングリコール）ジメタクリラートと架橋されたもの、メタクリル酸に対し０．７８モルパーセント未満といった低度でポリ（エチレングリコール）ジメタクリラートと架橋されたもの、好ましくは、メタクリル酸に対し０．３１〜０．４４モルパーセントのポリ（エチレングリコール）ジメタクリラートの範囲で架橋されたものを含む。ある実施形態において、重合に先立ち、モノマー及び架橋剤は、イオン含有モノマー（複数有り）と混和性又は互換可能な溶媒で希釈される。ひとたび重合及び架橋されると、電気活性材料は、電解質溶液又は電解質ゲル処方でさらに膨張し得る。電気活性材料のための他の適した材料及び組成物は、米国特許第８，０８８，４５３号、第７，９３５，７４３号、及び第５，７３６，５９０号及び米国特許出願第１３／８４３，９５９号及び第１４／４７６，６４６号に述べられており、その内容は参照により明確に組み入れられる。

ある実施形態において、好ましくは架橋の程度の異なる電気活性ポリマーを含む架橋処方に関するものである、異なる処方は、人工装具のライナー又は他のアクチュエート又は空間充填システムの異なる領域に使用され、必要とされているように、程度の異なる、柔らかさ、硬さ、形状モーフィングを与え得る。ある実施形態において、多重架橋戦略が使用されて、広範囲の衝撃シナリオを超えての多様式及び衝撃耐性を与え、典型的な使用由来の繰り返しの衝撃に耐えることが可能となっている。

さらに他の態様において、この本文で明らかにされている１つ以上の形状モーフィングシステムを含むアクチュエーション装置が述べられており、その中では第１の電極への電圧の印加により、第１の電気活性イオン性ポリマーが縮拡して、第１の位置から第２の位置へ、アクチュエーション装置の少なくとも一部を動かすアクチュエーション力を発生するように配置されている。

ある実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、また第１及び／又は電気活性イオン性ポリマーとイオン的に連通している導電性強化材料を含む。ある実施形態において、導電性強化材料は、溶媒、電解質溶液、電解質ゲル処方、炭素粒子、導電性ファイバー、前記織り、前記フェルト、前記ナノ粒子、前記ナノチューブ、金属イオン、塩、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される。ある実施形態において、ＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムにおける電解質は、１族イオン及び７族イオンを含むグループ、１族イオン及び硫酸塩又は他のアニオン性対イオンを含むグループ、２族イオン及び硫酸塩又は他のアニオン性対イオンを含むグループ、及びそれらの組み合わせのうちのものであり得る。ＥＡＰｓの電解質溶液コンポーネントにおける非７族イオンは、これらのＥＡＰｓが電気的に活性化され、１．２３Ｖの電気泳動閾値を上回った際に酸素ガスを放出するという利点を有する。人工装具のライナー又は硬いソケット内での少量の酸素の表出は、圧縮ブーツ内で処理されて、残肢の皮膚に治療的処置的であり、足及び／又は脚の皮膚に非常に治療的処置的であり得る。標準的な燃料セルは、水素及び酸素を必要とし、水を放出し、エネルギーを供給する。本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、湿った状態で最も良好に作動し、それゆえ水を必要とし、電気的入力でアクチュエートする。

ある実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、さらに電源を含む。ある実施形態において、該電源は充電可能又は充電不可能なバッテリーパックである。ある実施形態において、１．２３Ｖの電気泳動閾値を上回るところで、これらのＥＡＰｓは、水素及び酸素を放出し得る。１．２３Ｖの電気泳動閾値を上回るＥＡＰアクチュエーションは、本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムのエネルギー効率的なアクチュエーションのための燃料セル（複数有り）との抱き合わせを可能にし得る。

ある実施形態において、電気活性ポリマーに基づくシステムは、ファイバー、バルク、スラブ、バンドル、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される形態である。

本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、理想的に衝撃軽減に適している。というのも、これらＥＡＰｓは、純水な固体又は純水な液体のいずれでもないためである。材料の半固体組成物及び粘弾性及び軽減特性のために、これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、非ニュートン挙動を示す。図１４は、本発明（本発明におけるＥＡＰサンプルは、ｔｈｅ ＲａｓＦｌｅｘシリーズである）のＥＡＰｓを、従来のＸｅｎｉｔｈ及びＲｉｄｄｅｌｌフットボールヘルメットのパッドと比較する、落下タワーデータを示す。高衝撃の４足衝撃体落下に由来するＲａｓＦｌｅｘＳＨ１８−２２の優れた性能データに注目されたい。衝撃試験から、直接的に素材を通じての衝撃力の軽減に加え（図１４）、２０×２０×２．５ｃｍサンプルが、また明瞭な波のような挙動で、力を横方向に伝搬し、それが高速写真を利用して観測されている。本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムを使用したヘルメットパッドの構造は、また動き始めることが可能であり、本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムの異なる層又は領域は、同一のＥＡＰに基づくシステム（図１）内での直接的な衝撃をかすめるような衝撃に変えることが可能であり得る。異方性を含む、形状化、層化アプローチは、潜在的に、パッドを通じて衝撃力を軽減し、同時に、和らげ又は衝撃力を横方向に拡げる、いずれの能力も備えたＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムを与える。設計におけるナノレベルの考慮及びこれらＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムの製造は、入る衝撃に対する潜在的形状モーフィングのための電気的アクチュエーションの速度を向上させることが可能である。

繰り返しの設計−試験−再設計−再試験のサイクルにおいて、種々の固さの本発明におけるＥＡＰサンプル（図１４におけるＲａｓ Ｆｌｅｘシリーズ）を開発し、およそ２．５又は４．２ｍ／ｓで落下タワー衝撃に曝した。衝撃体は、ある高さからしっかりと固定されたパッド標本上へと落下させられるシリンダー状の衝撃面を有する、５ｋｇの台車から成る。比較のため、前記試験手順を市販のヘルメット（Ｒｉｄｄｅｌｌ及びＸｅｎｉｔｈ）由来のフットボールヘルメットパッド（Ｒｉｄｄｅｌｌ及びＸｅｎｉｔｈ）で行い、それはＮＦＬで使用されていること及びヘルメットの試験において高いランキングにあるため（Ｖｉｒｇｉｎｉａ Ｔｅｃｈ， ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｅａｍ．ｖｔ．ｅｄｕ／ｈｅｌｍｅｔ／ｈｅｌｍｅｔｓ＿ｆｏｏｔｂａｌｌ．ｐｈｐ）に選択された。ＲａｓＦｌｅｘＳＨ１８−２２ ＥＡＰ処方は、２足落下（〜２．５ｍ／ｓ）でｔｈｅ Ｒｉｄｄｅｌｌ及びＸｅｎｉｔｈパッドに匹敵する衝撃軽減を与え、４足からの落下（〜４．２ｍ／ｓ）では、よりよい軽減を与えたということは注目されたい。落下試験を、また以前に−７９℃まで凍結させて室温まで戻したサンプル上で、０°Ｃでサンプル上で、４０°Ｃでサンプル上で、及び１００°Ｃまで加熱し室温まで戻したサンプル上で行った。落下試験における性能又は材料の構造への損傷は観測されなかった。ＥＡＰ ＲａｓＦｌｅｘサンプルを、また低度の衝撃（９０８Ｎで１２００衝撃、０．１ｓ持続三角波、衝撃間３０秒の待機時間を伴う）に繰り返し曝したところ、２．４及び４．５ｍ／ｓでの落下試験前後での材料への損傷、及び差異は見られなかった。さらに、本発明におけるＥＡＰ及びＥＡＰシステムは、相対湿度４０％〜１００％の範囲内で十分に作動し、無被履でさえも、Ｒａｓ Ｌａｂｓスマート材料は、海水といった塩水溶液を含む、水中において十分に作動する。パッド又はライナーとして使用するために、これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、医療用グレードのシリコーンといったもので被履される。

本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、可変抵抗であり、高衝撃（図１４）から穏やか圧力（図１５）まで機械的な圧力を検出することが可能である。図１５は、図１４よりはるかに穏やかな機械的圧力下でのこれらＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムの検出能を示す。ＥＡＰサンプルＬＡ＿１２の圧縮検出を、Ｉｎｓｔｒｏｎ（登録商標）Ｍｏｄｅｌ ４４６６ユニバーサル試験機を、１７４．９６４Ｎのピーク圧縮力で毎分３ｍｍの速度で使用することで決定した。プレ−トが接触間際になると、自動停止が圧力間の解放を与え、そのことが観測された（図１５）。ＥＡＰ上の圧力を追跡するために、導電層が、圧縮試験間のリアルタイム分析及びデータの捕捉のためにラップトップコンピュータと接続しているＡｒｄｕｉｎｏ（登録商標）マイクロプロセッサーに取り付けられた配線と共に、ＥＡＰの上部及び下部に取り付けられている。人工装具及びロボットいずれに対しても、失われているものは、われわれが接触として認識しているところの機械的圧力のような感覚的なフィードバックを与える、簡便で、合理化されたシステムである。本発明におけるＥＡＰｓ及びＥＡＰｓは、形状モーフィング、良好なセンシング能（穏やか接触から高衝撃まで）、及び力の軽減を与える。

形状モーフィング、センシング及び力の軽減能力に加え、本発明のＥＡＰｓ及びＥＡＰｓは、また良好なクリープ抵抗及び良好な弾力性、及び低ヒステリシス効果を与える（図１６）。クリープ抵抗及びヒステリシス効果は、現在市場にある標準的なライナー材料のものより良好である。これらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムにおけるこの性質は、人工装具のライナーにおいて（又は人工装具のライナーとして）及び硬いソケットのためのパッドにおいて、材料の非常に良好な弾性反発を与え、特に歩行（ウォーキング及びランニング）の間、切断患者に対して向上した心地よさを与えることとなる。

このＥＡＰに基づく薄いフィルムは、例えば、ロボット又は人工装具の腕上での圧力フィードバック（接触）のためのセンシング「皮膚」として、多くの他のアプリケーションに適用され得る。本発明におけるこれらのＥＡＰｓ及びＥＡＰに基づくシステムは、また例えば、ロボット又は人工装具の手の「指先」といった、センシングパッドとして、使用され得る。ロボットの手は、グリッパー又は末端エフェクターとして、また知られている。人工装具又はロボットの腕又は手のための覆いとして、圧力を検知することに加え、皮膚のように、覆いは、また形状モーフィングであり得、基本となる領域は、手又は腕を作るリンク機構に取り付けられており、検知すること及び生命のようにみえることに加え、ＥＡＰに基づく覆いは、また消極的な重りではなく、所望の動きと共に手助けし、それゆえ単独で、又は従来の人工装具及びロボットの手及び腕と組み合わせて（ハイブリッドアプローチ）、筋肉として作用する。

Claims (31)

1. 第１の電極、
   第１の電極と対向し第１の電極と離れて隔てられている第２の電極、
   イオン伝導流体、及び
   第１の電極と電気的に接続し第２の電極と流体的に連通しているアクチュエータ、
   を含み、
   第１の電気活性イオン性ポリマーを含む第１の電気活性イオン性ポリマー層、及び
   第２の電気活性イオン性ポリマーを含む第２の電気活性イオン性ポリマー層、であって、
   該第１及び第２の電気活性ポリマーが、電圧の印加により縮拡するように選択され、
   第２の電気活性イオン性ポリマーのデュロメータショアＯ値が、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも高く、
   第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層が、第１の電気活性イオン性ポリマー層上に加えられた力を第２の電気活性イオン性ポリマー層に伝えて軽減されるように配置されているもの、
   を含む、電気活性ポリマーに基づくシステム。
2. 前記第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層が、互いに直接接触している又は互いに近接している、請求項１に記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
3. 前記第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層が、柔らかい又は弾力性のある層により分離されている、請求項１に記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
4. 前記第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層間のデュロメータショアＯ値の差が、およそ２〜６０である、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
5. 前記第１の電気活性イオン性ポリマーが、線状モノマー当たり、少なくともおよそ１．５％〜６．０％体積／質量の架橋剤の架橋密度を有する、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
6. 前記第２の電気活性イオン性ポリマーが、線状モノマー当たり、およそ１．５％未満の体積／質量の架橋剤の架橋密度を有する、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
7. 前記第２の電気活性イオン性ポリマーが、第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも、各架橋剤について、およそ０．５０％、０．７５％、１．００％、１．２５％、１．５０％、１．６０％、１．７５％、１．８０％、２．００％、２．２５％、又は２．５０％高い架橋密度を有する、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
8. 前記第２の電気活性イオン性ポリマー層が、円錐形、半卵形、卵形、シート、パッド、球、シリンダー、コーン、ピラミッド、プリズム、回転楕円体楕円、楕円、長方形プリズム、トロイド、平行６面体、ひし形プリズム形及びそれらの組み合わせから成る群から選択される形状を有する、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
9. 前記第２の電気活性イオン性ポリマー層が、円錐形、半卵形、卵形、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される形状を有する、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
10. 前記第１の電気活性イオン性ポリマー層が、第２の電気活性イオン性ポリマー層の形状と相互関係にある形状を有する、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
11. 前記アクチュエータ及び第１の電極と電気的に接触している１つ以上の導電層をさらに含む、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
12. 前記電気活性ポリマーに基づくシステムが、各々前記第１及び第２の電気活性イオン性ポリマー層と電気的に接触している、第１及び第２の導電層を含む、請求項１１に記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
13. 前記導電層が、複数の導電領域の配列を含む、請求項１１に記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
14. 前記第１及び第２の電気活性イオン性ポリマーと流体的に連通し、前記第２の電極と接続している流体容器をさらに含む、先行請求項のいずれか１つに記載の、電気活性ポリマーに基づくシステム。
15. 前記流体容器が、前記第２の電気活性イオン性ポリマー層中にある、請求項１４に記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
16. 前記第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーが、各々独立して、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸２−ヒドロキシエチル、ポリ（ビニルアルコール）、イオン化ポリ（アクリルアミド）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリル酸）−ｃｏ−（ポリ（アクリルアミド）、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルー１−プロパンスルホン酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（スチレンスルホン酸）、４級ポリ（塩化４−ビニルピリジニウム）、ポリ（塩化ビニルベンジルトリメチルアンモニウム）、スルホン化ポリ（スチレン−ｂ−エチレン−ｃｏ−ブチレン−ｂ−スチレン）、スルホン化ポリ（スチレン）、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
17. 前記第１及び／又は第２の電気活性イオン性ポリマーが、各々、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、１つ以上の架橋ポリマー剤と架橋している、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
18. 前記第１の電気活性イオン性ポリマーが、１つ以上の、エラストマーである又は弾力性を与える第１の架橋ポリマー剤と架橋している、先行請求項のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
19. 前記第１の架橋ポリマー剤が、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）ジメタクリラート鎖を含む、請求項１８に記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
20. 前記第２の電気活性イオン性ポリマーが、ポリ（ジメチルシロキサン）ジメタクリラート、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリラート鎖、エチレングリコールジメタクリラート、１，１，１−トリメチロールプロパントリメタクリラート、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、第２の架橋ポリマー剤と架橋しているものであって、
    前記第２の電気活性イオン性ポリマーが、前記第１の電気活性イオン性ポリマーのそれよりも高い程度で架橋している、請求項１８〜１９のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
21. １つ以上の第１の電極、
    第１の電極に対向し第１の電極と離れて隔てられている第２の電極、
    イオン伝導流体、及び
    第１の電極と電気的に接続し第２の電極と流体的に連通しているアクチュエータ、
    を含み、
    電圧の印加により縮拡するように選択された電気活性イオン性ポリマーを含む、電気活性イオン性ポリマー層、及び
    各々が、複数の電気活性イオン性ポリマー層の領域と電気的に連通している、複数の孤立した導電領域の配列であって、
    該複数の孤立した導電領域が、第１の孤立した導電領域と電気的に連通している電気活性イオン性ポリマー層の領域が独立してアクチュエートされることが可能であるように、他の孤立した導電領域から独立した１つ以上の第１の電極と電気的に連通している、少なくとも１つ以上の第１の孤立した領域を含むもの
    を含む、電気活性ポリマーに基づくシステム。
22. 前記電気活性ポリマーに基づくシステムが、さらに１つ以上の第３の電極を含み、
    複数の孤立した導電領域が、第２の孤立した導電領域と電気的に連通している、電気活性イオン性ポリマー層の領域が独立してアクチュエートされることが可能であるように、他の孤立した導電領域とは独立した１つ以上の第３の電極と電気的に連通している、少なくとも１つ以上の第２の孤立した導電領域を含む、
    請求項２１に記載の電気活性ポリマーに基づくシステム。
23. 患者の肢を取り囲み又は内部の義肢の周辺に合わせるように配置されている柔軟な層、及び
    柔軟な層に埋め込まれ及び患者の肢を固定又ははめこむように配置されている、先行請求項のいずれか１つに記載の少なくとも１つの電気活性ポリマーに基づくシステム
    を含む、人工装具又は人工装具のソケット内に肢を固定するためのライナー。
24. 前記柔軟な層が、シリコーン製である、請求項２３に記載のライナー又は人工装具のソケット。
25. 前記ライナー又は人工装具のソケットが、先行請求項のいずれか１つに記載の、及び柔軟な層に埋め込まれている、複数の電気活性ポリマーに基づくシステムを含むものであって、
    該電気活性ポリマーに基づくシステムが、流体的に互いに孤立しており、その肢を固定するように患者の肢の周りに配置されているもの、
    を含む、請求項２３又は請求項２４に記載のライナー又は人工装具のソケット。
26. 義肢が硬い本体を有し、前記第１の電極に電圧を印加することで、前記アクチュエータが、患者の肢へ向かう硬い本体に対して拡張するように配置されている、請求項２３〜２５のいずれか１つに記載のライナー又は人工装具のソケット。
27. 請求項１〜２２のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステムを含む、靴のインソール。
28. 請求項１〜２２のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステムを含む、防具。
29. 前記防具が、ヘルメットである、請求２８に記載の防具。
30. 請求項１〜２２のいずれか１つに記載の電気活性ポリマーに基づくシステムを含む、圧縮装置。
31. 前記圧縮装置が、糖尿病患者のための圧縮ブーツ、外傷患者のための軍事用耐衝撃ズボン（ＭＡＳＴ、また空気圧式耐衝撃ガーメント（ＰＡＳＧ）とも呼ばれる）、圧縮包帯、圧縮テープ、又は圧縮治療的処置である、請求項３０に記載の圧縮装置。