JP2021518730A - 電気活性材料に基づくアクチュエータデバイス - Google Patents

Abstract

電気活性材料のアクチュエータは、１つの縁部（１２）に沿ってクランプされ、上記の縁部に平行な第１の軸（２１）を中心とした、及び／又は、上記の縁部に垂直な第２の軸を中心としたプレベンドを有する。アクチュエータは、２０％未満だけ異なる第１及び第２の軸に沿った膨張係数で膨張する。この等方性（又はほぼ等方性の）膨張と、装置の主軸の少なくとも１つ（すなわち、アクチュエータの一般平面を形成する軸）を横切るプレベンドとの組み合わせは、様々なさらなる動作特性を生じさせる。

Description

本発明は、電気活性ポリマー等の電気活性材料を利用するアクチュエータデバイスに関する。

電気活性ポリマー（ＥＡＰ）は、電気応答性材料の分野における新興階級の材料である。ＥＡＰは、センサ又はアクチュエータとして機能することができ、様々な形状に容易に製造することができ、多種多様なシステムへの容易な統合を可能にしている。

過去１０年間に著しく改善された作動応力及び作動歪み等の特徴を有する材料が開発されてきた。テクノロジーリスクは製品開発において許容可能なレベルまで低減されているため、ＥＡＰは、商業的且つ技術的に関心が高まってきている。ＥＡＰの利点には、低電力、小さいフォームファクタ、柔軟性、ノイズレス動作、精度、高解像度の可能性、高速応答時間、及び周期的作動が含まれる。

ＥＡＰ材料の改善された性能及び特定の利点によって、新たな用途への適用性が生じている。

ＥＡＰ装置は、電気的作動に基づき、構成要素又は機構の少量の動きが所望されるいかなる用途においても使用することができる。同様に、この技術は、小さな動きを感知するために使用することができる。

ＥＡＰの使用によって、以前は可能ではなかった機能が可能になり、又は、一般的なアクチュエータと比較して、小体積又は薄いフォームファクタにおける比較的大きな変形及び力の組み合わせにより、一般的なセンサ／アクチュエータの解決策よりも大きな利点が提供される。ＥＡＰは、ノイズレス動作、正確な電子制御、高速応答、及び０〜２０ｋＨｚ等の広範囲の可能な作動周波数も与える。

電気活性ポリマーを使用する装置は、電場駆動型（ｆｉｅｌｄ−ｄｒｉｖｅｎ）材料及びイオン駆動型材料に細分化することができる。

電場駆動型ＥＡＰの例は、誘電エラストマー、電歪ポリマー（ＰＶＤＦベースのリラクサポリマー又はポリウレタン等）、及び液晶エラストマー（ＬＣＥ）である。

イオン駆動型ＥＡＰの例は、共役ポリマー、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ポリマー複合材、及びイオン性高分子金属複合材（ＩＰＭＣ）である。

電場駆動型ＥＡＰは、直接的な電気機械結合を介して電場によって作動され、イオン性ＥＡＰに対する作動機構は、イオンの拡散を含む。どちらのクラスも複数のファミリーメンバーを有し、それぞれが、独自の利点及び欠点を有している。

図１及び２は、ＥＡＰ装置に対する２つの可能な動作モードを示している。

この装置は電気活性ポリマー層１４を含み、電気活性ポリマー層１４は、その両側にある電極１０、１２の間に挟まれている。

図１は、クランプされていない装置を示している。電圧を使用して、示されている全ての方向において電気活性ポリマー層を膨張させている。

図２は、膨張が１つの方向においてのみ生じるように設計された装置を示している。この装置は、キャリア層１６によって支持されている。電圧を使用して、電気活性ポリマー層を曲げさせているか又は湾曲させている。

この動きの性質は、例えば、作動されると膨張する活性層と受動性のキャリア層との相互作用から生じる。示されているような軸のまわりの非対称の湾曲を得るために、例えば、分子配向（フィルム延伸）を適用して、１つの方向における動きを強制することができる。

１つの方向における膨張は、電気活性ポリマーにおける非対称性から生じてもよく、又は、キャリア層の特性における非対称性から生じてもよく、又はその組み合わせから生じてもよい。

図１及び２における電極は、例えば、電場駆動型装置のための電場を生成する。図３は、電流駆動型イオン性装置の一例を示している。この作動機構は、イオンの拡散及び／又は電気化学的な酸化及び還元を含む。図３は、イオン性高分子金属複合材（ＩＰＭＣ）の構造を示している。固定されたアニオン３０、移動可能なカチオン３２、及びカチオンに結合して水和カチオンを形成する水分子３４がある。これらは、印加された作動信号に応答して動く。

ＥＡＰアクチュエータは、典型的には、ベンディングアクチュエータとして形成され、例えば、第１の縁部においてクランプされ、アクチュエータがその縁部から突出していてもよい。次に、突出部は、作動に応じて曲がり、作動部は、例えば、離れた先端である。ダブルクランプ構成は、対向する縁部においてクランプされ、作動に応じて湾曲させられる。従って、作動部は、例えば、その構造の中央部である。

これらの構成は、特定の動作モードを設計する自由をほとんど与えず、例えば、簡単な方法で剛性又は動作の速度を調整することは困難である。

特許文献１は、所望の曲がり軸に垂直な軸を中心としてプレベンド（ｐｒｅ−ｂｅｎｄ）が形成されたベンディングアクチュエータを開示している。アクチュエータは、所望の曲がり軸を中心としてのみ曲がるように制限される。その結果、曲がりの間にねじれが形成され、これが作動応答を変化させる。

これは、１つのさらなる作動応答を提供するが、アクチュエータ設計の汎用性を改善するために、他の作動モードが提供される必要性が残る。

米国特許出願公開第２００２／０１７５５９４号 国際公開第２０１６／１９３４３２号

従って、電気活性材料のアクチュエータのさらなる動作モードが必要である。

少なくとも部分的に上述の必要性を満たすことが本発明の目的である。この目的は、独立請求項によって定められる装置及び方法によって少なくとも部分的に達成される。従属請求項は、有利な実施形態を提供する。

本発明の一態様に従った例によると、装置が提供され、当該装置は：
− 板状構造体及び第１の縁部を含む電気活性材料のアクチュエータユニット；
− 電気活性材料のユニットの第１の縁部がクランプされる支持体であり、第１の縁部の端は、仮想の直線状のエッジラインの終点を画定する、支持体；
を含み、
アクチュエータユニットは：
− 上記の仮想のエッジラインに平行な第１の軸を中心とした、及び／又は、上記の仮想のエッジラインに垂直な第２の軸を中心としたプレベンドを有し、
− ２０％未満だけ異なる第１の軸及び／又は第２の軸に沿った膨張係数で膨張するように適応している。

この装置は、アクチュエータユニットを１つの縁部（第１の縁部と呼ばれる）に沿って支持体にクランプさせている。アクチュエータユニットは、その第１の縁部から突出している。アクチュエータがそのリラックス状態で平らにならないように、プレベンドが存在している。プレベンドは、第１の縁部に平行及び／又は第１の縁部に垂直（或いは、より正確には、第１の縁部自体がプレベンドを含み得るため、第１の縁部の終点の間に引かれた仮想の直線に平行又は垂直）な軸を中心としている。従って、クランプされたときの縁部が予め曲げられていない場合、仮想の直線は、実際のクランプされたエッジラインと重なる。

プレベンドは、カールした形状を形成するとして考慮され得る。第１の縁部に沿って、１つの方向の曲げがあってもよいが、複数の方向の曲げもあってよい。

アクチュエータは、作動されると面内で等方的に又はほぼ等方的に膨張する。従って、プレベンドを横切って、並びに、プレベンドの軸に沿って膨張が存在する。これら２つの膨張方向の異なる効果は、プレベンドとの相互作用に基づき、特に異なる剛性挙動及び異なる応答速度を有する異なる曲げモードが設計されるのを可能にする。等方性膨張は、作動後に曲げ半径を増加させるように作用し、これは、次に、直交方向を中心とした曲げに対する剛性を減少させる。アクチュエータは、複数の平均曲率を有する（すなわち、方向によって異なる半径を有する）ことができる。

アクチュエータユニットは、板状又はシート状の形状を有する。これは、支持体に取り付けられた（クランプされた）ときに少なくとも１つの方向においてプレベンドを有するため、完全に平らであることを意味するものではない。ユニットは、特定種類の外周形状（外形）を有してもよく、例えば、長方形又は正方形であってもよい。このユニットは、平らなシートからの（キンクのない）変形によって形成され得るという点で、板状である。変形は、ユニットを支持体にクランプするとき又はクランプすることを介して加えられてもよい。板は、全体的に多かれ少なかれ平らな外観を有する予め曲げられた板として見ることができ、例えば、最大横方向寸法（例えば、対角線）の４０％未満、例えば２５％未満、及び例えば１０％未満のリラックス状態にある完全に平らなものからの厚さ変動を有する。従って、例えば、上面から見られた場合の板は、凹面又は凸面の形状を有し得る。

第１の縁部は、支持体に接続されるところで直線状であってもよい。その縁部に平行な軸を中心としてプレベンドがある場合、縁部はいずれの場合も直線状である。しかし、縁部に垂直な軸を中心としてプレベンドがある（従って、縁部は曲げられる）場合でさえも、縁部は、支持体に接続されるところで真っすぐにされてもよい。従って、アクチュエータは、縁部から先端まで一定の断面形状をもはや有しないが、代わりに、プレベンドは不均一であり、（真っすぐになるように強制される）縁部から、プレベンドが適切な位置にある離れた先端まで進展する。

第１の縁部は、代わりに、支持体に接続されるところで曲げられてもよい。特に、縁部に垂直な軸を中心としてプレベンドがある場合、縁部は自然な湾曲を有し、これは、支持体への接続部において保たれる。この場合、第１の縁部の外端の間に引かれた仮想の線は、曲がり軸等の軸に対する配向基準（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）として使用されてもよい。

外形（外周形状）は、好ましくは、長方形である。

長方形は、例えば０．１から１００等、任意の長さ対幅比を有してもよい。しかし、一組の例では、長方形は、２以下の長さ対幅比を有する。これは、特に、両方の軸を中心としたプレベンドと組み合わせた場合に、高速の応答速度を生成するのに特に適していると分かった。長方形は、１以下の長さ対幅比さえも有してよい。

上記の又はそれぞれのプレベンドは、例えば、５ｍｍから５０ｍｍの範囲の半径を有する。

アクチュエータユニットは、１つの軸のみを中心としたプレベンドを有してもよく、又は、第１の軸及び第２の軸を中心としたプレベンドを有してもよい。

典型的には、一方のプレベンドは、他方のプレベンドとは非常に異なる曲率半径を有する。この構成は、スナップスルー挙動を可能にし得る。曲げに対する抵抗は、１つの軸を中心とした曲率が（等方性膨張により）閾値を下回る場合に段階変化を観測する。従って、もう一方の軸を中心とした曲げが、はるかに容易になる。

例として、より大きな半径（より平ら）のプレベンドの半径に対するより小さな半径（よりタイト）のプレベンドの半径の比は、０から０．１等、０から０．５の範囲にあってもよい。

より小さな半径のプレベンドは、例えば、アクチュエータの幅方向にわたる。

これは、ある程度の双安定性を有する動作を可能にし、アクチュエータのマトリクスアレイの制御において用途を有することができる。

電気活性材料のアクチュエータユニットは、１つの方向において作動された場合には、反対の方向において作動された場合と比較して、異なる剛性を有してもよい。これは、両方のプレベンドを組み合わせることによって達成することもできる。一方の軸を中心とした湾曲は、もう一方の軸を中心とした所望の曲げに抵抗し、１つの方向（例えば、駆動信号の１つの極性）において作動された場合にアクチュエータをより剛性にすることができるが、一方の軸を中心とした湾曲は、他の方向（例えば、駆動信号の反対の極性）において作動された場合にアクチュエータの剛性を小さくする。

第１の軸を中心とした及び／又は第２の軸を中心としたプレベンドは、位置によって変わる曲率半径を有してもよい。従って、均一の曲げは必須ではない。

電気活性材料のアクチュエータユニットは、電流駆動型アクチュエータであってもよい。これらは、低電圧装置として実行されてもよいが、遅い応答時間を被ることがある。等方性作動によるプレベンドの使用によって、改善された応答時間が達成されるのが可能になる。電気活性材料のアクチュエータユニットは、イオン性高分子金属複合材アクチュエータであってもよい。

代替の構成では、電気活性材料のアクチュエータユニットは、電場駆動型アクチュエータである。

次に、本発明の例を、添付の図面を参照して詳細に記載する：
クランプされていない既知の電気活性ポリマー装置を示した図である。 バッキング層によって抑圧される既知の電気活性ポリマー装置を示した図である。 電流駆動型の電気活性ポリマー装置を示した図である。 電気活性材料のアクチュエータデバイスの第１の例を示した図である。 電気活性材料のアクチュエータデバイスの第２の例を示した図である。 電気活性材料のアクチュエータデバイスの第３の例を示した図である。 電気活性材料のアクチュエータデバイスの第４の例を示した図である。 スナップスルーの動作点あたりでアクチュエータを駆動するための駆動スキームを示した図である。 異なるアスペクト比が、図８において示されているスナップスルー効果を変化させることを示した図である。 どのようにしてパッシブマトリクス駆動スキームが実行され得るかを示した図である。 図８の主な例に垂直なプレベンドについて、図８と同じ作動タイミングに対する変位対時間のプロットを示した図である。

本発明が、図を参照して記載される。

詳細な説明及び具体的な例は、装置、システム、及び方法の例証的な実施形態を示しているけれども、例示目的のみを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図していないことが理解されるべきである。本発明の装置、システム、及び方法の上記及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、付随の特許請求の範囲、及び添付の図面からよりよく理解されることになる。図は単に概略的であり、縮尺通りに描かれていないことが理解されるべきである。同じ又は類似の部分を示すために、図を通じて同じ参照番号が使用されていることも理解されるべきである。

本発明は、第１の縁部に沿ってクランプされ、上記の縁部に平行な第１の軸を中心とした及び／又は上記の縁部に垂直な第２の軸を中心としたプレベンドを有する電気活性材料のアクチュエータを提供する。アクチュエータは、２０％未満だけ異なる第１の軸及び第２の軸に沿った膨張係数で膨張する。等方性（又はほぼ等方性の）膨張と、装置の主軸（すなわち、アクチュエータの一般平面を形成する軸）の少なくとも１つを横切るプレベンドとのこの組み合わせは、様々なさらなる動作特徴を生じさせる。

図４は、装置の第１の例に対する３つの正投影図及び斜視図を示している。当該装置は、板状構造体を含む電気活性材料のアクチュエータユニット１０を含む。ユニット１０は、この例では、上から見た場合に長方形を有している。電気活性材料のユニットの第１の縁部１２は、支持体１４にクランプされている。他の形状も可能である。

第１の縁部１２の端１６は、エッジライン１８の終点を画定している。

電気活性材料のアクチュエータユニットに作動信号を印加するためのドライバ２０が提供されている。ドライバは従来のものであり、例えば、アクチュエータユニットのタイプに応じて、駆動電圧又は駆動電流を提供する。

一般に、アクチュエータユニット１０は、上記のエッジライン１８に平行な第１の軸２１を中心とした、及び／又は、上記のエッジライン１８に垂直な第２の軸２２を中心としたプレベンドを有している。図４の例は、第２の軸２２を中心としたプレベンドを有している。第１の軸及び第２の軸は、アクチュエータユニットの一般平面内に置かれていることに留意されたい。

図４の例では、プレベンドは、ユニットの長さに沿った全ての位置において同じである。従って、縁部１２もプレベンドを有しており、アクチュエータユニット１０は、この曲がった形状で支持体１４に取り付けられている。

アクチュエータは、例えば、２０％未満だけ異なる第１の軸及び第２の軸に沿った膨張係数で、概ね又は完全に等方的に膨張するように適応する。これは、異方性挙動を導入するように処理されない電気活性のポリマー層を提供することによって達成することができる。

プレベンドは、アクチュエータがそのリラックス状態で平らでないことを意味する。プレベンドは、カールした形状を形成すると考慮され得る。図４の例では、アクチュエータユニットは、その幅にわたってカールしている。

作動させられると、膨張が、プレベンドを横切って、並びに、プレベンドの軸に沿って生じる。これら２つの膨張方向の異なる効果及びプレベンドとの相互作用によって、特に異なる剛性挙動及び異なる応答速度を有する異なる曲げモードが設計されるのが可能になる。

図５は、図４の例に対する少しの修正を示しており、縁部１２は、支持体に接続するところで直線状である。従って、縁部は、支持体１４に接続するところで直線に限定される。従って、アクチュエータは、縁部から離れた先端まで一定の断面形状をもはや有しないが、代わりに、プレベンドは、不均一であり、（真っすぐになるように強制される）縁部から、プレベンドが適切な位置にある離れた先端へと進展する。

図６は、プレベンドが第１の軸２１の周囲にある例を示している。この場合、縁部１２は直線状である。

図７は、アクチュエータユニットが、第１及び第２の軸２１、２２の両方の周囲にプレベンドを有する例を示している。

典型的には、一方のプレベンドは、他方のプレベンドとは非常に異なる曲率半径を有する。この構成は、スナップスルー挙動を可能にし得る。曲げに対する抵抗は、１つの軸を中心とした曲率が（等方性膨張により）閾値を下回る場合に段階変化を観測する。従って、もう一方の軸を中心とした曲げが、はるかに容易になる。

第１の組の例に対して、長方形状は、例えば０．１から１００等、任意の長さ対幅比を有してもよい。

しかし、より狭い組の例では、長方形は、２未満の長さ対幅比を有する。これは、特に、両方の軸を中心としたプレベンドと組み合わせた場合に、高速の応答速度を生成するのに特に適していると分かった。長方形は、１未満の長さ対幅比さえも有してよい。

従って、関心のあり得る長さ対幅比の一部の範囲は、同様の効果に対して２＜Ｌ／Ｗ＜１であり、最も広い範囲は、１００＜Ｌ／Ｗ＜０．１である。

アクチュエータは、典型的には、例えば、５ｍｍから２ｃｍ等の１ｍｍから５ｃｍの範囲の長さ等、概略ｍｍ又はｃｍの寸法を有する。

１つ又は複数のプレベンドに対する曲げ半径は、例えば、３ｍｍから１００ｍｍ、より典型的には５ｍｍから５０ｍｍ、さらにより典型的には７ｍｍから１８ｍｍである。これは、例えば、圧造工具を用いて金電極を適用する等の処理後のシートの自然な湾曲である。異なる圧造工具を使用することによって、異なる直径が達成される。

２つの直交するプレベンドに対する半径間の比は、０から１である（ここで、０は、ｘ／∞の比であるように、１つの方向において湾曲がないことを意味し、比１は球面に対応する）、又は０から０．５である（ここで、０．５は回転楕円面に対応する）、又はより好ましくは０から０．１である。

軸２２を中心とした（図６）又は軸２１を中心とした（図５）ゼロのプレベンドがあってもよい。従って、上記の比は、どちらの向きにも適用され得る。

次に、一部の例がより詳細に議論される。

第１の組の例では、アクチュエータユニットは、２つの電極を有するイオン性ＥＡＰポリマー膜を含む。アクチュエータは、先に示された方法のうちいずれかの方法で予め曲げられている。異なる曲げ方向及び曲率を、カールしたシートからアクチュエータを切断することによって得ることができる。アクチュエータは、シートのカール方向において主な曲率を有し、任意的に、垂直方向において第２の（より小さい、すなわちより大きな半径）曲率も有する。プレベンドを達成する別の方法は、最初は平らなアクチュエータを１つの方向において繰り返し駆動することである。或いは、平らなＥＡＰ層がパッシブ層に取り付けられてもよく、このパッシブ層は、プレベンドを有し、これをＥＡＰ層に強要する。

電気的作動は、（軸２１、２２に対応する方向における）ポリマーの等方性（面内）膨張をもたらす。これは、アクチュエータに、直交方向において曲がるようにさせ、すなわち、図４乃至６における矢印によって示されているように、先端が上下に曲がる。

第２の組の例では、アクチュエータユニットは、２つの電極を有する電場駆動型ＥＡＰポリマー層と、パッシブ層とを含む。アクチュエータは、上記のようにプレベンドを有する。

一態様では、本発明は、イオン移動に必要とされる時間により、イオン性ポリマーが本質的に遅い応答（＞＞１秒）を有するという問題に取り組んでいる。１ｓ又はより速い応答時間を有するイオン性アクチュエータは、本発明による設計と適した駆動スキームとの組み合わせによって実現することができる。

この目的のために、アクチュエータユニットは、２より小さい長さ対幅のアスペクト比を有し、アクチュエータユニットの長さ軸２２を中心とした第２の（小さい）プレベンド、並びに、幅軸２１を中心としたより大きなプレベンドがある。実質的な横方向成分を有する非等方的に膨張する材料に対して、スナップスルーを可能にするための臨界長さ／幅比は減少することになる。

駆動方法は、「スナップスルー」の動作点あたりでアクチュエータを駆動することである。これは、図８及び９を参照して説明される。

図８は、プロット８０としてアクチュエータ駆動電圧を示しており、プロット８２として、１のアスペクト比（長さ１０ｍｍ及び幅１０ｍｍ）を有する１つの特定のアクチュエータ設計に対するアクチュエータ先端変位を示している。はるかに速い作動の領域８４があることが示されている。

図９は、アスペクト比によってこの効果は変化するということを示している。プロット９０及び９２は、図６において示されているタイプの（すなわち、軸２１を中心とした）主要な湾曲を有する同じアクチュエータ設計の異なるサンプルに対する、及び、２という長さ対幅（Ｌ／Ｗ）のアスペクト比に対するものである。

プロット９４及び９６は、ここでも、図６において示されているタイプの主要な湾曲を有するアクチュエータに対する、及び、それぞれ１及び０．５というＬ／Ｗのアスペクト比に対するものである。プロット９４は、図８において使用されているものである。

スナップスルー効果は、１以下のアスペクト比に対して最も明白である。

プロット９８は、図４において示されているタイプの（すなわち、軸２２を中心とした）主要な湾曲を有するアクチュエータに対するものである。

この高速応答特性を利用するための駆動スキームは、開ループシステム又は閉ループシステムで実行されてもよい。開ループシステムでは、駆動スキームは、「オーバーシュート」及び／又は「アンダーシュート」特徴を有することができ、及び／又は、印加された作動信号が予測可能な作動応答を与えるように、ルックアップテーブルに基づき駆動履歴を構成することができる。

スナップスルー効果は、電気的作動に応じて変化する慣性モーメント（曲げに対する抵抗）に関する。慣性モーメントは、軸２２を中心した湾曲によって決定される。ゼロ電圧では、この湾曲のために慣性モーメントは比較的高い。半径が大きくなるように作動電圧が増加すると、張力がアクチュエータ内で蓄積され、軸２２を中心とした湾曲が消える。湾曲がゼロである場合、慣性モーメント（曲げ抵抗）は最小となる。このポイントにおいて、張力（弾性エネルギー）は解放され、アクチュエータは、新しい位置まで垂直軸２１を中心として急速に曲がる。

軸２１を中心としたプレベンドは必須ではなく、アクチュエータは、その方向において平らであってもよく（図４）、又は、正若しくは負の値を有してもよいということに留意されたい。

このスナップスルー機能を使用して、ＥＡＰアクチュエータがパッシブマトリクスにおける使用を可能にするための閾値を実装することができる。

ＥＡＰアクチュエータに対するパッシブマトリクス駆動スキームを提供することに関連する問題は、特許文献２において詳細に議論されている。

パッシブマトリクスアレイは、行（ｎ行）及び列（ｍ列）線のみを使用したアレイ駆動システムの単純な実装形態であり、行線と列線の各交差点間に、駆動されることになる装置がその駆動のために接続されている。これは、アクティブマトリクス型の変形がより多くの配線、より複雑なドライバ、及び交差点においてさらなるスイッチング手段を要求するため、後者よりも低いコスト及び複雑さを有する。パッシブマトリクスにおいて、ドライバ装置は、（ｎ×ｍ）までの装置（アクチュエータ）をアドレスするために（ｎ＋ｍ）のドライバのみを要求するため、これは、はるかに費用対効果の高いアプローチであり、さらなる配線のコスト及びスペースも節約する。

上記のアクチュエータは、電極配列の一方の電極が行線に接続され、電極配列の他方の電極が列線に接続されるような方法で、行線（第１の接続線）及び列線（第２の接続線）に接続され得る。

様々な可能なパッシブマトリクスアドレッシングスキームが存在する。しかし、一般に、パッシブマトリクスにおいてアドレスされるアクチュエータデバイスは、再びリフレッシュすることができるまでアクティブ駆動回路なしで、その状態を維持するということが望ましい。この目的のために、駆動信号は、行又は選択信号と列又はデータ信号とに分割される。選択信号は、アドレスされている行を決定し、行上のｎの装置全てが同時に選択される。行上の装置が選択されている場合、選択信号レベルが適用され、他の全ての行が非選択信号レベルで非選択である。次に、データ信号は、ｍの列の各々に対してデータ信号レベルで個別に印加される。従って、オンデバイスはオンデータ信号レベルで駆動され、オフデバイスの駆動は、オフデータ信号レベルを提供することに対応する。

次に、装置に提供される駆動信号は、交差線にわたって印加される電圧間の差によって定義される。データ信号は、選択された行上のアクチュエータデバイスがオン又はオフであるか、すなわち、出力を送出しているかどうか、及び、それがオンである場合、どのくらいの作動が提供されているのかを決定する。

その出力（例えば、作動変形）を生成する前に閾値電圧を有するアクチュエータは、クロストークがない又は減らされたパッシブマトリクス又は多重化された装置（すなわち、多重セグメント化されたアクチュエータアレイ）が形成されるのを可能にする。理想的には、アクチュエータが作動して次に出力を与える前に、閾値レベルまでゼロ以外の電圧を印加することが可能である。この閾値電圧は、例えば、アクチュエータの形状を変化させるのに要する電圧ほどの、又は、それよりも高いものであってもよい。

図１０は、一度に１つずつのアドレッシングを有するパッシブマトリクススキームを説明するために使用される。この場合、交差点における作動装置は閾値電圧Ｖｔｈを有し、閾値より下では、装置出力は実質的に存在せず、閾値より上では、装置出力は生成される。

この例では、装置の閾値電圧（Ｖｔｈ）は、任意の１つの所望の駆動信号において、データ信号の電圧Ｖｄｒの範囲を超え、すなわちＶｔｈ＞Ｖｄｒである。電圧Ｖｄｒは、アクチュエータデバイスを完全に作動させるために要求されるデータ電圧範囲である。

この例では、アレイは、２レベルのアドレッシング信号、すなわち、−Ｖｔｈの選択電圧及び０Ｖの非選択電圧を提供することができる行ドライバによって駆動される。列ドライバは、２レベル又はマルチレベルのデータ信号、すなわち、０ＶからＶｄｒの電圧を提供することができる。

アレイのアドレッシングは、４×４アレイの一例を示す図１０において説明される様式で進行する。

全ての行は、０Ｖ（非選択）で最初にアドレスされ、すなわち、０Ｖを行に印加させている。この状況では、個々の装置にわたる最大電圧差はＶｄｒ（列ドライバからの最大電圧）である。これはＶｔｈを下回るため、アレイ内の全ての装置は非作動モードになる。

次に、図１０（ａ）において示されているように、第１の行１は、−Ｖｔｈ（又は−Ｖｔｈのすぐ下）でアドレス（選択）されている。２つの列１及び３が電圧Ｖｄｒで駆動され、２つの列２及び４が０Ｖで駆動される。この状況では、列１及び３の２つの装置にわたる電圧差は（列ドライバからの最大電圧Ｖｄｒを使用して）（Ｖｄｒ＋Ｖｔｈ）Ｖである。これはＶｔｈより上であるため、行内のこれら２つの装置は、黒丸によって示されているように作動モードになる。列２及び４の他の２つの装置にわたる電圧差は（列ドライバからの最小電圧０Ｖを使用して）（０＋Ｖｔｈ）Ｖであり、それによって、行内のこれら２つの装置は非作動モードになる。１以外の行の装置と、列１及び３の装置にわたる電圧差も、（Ｖｄｒ＋０）Ｖのゼロ以外の電圧差を有する。しかし、これは依然としてＶｔｈを下回り、従って、これらの装置も依然として非出力モードである。

次に、第１の行が０Ｖのアドレッシング信号に戻り、行内の全てのアクチュエータが非作動モードに戻る。

次に、第２の行が、図１０（ｂ）において示されているように、−Ｖｔｈでアドレス（選択）される。オンオフは、行１の選択と同じ方法で始まる。

次に、第２の行は０Ｖでのアドレッシングに戻り、第２の行内の全てのアクチュエータが非作動モードに戻る。

次に、第３の行が、図１０（ｃ）において示されているように、−Ｖｔｈでアドレスされる。ここで、３つの列が電圧Ｖｄｒで駆動され、１つの列が０Ｖで駆動される。この状況では、３つの装置にわたる電圧差は（列ドライバからの最大電圧Ｖｄｒを使用して）（Ｖｄｒ＋Ｖｔｈ）Ｖである。これはＶｔｈより上であるため、行内のこれら３つの装置は、作動モードになる。他の装置にわたる電圧差は（列ドライバからの最小電圧０Ｖを使用して）（０＋Ｖｔｈ）Ｖであり、それによって、この装置は非作動モードになる。

次に、第３の行は０Ｖに戻り、行内の全てのアクチュエータが非作動モードに戻る。

次に、第４の行が、図１０（ｄ）において示されているように、−Ｖｔｈでアドレスされる。ここでは、４つの列全てが電圧０Ｖで駆動される。この状況では、４つの装置全てにわたる電圧差は、（列ドライバからの最小電圧０Ｖを使用して）（０＋Ｖｔｈ）Ｖであり、それによって、行内の全ての装置は非作動モードになる。

次に、第４の行は０Ｖに戻り、行内の全てのアクチュエータが非作動モードに留まる。

次に、行のアドレッシングは新たなサイクルに従う。

このようにして、アレイ内の全ての装置を一度に１つずつ個々に作動させることが可能であり、それによって、装置は逐次的方法で作動される。列ドライバ又はデータドライバは、行上の装置を作動させるか又は作動させないために、及び、どの程度までそのような装置が作動されるか（グレースケール型作動）を決定するために使用される。このデータ信号は、０ＶからＶｄｒ ｍａｘの範囲における連続的可変又はアナログデータ信号であり得る。或いは、そのデータ信号は、０ＶからＶｄｒ ｍａｘの範囲における段階的可変（デジタル）データ信号であり得る。

さらなる例及び詳細が、特許文献２において提供されている。一般的な原理は、駆動電圧が特定の閾値を下回ると、ＥＡＰアクチュエータの断面が湾曲し、曲げに対する抵抗が大きくなるということである。この場合、アクチュエータの変形は、無視できるほどか又は最小限になる。駆動電圧が特定の閾値を超えると、断面は平らになり、アクチュエータは曲がり始める。これによって、上記の必要な閾値挙動が与えられ、ドライバは、スナップスルー位置あたりで装置を選択的に作動させる又は作動させないことができる。

このタイプの駆動スキームは、アクチュエータがマトリクスの形態で配置されていない場合（例えば、一連のアクチュエータは直線で整列されているが、多重化スキームを使用して接続されている場合）であっても、同じ多重化された駆動スキームを使用して複数のアクチュエータを作動させるために使用することもできる。

この設計は、装置が１つの方向において作動されたときに剛性であり、且つ、他の方向において作動されたときに弾性であるように、可変の剛性動作も提供することができる。

図４において示されている湾曲が提供されており、長さ軸２２を中心とした主要なプレベンドを有している場合、慣性モーメント（直交方向における曲げに対する抵抗）は非常に大きく、アクチュエータは比較的剛性であるとして振る舞う。

アクチュエータが、例えば正の電圧で、湾曲がさらに増加するように駆動されると、面外方向における曲げ変位は小さく、アクチュエータはさらに剛性になる。

アクチュエータが、例えば負の電圧で、湾曲が平らになる又は消えるように他の方向において作動されると、慣性モーメントは小さくなり、それにより、変位は比較的大きく、アクチュエータは、比較的弾性の様式で振る舞う。これによって、例えば、非作動状態と比較して、５分の１に減少した剛性が与えられる。

正の電圧での作動は、１つの方向における作動（例えば、第１の軸２１を中心として上に曲がること）に対応してもよく、負の電圧での作動は、反対の方向における作動（例えば、第１の軸２１を中心として下に曲がる）に対応してもよいということに留意されたい。

剛性及び変位の挙動は、アクチュエータの長さ対幅のアスペクト比に基づき調整することができる。変位はアスペクト比Ｌ／Ｗの増加と共に増加し、剛性はアスペクト比Ｌ／Ｗの増加と共に減少する。

図１１は、（点線１００として示されている）図８と同じ作動タイミングに対する変位対時間のプロットを示している。

プロット１０２は、幅１０ｍｍに対する、及び、上向き方向に曲がることができない十分な曲率を有するアクチュエータに対するものであり、測定スポットが位置するアクチュエータ先端が下向きに動くような方法で、さらにカールするだけである。

プロット１０４及び１０６は、幅５ｍｍを有し、上向きに湾曲することができるアクチュエータ設計の異なるサンプルである。

いずれの場合にも、長さは１０ｍｍである。増加した長さ対幅のアスペクト比は、明らかに、増加した変位を与え、変位は、作動の方向にも依存する。

プレベンドは、均一であってもよく、又は表面にわたって変化してもよい。例えば、３Ｄ形状のメッシュが提供され、その上にＥＡＰポリマーが噴霧されてもよく、又は、ロール等の３Ｄ形状加工ツールが使用されてもよい。従って、慣性モーメントは、セグメントの表面にわたって又は徐々に変化し得る。その結果、作動速度及び剛性が表面にわたって変化してもよく、これは、以下に述べられるように、様々な用途において有用であり得る。

全ての例において、電気活性材料のアクチュエータは、典型的には、電気活性ポリマー材料に基づくが、本発明は、実際には、他の種類のＥＡＭ材料に基づく装置に使用することができる。そのような他のＥＡＭ材料は、当技術分野において知られており、当業者は、それらをどこで見つけるか、及びそれらをどのように適用するかを知ることになる。多くの選択肢が、本明細書において以下に記載される。

ＥＡＭ装置の一般的な細分化は、電場駆動型ＥＡＭと、電流又は電荷（イオン）駆動型ＥＡＭにされる。電場駆動型ＥＡＭは、直接的な電気機械結合を介して電場によって作動されるが、電流又は電荷駆動型ＥＡＭに対する作動機構は、イオンの拡散を含む。後者の機構は、ＥＡＰ等の対応する有機ＥＡＭにおいてより多く見られる。電場駆動型ＥＡＭは、一般的に、電圧信号で駆動され、対応する電圧ドライバ／コントローラを要求するが、電流駆動型ＥＡＭは、一般的に、電流ドライバを要求することがある電流信号又は電荷信号で駆動される。どちらのクラスの材料も、複数のファミリーメンバーを有し、各々が、その独自の利点及び欠点を有している。

電場駆動型ＥＡＭは、有機又は無機材料であってもよく、有機である場合、単一分子、オリゴマー、又はポリマーであり得る。本発明に対しては、それらは好ましくは有機であり、従って、オリゴマー又はさらにポリマーでもある。有機材料、特にポリマーは、作動特性と、軽量で、安価な製造、及び容易な加工等の材料特性とを組み合わせるため、関心が高まっている新興階級の材料である。

電場駆動型ＥＡＭ、従ってＥＡＰも、一般的に圧電性であり、或いは強誘電性であり、従って、自発的な永久分極（双極子モーメント）を含む。或いは、それらは電歪的であり、従って、駆動された場合にのみ分極（双極子モーメント）を含み、駆動されていない場合には含まない。或いは、それらは誘電性リラクサ材料である。そのようなポリマーにはサブクラス：圧電ポリマー、強誘電ポリマー、電歪ポリマー、リラクサ強誘電ポリマー（ＰＶＤＦベースのリラクサポリマー又はポリウレタン等）、誘電エラストマー、液晶エラストマーが含まれるが、これらに限定されない。他の例として、電歪グラフトポリマー、電歪紙、エレクトレット、電気粘弾性エラストマー、及び液晶エラストマーが挙げられる。

自発分極の欠如は、非常に高い動作周波数でさえも、電歪ポリマーがヒステリシス損失をほとんど又は全く表示しないことを意味する。しかし、これらの利点は、温度安定性を犠牲にして得られる。リラクサは、約１０℃以内に温度を安定させることができる状況において最も良く作動する。これは、一見すると極めて限定的であるように思われるかもしれないが、電歪器が高い周波数及び非常に低い駆動場で優れているとすれば、その用途は、特殊化したマイクロアクチュエータにある傾向がある。そのような小さい装置の温度安定化は比較的シンプルであり、全体的な設計及び開発プロセスにおいて、小さな問題を提起するだけであることが多い。

リラクサ強誘電性材料は、良好な実用には十分に高い、すなわち、同時の感知及び作動機能には有利な電歪定数を有し得る。リラクサ強誘電性材料は、ゼロの駆動場（すなわち、電圧）が印加された場合に非強誘電性であるが、駆動中に強誘電性になる。従って、非駆動では材料において電気機械結合は存在しない。電気機械結合は、駆動信号が印加されるとゼロ以外になり、駆動信号の頂部に小振幅高周波信号を印加することを介して測定することができる。リラクサ強誘電性材料は、さらに、ゼロ以外の駆動信号における高い電気機械結合と良好な作動特性との独特な組み合わせから利益を得る。

無機リラクサ強誘電性材料の最も一般的に使用される例は：マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＴ）、及びチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）である。しかし、他のものも、当技術分野において知られている。

ＰＶＤＦベースのリラクサ強誘電性ベースのポリマーは、自発的な電気分極を示し、ひずみ方向の性能を改善するために予ひずみを加えることができる。それらは、本明細書における以下の材料の群から選ばれた任意のものであり得る。

ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリウレタン、又はその混合。

サブクラスの誘電エラストマーは：アクリレート、ポリウレタン、シリコーンを含むが、これらに限定されない。

イオン駆動型ＥＡＰの例は、共役ポリマー、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ポリマー複合材、及びイオン性高分子金属複合材（ＩＰＭＣ）である。

サブクラスの共役ポリマーは：
ポリピロール、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリアニリンを含むが、これらに限定されない。

上記の材料は、純粋な材料として、又はマトリクス材料に懸濁される材料として埋入することができる。マトリクス材料は、ポリマーを含み得る。

ＥＡＭ材料を含む任意の作動構造体に対して、印加された駆動信号に応答してＥＡＭ層の挙動に影響を与えるために、さらなるパッシブ層を提供することができる。

ＥＡＭ装置の作動構成又は構造は、制御信号又は駆動信号を電気活性材料の少なくとも一部に提供するための１つ又は複数の電極を有し得る。好ましくは、この構成は、２つの電極を含む。ＥＡＭ層は、２つ以上の電極間に挟まれてもよい。この挟まりは、その作動が、とりわけ、駆動信号により互いに引き付ける電極によって及ぼされる圧縮力によるものであるため、エラストマーの誘電材料を含むアクチュエータ構成に必要とされる。２つ以上の電極も、エラストマーの誘電材料に埋め込むことができる。電極は、パターン化されてもされなくてもよい。

例えば、櫛型電極（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｃｏｍｂ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）を使用して、片側のみに電極層を提供することも可能である。

基板は、作動構成の一部であってもよく、ＥＡＰ及び電極のアンサンブルに、電極間に、又は外部の電極の１つに取り付けることができる。

電極は、ＥＡＭ材料層の変形に従うように伸縮性であってもよい。これは、ＥＡＰ材料にとって特に有利である。電極に適した材料も知られており、例えば、金、銅、若しくはアルミニウム等の薄い金属膜、又は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）等の有機導体を含む群から選択されてもよい。例えばアルミニウムコーティングを使用して、金属化ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の金属化ポリエステル膜も使用することができる。

異なる層に対する材料は、例えば、異なる層の弾性係数（ヤング率）を考慮して選択されることになる。

さらなるポリマー層等、上述のものに追加の層を使用して、装置の電気的又は機械的挙動を適応させることができる。

上記の電気活性ポリマー構造は、作動及び／又は感知のために使用されてもよい。最も顕著な感知機構は、力測定及び歪み検出に基づく。例えば、誘電エラストマーは、外力によって容易に伸ばすことができる。センサに低電圧を印加することによって、電圧の関数として歪みを測定することができる（電圧は、面積の関数である）。

電場駆動型システムを用いて感知する別の方法は、静電容量変化を直接測定するか、又は、歪みの関数として電極抵抗の変化を測定することである。

圧電及び電歪ポリマーセンサは、（結晶度の量が、検出可能な電荷を生成するのに十分高いとすれば）印加された機械的応力に応答して電荷を生成することができる。共役ポリマーは、ピエゾイオン効果を利用することができる（機械的応力がイオンの発揮をもたらす）。ＣＮＴは、応力に曝されるとＣＮＴ表面上の電荷の変化を経験し、これを測定することができる。ＣＮＴの抵抗は、気体分子（例えば、Ｏ_２、ＮＯ_２等）と接触した場合に変化し、ＣＮＴを気体検出器として使用可能にすることも示されている。

電気活性材料のアクチュエータ及びセンサには、多くの用途がある。多くの用途において、製品の主な機能は、ヒト組織の（局所的な）操作、又は、組織接触インターフェースの作動に頼っている。そのような用途では、ＥＡＰアクチュエータは、主に、小さいフォームファクタ、柔軟性、及び高エネルギー密度のために、独自の利点を提供する。従って、ＥＡＰは、ソフトな、３Ｄ形状の、及び／又は微小の製品並びにインターフェースに容易に統合することができる。そのような用途の例は：
皮膚に張力を与えるため又はシワを減らすために、皮膚に一定の又は周期的な伸縮を適用するＥＡＰベースの皮膚パッチの形態の皮膚作動装置等の皮膚美容処置；
顔面の赤い跡を減らすか又は防ぐ、皮膚に交互の正常圧を提供するためにＥＡＰベースのアクティブクッション又はシールを有する患者インターフェースマスクを有する呼吸装置；
適応性のシェービングヘッドを有する電気シェーバーであって、皮膚接触面の高さは、近さと刺激のバランスに影響を与えるためにＥＡＰアクチュエータを使用して調整することができる、電気シェーバー；
特に歯の間の空間において噴霧の範囲を改善するために動的ノズルアクチュエータを有するエアーフロス等の口腔洗浄装置であって、或いは、歯ブラシに活性化タフトが提供されてもよい、口腔洗浄装置；
ユーザインタフェース内に又はその近くに統合されるＥＡＰトランスデューサのアレイを介して局所触覚フィードバックを提供する家庭用電子機器又はタッチパネル；
蛇行した血管内で容易なナビゲーションを可能にする操縦可能な先端を有するカテーテルであって、例えば、アクチュエータの機能は、上述のように、操縦を実行するために曲げ半径を制御する、カテーテル；
である。

ＥＡＰアクチュエータから利益を得る関連用途の別のカテゴリーは、光の修正に関する。レンズ、反射面、格子等の光学素子は、ＥＡＰアクチュエータを使用した形状又は位置の適応によって適応性にすることができる。ここで、ＥＡＰアクチュエータの利点は、例えば、より低い電力消費である。

非対称の剛性制御が興味深いいくつかの例が、以下に概説される。

アクチュエータは、人工心臓弁又は生体機能チップ（Ｏｒｇａｎ−ｏｎ−ｃｈｉｐ）用途若しくはマイクロ流体デバイスにおける弁等、ヒト移植可能物を含む弁に使用されてもよい。多くの弁では、非対称的な挙動：流れの方向における弾性で大きな変位、及び、流れに対抗する方向における剛性が所望される。速い作動速度が、迅速に弁を閉じるために要求されることがある。

フレキシブルディスプレイアクチュエータは、例えば、スマートブレスレット等の一部の用途において所望される。フレキシブルディスプレイが、より良好な読み取り又は視覚性能のために別の位置又は形状まで動く場合、大きな変位が要求される。ディスプレイがその静止位置にある場合、ディスプレイアクチュエータは、その位置をしっかりと保つために剛性でなくてはならない。

騒音及び振動制御システムにおける用途もある。剛性変動を使用して、共振周波数から離れ、従って振動を減らすことが可能である。これは、例えば、精度が重要な手術ロボットツールにおいて有用である。

ソフトロボティクス（人体を支持する人工筋肉システム）は、例えば、特定の位置で（例えば、重力に逆らって）身体部分を支持又は保持するために使用され、その支持又は保持の間、剛性が要求される。身体部分が反対方向に動くと、抵抗は要求されず、低い剛性が所望される。

セグメント化されたカテーテルの適用も、様々な剛性から利益を得ることができる。例えば、カテーテル先端がコーナーの辺りで曲がる場合、先端のすぐ後ろのセグメントは、カテーテルの残りの部分がその先端に続くように一時的に弾性であることが望ましい。

上述の閾値ベースのパッシブマトリクス駆動システムは、例えば、作動される超音波トランスデューサを有するアレイに対して興味深いものであり得る。

上述のように、電気活性材料のアクチュエータのための好ましい材料は、電気活性ポリマー（イオン又は電場駆動型）であるが、熱活性化ヒドロゲル、光活性化液晶ポリマーネットワーク、又はバイメタルアクチュエータ等、等方性膨張を有する他の材料も考慮することができる。

本発明は、完全に等方的に膨張するアクチュエータユニットを利用してもよい。しかし、ほぼ等方性の膨張（そのため、作動の実質的な横方向成分が少なくとも存在する）は同様の様式で振る舞うが、横方向の膨張係数が縦方向の膨張係数よりも著しく小さい場合には、あまり明白ではない。

開示された実施形態に対する他の変化は、請求された発明を実行する際に、図面、明細書、及び付随の特許請求の範囲の調査から当業者により理解する及びもたらすことができる。特許請求の範囲において、「含む」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞はその複数形を除外しない。特定の手段が互いに異なる従属項において記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを役立つよう使用することができないと示しているわけではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照番号も、その範囲を限定するとして解釈されるべきではない。

本発明の一態様に従った例によると、装置が提供され、当該装置は：
− 板状構造体及び第１の縁部を含む電気活性材料のアクチュエータユニット；
− 電気活性材料のユニットの第１の縁部がクランプされる支持体であり、第１の縁部の端は、仮想の直線状のエッジラインの終点を画定する、支持体；
を含み、
アクチュエータユニットは：
− 上記の仮想のエッジラインに平行な第１の軸を中心とした、及び／又は、上記の仮想のエッジラインに垂直な第２の軸を中心としたプレベンドを有し、
− 第１の軸及び第２の軸に沿って、２０％未満だけ異なる膨張係数で膨張するように適応している。

一態様では、本発明は、イオン移動に必要とされる時間により、イオン性ポリマーが本質的に遅い応答（＞＞１ｓ）を有するという問題に取り組んでいる。１ｓ又はより速い応答時間を有するイオン性アクチュエータは、本発明による設計と適した駆動スキームとの組み合わせによって実現することができる。

Claims (15)

1. 板状構造体及び第１の縁部を含む電気活性材料のアクチュエータユニットと、
   前記電気活性材料のユニットの第１の縁部がクランプされる支持体であり、前記第１の縁部の端は、仮想の直線状のエッジラインの終点を画定する、支持体と、
   を含む装置であって、
   前記アクチュエータユニットは、
   前記仮想のエッジラインに平行な第１の軸を中心とした及び／又は前記仮想のエッジラインに垂直な第２の軸を中心としたプレベンドを有し、
   ２０％未満だけ異なる前記第１の軸及び／又は前記第２の軸に沿った膨張係数で膨張するように適応している、装置。
2. 前記アクチュエータは、作動されると面内で等方的に膨張するように適応している、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の縁部は、前記支持体に接続されるところで直線状である、請求項１に記載の装置。
4. 前記アクチュエータユニットは、長方形の形態の外周形状を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記長方形は、２以下の長さ対幅比を有する、請求項４に記載の装置。
6. 前記長方形は、１以下の長さ対幅比を有する、請求項５に記載の装置。
7. 前記プレベンド又は各プレベンドは、５ｍｍから５０ｍｍ等、３ｍｍから１００ｍｍの範囲の半径を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記アクチュエータユニットは、前記第１の軸を中心とした及び前記第２の軸を中心としたプレベンドを有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. より大きな半径のプレベンドの半径に対するより小さな半径のプレベンドの半径の比が、０より大きく且つ０．５未満である、請求項８に記載の装置。
10. 前記電気活性材料のアクチュエータユニットは、１つの方向において作動した場合に、反対方向において作動した場合と比較して異なる剛性を有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記第１の軸を中心とした及び／又は前記第２の軸を中心としたプレベンドは、位置に応じて異なる曲率半径を有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記電気活性材料のアクチュエータユニットは、電流駆動型アクチュエータである、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記電気活性材料のアクチュエータユニットは、イオン性高分子金属複合材アクチュエータである、請求項１２に記載の装置。
14. 前記電気活性材料のアクチュエータユニットは、電場駆動型アクチュエータである、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記電気活性材料のアクチュエータユニットに作動信号を印加するためのドライバを含む、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の装置。

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