JP2022159168A - 人工筋肉のための非対称電極絶縁体 - Google Patents

Abstract

【課題】人工筋肉及び人工筋肉を作動する方法を提出すること。【解決手段】本人工筋肉は、電極領域及び膨張可能な流体領域を有するハウジングと、ハウジング内に収容される誘電性流体と、ハウジングの電極領域内に配置され、第１の電極及び第２の電極を含む電極対と、１つ又は複数の絶縁層を有する電極絶縁体と、を含む。電極絶縁体は、電極対の第１電極の内側電極面上に配置される。第２の電極は、電極対が非作動状態にあるときに、誘電性流体に露出される解放された内側電極面を含む。電極対は、非作動状態と作動状態との間で作動可能であり、非作動状態から作動状態への作動は、誘電性流体を膨張可能な流体領域に導くことで、膨張可能な流体領域を膨張させる。【選択図】図３

Description

本明細書は、概して、非対称電極絶縁体を備えた電極対を有する人工筋肉に関する。

現在の人工筋肉は、各電極に同じ量の電気絶縁体を有している。しかし、電気絶縁体の量が等しいことから、現在の人工筋肉の電圧破壊故障率は、負荷が増加するにつれて増加してしまう。場合によっては、人工筋肉が大きな重量（1kg以上の重量など）を持ち上げるのに充分な静電力を生成したとしても、ポリマー絶縁破壊電圧の低下により引き起こされる応力により、人工筋肉が電気的短絡によって破損してしまうことがある。言い換えれば、現在の人工筋肉の材料特性は、電極サイズの増加によってスケールアップされた静電力の生成に比例していない。

したがって、スケールアップされた静電力の生成を容易にするために、絶縁破壊電圧が改善された代替の人工筋肉が必要である。

一実施形態では、人工筋肉は、電極領域及び膨張可能な流体領域を備えるハウジングと、ハウジング内に収容される誘電性流体と、ハウジングの電極領域内に配置され、第１の電極及び第２の電極を含む電極対と、１つ又は複数の絶縁層を備えた電極絶縁体とを備える。電極絶縁体は、電極対の第１電極の内側電極面上に配置される。第２の電極は、電極対が非作動状態にあるときに、誘電性流体に露出される解放された内側電極面(free inner electrode surface)を備える。電極対は、非作動状態と作動状態との間で作動可能であり、非作動状態から作動状態への作動は、誘電性流体を膨張可能な流体領域に導くことで、膨張可能な流体領域を膨張させる。

別の実施形態では、人工筋肉の作動方法は、人工筋肉の電極対に電気的に結合された電源を使用して電圧を提供する工程を備え、人工筋肉は、電極領域及び膨張可能な流体領域を備え、電極領域内に、電極対の第１の電極と第２の電極を備えるハウジングと、ハウジング内に収容される誘電性流体と、１つ又は複数の絶縁層を備えた電極絶縁体と、を備え、電極絶縁体は、第１電極の内側電極面上に配置され、第２の電極は、電極対が非作動状態にあるときに、誘電性流体に露出される解放された内側電極面を備える。前記方法はまた、人工筋肉の電極対に電圧を印加する工程を備え、これによって電極対を非作動状態から作動状態に作動させて、誘電性流体をハウジングの膨張可能な流体領域に導いて、膨張可能な流体領域を膨張させる。

さらに別の実施形態では、人工筋肉は、電極領域及び膨張可能な流体領域を備えるハウジングと、ハウジング内に収容される誘電性流体と、ハウジングの電極領域内に配置され、第１の電極及び第２の電極を有する電極対と、１つ又は複数の絶縁層を備えた電極絶縁体とを備える。電極絶縁体は、第１電極の内側電極面上に配置され、第２の電極は、誘電性流体に露出される解放された内側電極面を備え、電極対は、非作動状態と作動状態との間で作動可能であり、非作動状態から作動状態への作動は、誘電性流体を膨張可能な流体領域に導くことで、膨張可能な流体領域を膨張させる。

本明細書で説明される実施形態によって提供されるこれら及び追加の特徴は、以下の詳細な説明を図面と併せて考慮することにより、より充分に理解されるであろう。

図面に記載された実施形態は、本質的に例示的かつ好適なものであり、特許請求の範囲によって定義される主題の限定を意図するものではない。 例示的な実施形態による以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むことにより理解され、同様の構造は、同様の参照番号で示され、以下のとおりである。

本明細書に示され、説明される１つ又は複数の実施形態による、１つの好ましい人工筋肉の上面図を概略的に示す図である。 本明細書に示され、記載される1つ又は複数の実施形態による、図１の人工筋肉の分解図を概略的に示す図である。 本明細書に示され、記載される１つ又は複数の実施形態による、図１及び図２の人工筋肉の、非作動状態における、図１のＡ―Ａ線に沿った断面図を概略的に示す図である。 本明細書に示され、記載される１つ又は複数の実施形態による、図１及び図２の人工筋肉の、作動状態における、図１のＡ―Ａ線に沿った断面図を概略的に示す図である。 本明細書に示され、説明される１つ又は複数の実施形態による、別の好ましい人工筋肉の上面図を概略的に示す図である。 本明細書に示され、説明される１つ又は複数の実施形態による、図５の人工筋肉の分解図を概略的に示す図である。 本明細書に示され、記載される１つ又は複数の実施形態による、図５及び図６の人工筋肉の、非作動状態における、図５のＢ―Ｂ線に沿った断面図を概略的に示す図である。 本明細書に示され、記載される１つ又は複数の実施形態による、図５及び図６の人工筋肉の、作動状態における、図５のＢ―Ｂ線に沿った断面図を概略的に示す図である。 本明細書に示され、説明される１つ又は複数の実施形態による、２つの絶縁二重層を備える電極絶縁体がその上に配置された、好ましい電極を概略的に示す図である。 本明細書に示され、説明される１つ又は複数の実施形態による、１つの絶縁二重層を備える絶縁体がその上に配置された、好ましい電極を概略的に示す図である。 本明細書に示され、記載される１つ又は複数の実施形態による、図１～図８の人工筋肉を操作するための作動システムを概略的に示す図である。

本明細書に記載の実施形態は、人工筋肉の領域を選択的に上昇及び下降させて、選択的な、要求に応じて膨張する、膨張可能な流体領域を提供することにより作動可能な人工筋肉を対象とする。人工筋肉はそれぞれ、電圧の印加によって共に引き寄せられ、それによって誘電性流体を膨張可能な流体領域に押し出すことができる第１の電極及び第２の電極を含む電極対を備える。さらに、本明細書に記載の人工筋肉のいくつかの実施形態は、電極絶縁体に応力が作用しているときの絶縁破壊電圧の低下を軽減するように構成された非対称電極絶縁体を含む。非対称電極絶縁体は、電気的短絡に対して人工筋肉を強化し、増加した電圧の下で人工筋肉が動作することを可能にし、人工筋肉の作動力を増加させ、人工筋肉がより多くの重量を確実に持ち上げることを可能とする。特に、本明細書に記載の人工筋肉の実施形態は、第２の電極の内側電極面が解放された面である状態で、第１の電極の内側電極面に配置される電極絶縁体を用いてこの非対称性を達成する。すなわち、第２の電極の内側電極面は電極絶縁体に面しており、人工筋肉が非作動状態にあるとき、誘電性流体に晒される。本明細書では、人工筋肉の様々な実施形態がより詳細に説明される。同一又は同等の部品を参照するために、可能な限りにおいて、図面全体で同一の参照番号が使用される。

図１から図８を参照すると、人工筋肉１００、１００’はいくつかの図で概略的に描かれている。人工筋肉１００、１００’はそれぞれ、誘電性流体１９８と共にハウジング１１０内に配置された電極対１０４を含む。電極対１０４は、第１の電極１０６及び第２の電極１０８を備え、電極対１０４は、膨張可能な流体領域１９６に隣接する、ハウジング１１０の電極領域１９４に配置される。動作中、電圧は、電極対１０４に印加され、誘電性流体を膨張可能な流体領域１９６に導くことで電極対１０４を共に引き寄せ、膨張可能な流体領域１９６を膨張させる。

図１～図４の人工筋肉１００は、第１の電極１０６上に配置された第１の電極絶縁体１１１と、第２の電極１０８上に配置された第２の電極絶縁体１１２とを含み、図５～図８の人工筋肉１００’は、第１の電極１０６上に配置された電極絶縁体１１３（例えば、単一電極絶縁体）を含む。人工筋肉１００’の第２の電極１０８の内側電極面１２８ｂは解放された面であり、これは絶縁体に人工筋肉１００’の非対称性を生じさせる。単一の電極絶縁体１１３は、第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２のそれぞれよりも大きな厚さを個別に持つが、第１及び第２の電極絶縁体１１１、１１２の総厚と等しい厚さを備えるものであってもよい。

図１及び図２には、人工筋肉１００がより詳細に描かれている。人工筋肉１００は、ハウジング１１０、ハウジング１１０の対向する面に固定される第１の電極１０６及び第２の電極１０８を含む電極対１０４、第１の電極１０６に固定された第１の電極絶縁体１１１、及び第２の電極１０８に固定された第２の電極絶縁体１１２を含む。いくつかの実施形態では、ハウジング１１０は、第１の内面１１４及び第２の内面１１６などの一対の対向する内面と、 第１の外面１１８及び第２の外面１２０などの一対の対向する外面とを含む、一体化構造層である。いくつかの実施形態では、ハウジング１１０の第１の内面１１４及び第２の内面１１６は、ヒートシール可能である。他の実施形態では、ハウジング１１０は、第１のフィルム層１２２及び第２のフィルム層１２４などの一対の個別に製造されたフィルム層であってもよい。したがって、第１のフィルム層１２２は、第１の内面１１４及び第１の外面１１８を含み、第２のフィルム層１２４は、第２の内面１１６及び第２の外面１２０を含む。

本明細書に記載の実施形態では、ハウジング１１０としては、主に、第１のフィルム層１２２及び第２のフィルム層１２４を備えるものとして言及しており、これは前記一体化したハウジングとは対照的であるが、どちらの配置も考慮できることを理解されたい。いくつかの実施形態では、第１のフィルム層１２２及び第２のフィルム層１２４は、概して、同一の構造及び組成を含む。例えば、いくつかの実施形態では、第１のフィルム層１２２及び第２のフィルム層１２４はそれぞれ、二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ(biaxially oriented polypropylene)）を含む。

第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、それぞれ、第１のフィルム層１２２と第２のフィルム層１２４との間に配置される。いくつかの実施形態では、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、それぞれ、アルミニウム被覆されたポリエステル、例えばＭｙｌａｒ（登録商標）である。また、第１の電極１０６と第２の電極１０８の一方は負に帯電した電極であり、第１の電極１０６と第２の電極１０８のもう一方は正に帯電した電極である。本明細書で論じられる目的において、人工筋肉１００の電極１０６、１０８の他方が負に帯電している限り、電極１０６、１０８の一方は正に帯電する。

第１の電極１０６は、フィルム側電極面１２６ａ及び内側電極表面１２８ａを有する。第１の電極１０６は、第１のフィルム層１２２、具体的には、第１のフィルム層１２２の第１の内面１１４に対して配置される。さらに、第１の電極１０６は、第１の端子１３０ａを電源に接続して第１の電極１０６を作動させることができるように、第１の電極１０６から第１のフィルム層１２２の縁を超えて延びる第１の端子１３０ａを含む。具体的には、図１１に示すように、端子は、作動システム４００の電源４０８及びコントローラ４１０に直接又は直列に結合される。同様に、第２の電極１０８は、フィルム側電極面１２６ｂ及び内側電極面１２８ｂを有する。第２の電極１０８は、第２のフィルム層１２４、具体的には、第２のフィルム層１２４の第２の内面１１６に対して配置される。第２の電極１０８は、第２の端子１３０ｂを作動システム４００の電源４０８及びコントローラ４１０に接続して第２の電極１０８を作動させることができるように、第２の電極１０８から第２のフィルム層１２４の縁を超えて延びる第２の端子１３０ｂを含む。

第１の電極１０６及び第２の電極１０８はそれぞれ、２つ以上のタブ部１３２及び２つ以上のブリッジ部１４０を含む。各ブリッジ部１４０は、隣接するタブ部１３２の間に配置され、これらの隣接するタブ部１３２を相互接続する。各タブ部１３２は、第１の電極１０６の中心軸線Ｃからタブ部１３２の反対側の第２の端部１３６まで放射状に延びる第１の端部１３４を有し、第２の端部１３６は、第１の電極１０６の外側境界１３８の一部分を規定する。各ブリッジ部１４０は、第１の電極１０６の中心軸線Ｃから、第１の電極１０６の外側境界１３８の別の部分を規定するブリッジ部１４０の反対側の第２の端部１４４まで放射状に延びる第１の端部１４２を有する。各タブ部１３２はタブ長Ｌ１を有し、各ブリッジ部１４０は、第１の電極１０６の中心軸線Ｃから半径方向に延びるブリッジ長Ｌ２を有する。タブ長Ｌ１は、タブ部１３２の第１の端部１３４から第２の端部１３６までの距離であり、ブリッジ長Ｌ２は、ブリッジ部１４０の第１の端部１４２から第２の端部１４４までの距離である。各タブ部１３２のタブ長Ｌ１は、各ブリッジ部１４０のブリッジ長Ｌ２よりも長い。いくつかの実施形態では、ブリッジ長Ｌ２は、タブ長Ｌ１の２０％から５０％、例えばタブ長Ｌ１の３０％から４０％である。

いくつかの実施形態では、２つ以上のタブ部１３２は、１つ以上のタブ部１３２の対に配置される。タブ部１３２の各対は、互いに正反対に配置された２つのタブ部１３２を含む。いくつかの実施形態では、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、第１の電極１０６の反対側又は端部に配置された２つのタブ部１３２のみを含む。図１及び図２に示されるように、いくつかの実施形態では、第１の電極１０６及び第２の電極１０８はそれぞれ、隣接するタブ部１３２を相互接続する４つのタブ部１３２及び４つのブリッジ部１４０を含む。この実施形態では、４つのタブ部１３２は、互いに正反対に配置された二対のタブ部１３２として配置されている。さらに、図示されるように、第１の端子１３０ａは、タブ部１３２のうちの１つの第２の端部１３６から延びて、タブ部１３２と一体的に形成される。第１の電極１０６及び第２の電極１０８は互いに同軸であるため、第１の電極１０６及び第２の電極１０８の中心軸線Ｃは同一である。

図１～図４に示されるように、第１の電極１０６及び第２の電極１０８の少なくとも１つには、タブ部１３２の第１の端部１３４とブリッジ部１４０の第１の端部１４２との間に形成された中央開口部を有する。図３及び図４に示されるように、第１の電極１０６及び第２の電極１０８はそれぞれ中央開口部１４６を有する。しかし、中央開口部が第２の電極１０８内に提供される場合、第１の電極１０６は中央開口部１４６を含む必要はない。あるいは、中央開口部１４６が第１の電極１０６内に提供される場合、第２の電極１０８は中央開口部を含む必要はない。

図１～図４に示されるように、第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２は、それぞれ、第１の電極１０６及び第２の電極１０８に概ね対応する形状を有する。したがって、第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２は、それぞれ、第１の電極１０６及び第２の電極１０８上の同様の部分に対応するタブ部１７０及びブリッジ部１７４を有する。さらに、第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２は、第１の電極１０６及び第２の電極１０８がその上に配置されたときに、第１の電極１０６及び第２の電極１０８の外周境界１３８にそれぞれ対応する外周境界１７８を有する。

いくつかの実施形態では、第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２は、概して、同一の構造及び組成を含むことを理解されたい。したがって、いくつかの実施形態では、第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２はそれぞれ、接着面１８２及び反対側の非シール面１８６をそれぞれ含む。したがって、いくつかの実施形態では、第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２は、それぞれ、第１の電極１０６及び第２の電極１０８の内側電極面１２８ａ、１２８ｂにそれぞれ接着されたポリマーテープである。

図１～図４に示されるように、人工筋肉１００は、第１の電極１０６の第１の端子１３０ａ及び第２の電極１０８の第２の端子１３０ｂがハウジング１１０の外周境界、すなわち第１のフィルム層１２２及び第２のフィルム層１２４を越えて延びるように組み立てられた形態で示されている。図１に示されるように、第１の電極１０６は、第２の電極１０８の上に積み重ねられており、そのため、第２の電極１０８及び第２のフィルム層１２４は示されていない。人工筋肉１００が組み立てられた形態では、第１の電極１０６、第２の電極１０８、第１の電極絶縁体１１１、及び第２の電極絶縁体１１２は、第１のフィルム層１２２と第２のフィルム層１２４との間に挟まれている。第１のフィルム層１２２は、第１の電極１０６及び第２の電極１０８の外周境界１３８を取り囲む領域で第２のフィルム層１２４に部分的に密封されている。いくつかの実施形態では、第１のフィルム層１２２は、第２のフィルム層１２４にヒートシールされる。具体的には、いくつかの実施形態では、第１のフィルム層１２２は、第２のフィルム層１２４に密封されて、第１の電極１０６及び第２の電極１０８を取り囲む密封部１９０を規定する。第１のフィルム層１２２及び第２のフィルム層１２４は、接着剤、ヒートシール法、又は同等の方法などの、任意の適切な方法で密封されるものであってもよい。

第１の電極１０６、第２の電極１０８、第１の電極絶縁体１１１、及び第２の電極絶縁体１１２は、第１のフィルム層１２２が第２のフィルム層１２４を密封して非密封部１９２を形成するのを防ぐ障壁の役目を提供する。ハウジング１１０の非密封部１９２は、電極対１０４が提供される電極領域１９４と、電極領域１９４によって囲まれる膨張可能な流体領域１９６とを含む。第１の電極１０６及び第２の電極１０８の中央開口部１４６は、 膨張可能な流体領域１９６を形成し、互いに軸線方向に積み重ねられるように配置されている。図示されていないが、ハウジング１１０は、電極対１０４の形状に一致するように切断され、人工筋肉１００の寸法、すなわち、密封部１９０の寸法を縮小するものであってもよい。

誘電性流体１９８は、非密封部１９２内に提供され、第１の電極１０６と第２の電極１０８との間を自由に流れる。本明細書で使用される「誘電性」流体は、電気伝導なしに電気力を伝達する媒体又は材料であり、したがって、電気伝導率が低い。いくつかの非限定的な誘電性流体の例としては、パーフルオロアルカン、変圧器油、及び脱イオン水が含まれる。誘電性流体１９８は、注入針又は他の適切な注入装置を使用して、人工筋肉１００の非密封部１９２に注入されるものであってもよいことを理解されたい。

図３及び図４に示されるように、人工筋肉１００は、非作動状態と作動状態との間で作動可能である。非作動状態では、図３に示されるように、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、それらの中央開口部１４６及びタブ部１３２の第１の端部１３４の近傍で互いに部分的に離間している。タブ部１３２の第２の端部１３６は、ハウジング１１０が第１の電極１０６及び第２の電極１０８の外周１３８で密封されているため、それぞれが所定の位置に留まる。図４に示されるように、作動状態に移行する際、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は互いに接触し、互いに平行に配向されて、誘電性流体１９８を膨張可能な流体領域１９６に押し出す。これにより、誘電性流体１９８は、第１の電極１０６及び第２の電極１０８の中央開口部１４６を流通し、膨張可能な流体領域１９６を膨張させる。

図３を参照すると、人工筋肉１００は、非作動状態で示されている。電極対１０４は、ハウジング１１０の非密封部１９２の電極領域１９４内に提供される。第１の電極１０６及び第２の電極１０８の中央開口部１４６は、膨張可能な流体領域１９６内で同軸に整列される。非作動状態では、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、互いに部分的に離れており、互いに非平行である。第１のフィルム層１２２が電極対１０４の周りで第２のフィルム層１２４に密封されているため、タブ部１３２の第２の端部１３６は互いに接触する。したがって、誘電性流体１９８は、第１の電極１０６と第２の電極１０８との間に提供され、それによって、タブ部１３２の第１の端部１３４を、膨張可能な流体領域１９６の近傍で分離する。別の言い方をすれば、第１の電極１０６のタブ部１３２の第１の端部１３４と第２の電極１０８との間の距離は、第１の電極１０６のタブ部１３２の第２の端部１３６と第２の電極１０８との間の距離よりも大きい。これにより、作動時に電極対１０４が膨張可能な流体領域１９６に向かってジッパーで閉じる如く動作する(zippering)。いくつかの実施形態では、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、可撓性を持つものであってもよい。したがって、図３に示すように、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、そのタブ部１３２の第２の端部１３６は互いに近接したままであるが、中央開口部１４６の近傍で互いに離れることで、凸状の状態となる。非作動状態では 、膨張可能な流体領域１９６は、第１の高さＨ１を有する。

人工筋肉１００が作動すると、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、タブ部１３２の第２の端部１４４から互いにジッパーで閉じる如く動作し(zipper)、それによって、誘電性流体１９８を膨張可能な流体領域１９６に押し出す。図４に示されるように、作動状態にあるとき、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は互いに平行である。作動状態では、誘電性流体１９８は、膨張可能な流体領域１９６に流れ込み、膨張可能な流体領域１９６を膨張させる。したがって、第１のフィルム層１２２及び第２のフィルム層１２４は、反対方向に膨張する。作動状態では、膨張可能な流体領域１９６は、第２の高さＨ２を有し、これは、非作動状態にあるときの膨張可能な流体領域１９６の第１の高さＨ１よりも大きい。図示されていないが、電極対１０４は、非作動状態と作動状態との間の位置となるように部分的に作動されるものであってもよいことを理解されたい。これにより、膨張可能な流体領域１９６の部分的な膨張、及び必要な場合の調整が可能になる。

図４に示されるように、人工筋肉１００の作動中に、１つ又は複数の誘電性流体ポケット１９９が電極対１０４の間に形成される。いくつかの状況では、人工筋肉１００が作動状態である間に、１つ又は複数の誘電性流体ポケット１９９に配置された誘電性流体１９８が最終的に膨張可能な流体領域１９６へ移動するように、人工筋肉１００が非作動状態から作動状態に作動するときに、１つ又は複数の誘電性流体ポケット１９９が一時的に存在することがある。他の状況では、１つ又は複数の誘電性流体ポケット１９９は、人工筋肉１００が作動状態から非作動状態に戻るまで存在することがある。動作中、誘電性流体ポケット１９９は、電極対１０４の応力による絶縁破壊のホットスポットを形成する。言い換えれば、電極対１０４を作動させるために電極対１０４に印加される電圧が、誘電性流体ポケット１９９の第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２のそれぞれの絶縁破壊電圧よりも大きい場合、電気的短絡が発生する可能性がある。理論によって制限されることを意図するものではないが、誘電性流体ポケット１９９での第１及び第２の電極絶縁体１１１、１１２の形状変化（例えば、局所的な材料膨張及び／又は局所的な材料圧縮）は、第１及び第２の電極絶縁体１１１、１１２の両方のポリマー材料に機械的応力を生じさせ、第１及び第２の電極絶縁体１１１、１１２のそれぞれの材料の絶縁破壊電圧を低減し、電極対１０４に印加される電圧が誘電性流体ポケット１９９での第１及び第２の電極絶縁体１１１、１１２のこの低減した絶縁破壊電圧よりも大きくなる可能性を高める。第１及び第２の電極絶縁体１１１、１１２のそれぞれの絶縁破壊電圧の応力による低下によって引き起こされる電気的短絡は、人工筋肉１００の望ましくない故障、特に人工筋肉１００に印加される電圧が増加して負荷の上昇の増加、もしくは大きな負荷の移動の増加を引き起こす。

図５～図８には、人工筋肉１００’が示されている。人工筋肉１００’は、人工筋肉１００に類似している。したがって、同様の構造は、同様の参照番号で示されている。しかしながら、図示されるように、人工筋肉１００’は、第１の電極１０６の内側電極面１２８ａ上に配置された電極絶縁体１１３（例えば、単一の電極絶縁体）を含み、第２の電極１０８の内側電極面１２８ｂ上に配置された電極絶縁体（図１～図４の第２の電極絶縁体１１２など）を含まない。代わりに、内側電極面１２８ｂは、解放された内側電極面である。すなわち、電極対１０４が非作動状態にあるとき、解放された内側電極面１２８ｂは、誘電性流体１９８に曝される。実際、第２の電極１０８の解放された内側電極面１２８ｂは、電極対１０４の作動状態及び非作動状態の両方において、電極絶縁体１１３に面する配向をなすものであってもよい。さらに、電極対１０４が作動状態にあるとき、電極絶縁体１１３は、第２の電極１０８の解放された内側電極面１２８ｂに接触する。

図５～図８に示されるように、電極絶縁体１１３は、１つ又は複数の絶縁層１５０を備え、第１の電極１０６の内側電極面１２８ａ上に配置される。電極絶縁体１１３は、第１の電極１０６及び第２の電極１０８に概ね対応する形状を有する。したがって、電極絶縁体１１３は、第１の電極１０６及び第２の電極１０８上の同様の部分に対応するタブ部１７０及びブリッジ部１７４を含む。電極絶縁体１１３はまた、第１の電極１０６上に配置されたときに第１の電極１０６の外周境界１３８に対応する外周境界１７８を有する。さらに、電極絶縁体１１３が第１の電極１０６上に配置される実施形態が本明細書に記載されているが、電極絶縁体１１３が第２の電極１０８の内側電極面１２８ｂ上に配置され、第１の電極１０６の内側電極面１２８ａは、解放された内側電極面である実施形態が企図されることを理解されたい。図７及び図８に示されるように、いくつかの実施形態においては、電極絶縁体１１３は、第１の電極１０６の内側電極面１２８ａ上に配置された第１の絶縁層１５０ａ及び第１の絶縁層１５０ａ上に配置された第２の絶縁層１５０ｂなどの複数の絶縁層１５０を備える。各絶縁層１５０は、１つ又は複数のポリマー材料を含むものであってもよい。

再び図１～図８を参照すると、電極絶縁体１１３は、第１の電極絶縁体１１１及び第２の電極絶縁体１１２のそれぞれよりも大きな厚さを個別に持つが、第１及び第２の電極絶縁体１１１の総厚と等しい厚さを備えるものであってもよい。したがって、比較すると、人工筋肉１００、１００’は、同じ電極絶縁体厚さを有するものであってもよく、それらが同じ材料からなる場合には、同じ絶縁破壊電圧を有するものであってもよい。しかしながら、第２の電極１０８の内側電極面１２８ｂが解放された面となるように、電極絶縁体１１３を第１の電極１０６上に配置することにより、電極絶縁体１１３は、作動中に１つ又は複数の誘電性流体ポケット１９９が形成されるときに発生する絶縁破壊電圧が減少することによって誘起される応力に対してより耐性のあるものとなる。

図８を参照すると、誘電性流体ポケット１９９が人工筋肉１００’中に描かれている。図４に関して上述したように、誘電性流体ポケット１９９は、電極対１０４の応力による絶縁破壊のホットスポットである。理論によって制限されることを意図するものではないが、誘電性流体ポケット１９９での電極絶縁体１１３の形状変化（例えば、局所的な材料膨張及び／又は局所的な材料圧縮）は、電極絶縁体１１３の材料に機械的応力を生じさせ、電極絶縁体１１３の材料の絶縁破壊電圧を低減する。しかし、電極絶縁体１１３は単一の電極上に配置されるため、電極絶縁体１１３は、第１及び第２の電極１１１、１１２のそれぞれと同等の機械的応力を誘電体流体ポケット１９９で受ける（比較のために、同一寸法及び同一形状の誘電性流体ポケット１９９を想定）。したがって、理論によって制限されることを意図するものではないが、電極絶縁体１１３の絶縁破壊電圧の低下は、第１及び第２の電極絶縁体１１１、１１２のうちの１つの絶縁破壊電圧の低下に等しい。言い換えれば、絶縁破壊電圧の応力による低下は、第１及び第２の電極絶縁体１１１、１１２と比較した場合、電極絶縁体１１３を使用することによって半減する。これは、絶縁破壊電圧の応力による低下に抵抗する際の人工筋肉１００’の実効性を高める。これにより、動作中、人工筋肉１００’が故障することなく増加した電圧で動作することが可能となり、人工筋肉１００’が負荷に加えることができる力の量が増加する。

図９及び図１０に示されるように、いくつかの実施形態では、電極絶縁体１１３の１つ又は複数の絶縁層１５０は、それぞれ、絶縁二重層１５２を備える。特に、各絶縁二重層１５２は、ポリ（アクリル酸エチルアクリルアミド(ethylacrylate acrylamide)）などのアクリル系ポリマー層１５４、及び二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）層１５６を含むものであってもよい。絶縁二重層１５２は、厚さあたりの高い絶縁破壊電圧を備え、したがって、高電圧の電気的破壊に耐性があり、したがって、高電圧で動作する薄厚の人工筋肉の形成を容易にし、作動力の増加を促進する。

図９及び図１０に示されるように、アクリル系ポリマー層１５４は、第１の電極１０６及びＢＯＰＰ層１５６の両方に接着された接着層（例えば、アクリルエマルジョン型接着剤）である。いくつかの実施形態においては、アクリル系ポリマー層１５４はポリ（アクリル酸エチルアクリルアミド）を備える。しかしながら、モノ（アクリル酸エチルアクリルアミド）、ポリ（アクリル酸メチルアクリルアミド）、モノ（アクリル酸メチルアクリルアミド）、ポリ（アクリル酸プロピルアクリルアミド）、モノ（アクリル酸プロピルアクリルアミド）、ポリ（アクリル酸ブチルアクリルアミド）、モノ（アクリル酸ブチルアクリルアミド）、ポリ（アクリル酸ペンチルアクリルアミド）、モノ（アクリル酸ペンチルアクリルアミド）、ポリ（アクリル酸ヘキシルアクリルアミド）、モノ（アクリル酸ヘキシルアクリルアミド）、又は同種のアクリル系ポリマー材料が企図されていることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、１つ又は複数の絶縁層１５０は、複数の絶縁二重層１５２（図９）を備え、他の実施形態では、前記１つ又は複数の絶縁層１５０は、単一の絶縁二重層１５２（図１０）を含むものであってもよい。例えば、図９に示される実施形態では、第１の絶縁層１５０ａは、第１の電極１０６上に配置された第１のアクリル系ポリマー層１５４ａと、第１のアクリル系ポリマー層１５４ａ上に配置された第１のＢＯＰＰ層１５６ａとを含む第１の絶縁二重層１５２ａを備え、第２の絶縁層１５０ｂは、第１のＢＯＰＰ層１５６ａ上に配置された第２のアクリル系ポリマー層１５４ｂと、第２のアクリル系ポリマー層１５４ｂ上に配置された第２のＢＯＰＰ層１５６ｂとを含む第２の絶縁二重層１５２ｂを備える。

さらに図９及び図１０に示されるように、電極絶縁体１１３は５０μｍ以下、例えば、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下の厚さＴＩを備えるものであってもよく、又はこれらの厚さのいずれか２つを終点とする任意の範囲であってもよい。さらに、電極絶縁体１１３の１つ又は複数の絶縁層１５０が１つ又は複数の絶縁二重層１５２を備える実施形態では、アクリル系ポリマー層１５４の厚さは、ＢＯＰＰ層１５６の厚さの例えば２～５倍など、１．５～１０倍よりも大きい。さらに、理論によって制限されることを意図するものではないが、各絶縁二重層１５２は、厚さ当たりの絶縁破壊電圧が１ｋＶ／μｍ以上、１．２ｋＶ／μｍ以上、１．５ｋＶ／μｍ以上、２ｋＶ／μｍ以上などである。実際、各絶縁二重層１５２は、０．７５～２．５ｋＶ／μｍの範囲、例えば、０．８ｋＶ／μｍ、０．９ｋＶ／μｍ、１．０ｋＶ／μｍ、１．１ｋＶ／μｍ、１．２ｋＶ／μｍ、１．３ ｋＶ／μｍ、１．４ｋＶ／μｍ、１．５ｋＶ／μｍ、１．６ｋＶ／μｍ、１．７ｋＶ／μｍ、１．８ｋＶ／μｍ、１．９ｋＶ／μｍ、２．０ｋＶ／μｍ、２．１ｋＶ／μｍ、２．２ｋＶ／μｍ 、２．３ｋＶ／μｍ、２．４ｋＶ／μｍの厚さあたりの絶縁破壊電圧を備え、又はこれらの絶縁破壊電圧のいずれか２つを終点とする任意の範囲である。さらに、理論や、アクリル系ポリマー層１５４及びＢＯＰＰ層１５６を含む絶縁二重層１５２の絶縁破壊電圧によって制限されることを意図するものではないが、絶縁二重層１５２の厚さは、短絡することなく増加させた電圧により、人工筋肉１００’を動作させることができ、より強力な人工筋肉の形成を促進する。例えば、絶縁二重層１５２は、１０ｋＶ以上、例えば、１１ｋＶ以上、１２ｋＶ以上、１５ｋＶ以上、２０ｋＶ以上などの絶縁破壊電圧に対して耐性がある。

理論によって制限されることを意図するものではないが、動作中、人工筋肉１００’によって加えられるアクチュエータ力は、電極絶縁体１１３の厚さＴＩに反比例し、印加電圧の二乗に正比例する。したがって、アクリル系ポリマー層１５４及びＢＯＰＰ層１５６などの大きな印加電位下で電気的短絡に耐性のある材料を使用しながら、電極絶縁体１１３の厚さを減らすことにより、達成可能なアクチュエータ力の増加が容易になる。さらに、上記のように、電極絶縁体１１３を第１の電極１０６上に配置し、第２の電極１０８を誘電性流体１９８に曝露したままにすることにより、この配置が、応力による絶縁体材料の絶縁破壊電圧の低下によって引き起こされる電気的短絡に対して人工筋肉１００’を強化するので、絶縁体の厚さがさらに減少する。

図１～図８に示されるように、人工筋肉１００、１００’の第１の電極１０６及び第２の電極１０８を互いに移動させるために、電圧が電源（図１１の電源４０８など）によって印加される。第１の電極１０６と第２の電極１０８との間に生じる引力は、誘電性流体１９８を膨張可能な流体領域１９６に押し出す。人工筋肉１００において、膨張可能な流体領域１９６内の誘電性流体１９８からの圧力は、第１のフィルム層１２２及び第１の電極絶縁体１１１を、第１の電極１０６の中心軸線Ｃに沿った第１の軸線方向に変形させ、第２のフィルム層１２４及び第２の電極絶縁体１１２を、第２の電極１０８の中心軸線Ｃに沿った反対方向の第２の軸線方向に変形させる。人工筋肉１００’において、膨張可能な流体領域１９６内の誘電性流体１９８からの圧力は、第１のフィルム層１２２及び電極絶縁体１１３を、第１の電極の中心軸線Ｃに沿った第１の軸線方向に変形させ、及び、第２のフィルム層１２４を第２の電極１０８の中心軸線Ｃに沿った第２の軸線方向に変形させる。両方の人工筋肉１００、１００’で、第１の電極１０６及び第２の電極１０８に供給される電圧が断たれると、第１の電極１０６及び第２の電極１０８は、非作動状態時の、初期の非平行位置に戻る。

本明細書に開示される人工筋肉１００、１００’の実施形態、具体的には、相互接続するブリッジ部１４０を備えたタブ部１３２は、Ｅ．Ａｃｏｍｅ、Ｓ．Ｋ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ、Ｔ．Ｇ．Ｍｏｒｒｉｓｓｅｙ、Ｍ．Ｂ．Ｅｍｍｅｔｔ、Ｃ．Ｂｅｎｊａｍｉｎ、Ｍ．Ｋｉｎｇ、 Ｍ．Ｒａｄａｋｏｖｉｔｚ、及びＣ．Ｋｅｐｌｉｎｇｅｒによる「筋肉のような性能を備えた油圧増幅式自己修復静電アクチュエータ」（Ｓｃｉｅｎｃｅ ０５ Ｊａｎ ２０１８：Ｖｏｌ．３５９、Ｉｓｓｕｅ ６３７１、ｐｐ．６１－６５）というタイトルの論文に記載されている油圧増幅式自己修復静電（ＨＡＳＥＬ）アクチュエータなどの、タブ部１３２を含まないアクチュエータに比べて多くの改善を提供することを理解されたい。第１の電極１０６及び第２の電極１０８のそれぞれに二対のタブ部１３２を個々に含む人工筋肉１００の実施形態は、人工筋肉１００の全体的な質量及び厚さを低減し、作動中に必要な電圧の量を低減し、均一で半径方向に延びる幅を有するドーナツ形の電極を含む既知のＨＡＳＥＬアクチュエータと比較して、作動後に生じる力の量を減少させることなく、人工筋肉１００の総体積を減少させる。より具体的には、人工筋肉１００のタブ部１３２は、ドーナツ型電極を含むＨＡＳＥＬアクチュエータと比較して、人工筋肉１００の局所的かつ均一な油圧作動を提供することによって作動力の増加をもたらすジッピング面を提供する。具体的には、一対のタブ部１３２は、ドーナツ型のＨＡＳＥＬアクチュエータと比較して、単位体積あたり２倍の量のアクチュエータ力を提供し、一方、二対のタブ部１３２は、単位体積あたり４倍の量のアクチュエータ力を提供する。タブ部１３２を相互接続するブリッジ部１４０はまた、作動中に隣接するタブ部１３２間の距離を維持することによって、タブ部１３２の座屈を制限する。ブリッジ部１４０はタブ部１３２と一体的に形成されているため、ブリッジ部１４０はまた、破裂のリスクを増大させる取り付け位置を排除することによって、タブ部１３２間の漏れを防止する。

動作中、電圧を提供し、その電圧を人工筋肉１００の電極対１０４に印加することによって人工筋肉１００、１００’が作動されるとき、膨張可能な流体領域１９６の膨張は、５ニュートンミリメートル（Ｎ．ｍｍ）／立方センチメートル（ｃｍ３）以上のアクチュエータ容積の力、例えば８Ｎ．ｍｍ／ｃｍ３以上、１０Ｎ．ｍｍ／ｃｍ３以上、１２Ｎ．ｍｍ／ｃｍ３以上、１５Ｎ．ｍｍ／ｃｍ３以上、２０Ｎ．ｍｍ／ｃｍ３以上などの力を生成する。電圧の提供は、例えば、電源４０８（図４及び図１１）が電池である実施形態においては、電圧を生成することを含み、例えば、電源４０８（図４及び図１１）が電力アダプタである実施形態においては、電圧を変換することを含むものであってもよく、又は印加用の電圧を準備するための他の既知の若しくはまだ開発されていない技術であってもよい。

さらに、第１の電極１０６及び第２の電極１０８の寸法は、誘電性流体１９８の変位量に比例する。したがって、膨張可能な流体領域１９６内でより大きな変位が望まれる場合、電極対１０４の寸法は膨張可能な流体領域１９６の寸法に伴って増加する。膨張可能な流体領域１９６の寸法は、第１の電極１０６内及び第２の電極１０８内の中央開口部１４６によって定義されることを理解されたい。膨張可能な流体領域１９６の変位の度合いは、代替的に、又は追加で、中央開口部１４６の寸法を増加又は減少させることによって制御するものであってもよい。

図１１に示されるように、作動システム４００は、人工筋肉１００、１００’を操作するために提供される。作動システム４００は、コントローラ４１０、操作デバイス４０６、電源４０８、ディスプレイ装置４０２、ネットワークインタフェースハードウェア４０４、及びこれらの構成要素を通信可能に結合する通信経路４０１を備えるものであってもよい。コントローラ４１０は、プロセッサ４１２と、様々な構成要素が通信可能に結合されている非一時的な電子メモリ４１４とを備える。いくつかの実施形態では、プロセッサ４１２及び非一時的な電子メモリ４１４及び／又は他の構成要素は、単一のデバイス内に含まれる。他の実施形態では、プロセッサ４１２及び非一時的電子メモリ４１４及び／又は他の構成要素は、通信可能に結合された複数のデバイス間で分散されるものであってもよい。コントローラ４１０は、一連の機械可読命令を格納する非一時的な電子メモリ４１４を含む。プロセッサ４１２は、非一時的な電子メモリ４１４に格納された機械可読命令を実行する。非一時的電子メモリ４１４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、又は機械可読命令がプロセッサ４１２によってアクセスされるように機械可読命令を記憶することができる任意のデバイスを含むものであってもよい。したがって、本明細書で説明される作動システム４００は、任意の従来のコンピュータプログラミング言語で、事前にプログラムされたハードウェア要素として、又はハードウェアとソフトウェアのコンポーネントの組み合わせとして実装できるものであってもよい。非一時的電子メモリ４１４は、１つのメモリモジュール又は複数のメモリモジュールとして実装されるものであってもよい。いくつかの実施形態では、非一時的電子メモリ４１４は、作動システム４００の機能を実行するための命令を含む。命令は、人工筋肉１００を作動させるための命令を含むものであってもよい。

プロセッサ４１２は、機械可読命令を実行することができる任意のデバイスであってもよい。例えば、プロセッサ４１２は、集積回路、マイクロチップ、コンピュータ、又は任意の他のコンピューティングデバイスであってもよい。非一時的電子メモリ４１４及びプロセッサ４１２は、作動システム４００の様々な構成要素及び／又はモジュール間の信号相互接続性を提供する通信経路４０１に結合される。したがって、通信経路４０１は、任意の数のプロセッサと互いに通信可能に結合するものであってもよく、通信経路４０１に結合されたモジュールが分散コンピューティング環境で動作できるものであってもよい。具体的には、各モジュールは、データを送信及び／又は受信することができるノードとして動作するものであってもよい。本明細書で使用されるように、「通信可能に結合」という用語は、結合された構成要素が、例えば、導電性媒体を介した電気信号、空気を介した電磁信号、光導波路を介した光信号などの、データ信号を交換できることを意味する。

図１１に示されるように、通信経路４０１は、プロセッサ４１２と、コントローラ４１０の非一時的電子メモリ４１４を、１つ又は複数のセンサ４０５などの作動システム４００の他の複数の構成要素と通信可能に結合する。例えば、図１１に示される作動システム４００は、操作デバイス４０６及び電源４０８と通信可能に結合されたプロセッサ４１２及び非一時的電子メモリ４１４を含む。

操作デバイス４０６は、ユーザが人工筋肉１００の操作を制御することを可能にする。いくつかの実施形態では、操作デバイス４０６は、ユーザ操作を提供するためのスイッチ、トグル、ボタン、又は制御の任意の組み合わせであってもよい。操作デバイス４０６は、通信経路４０１が操作デバイス４０６を作動システム４００の他のモジュールに通信可能に結合するように、通信経路４０１に結合される。

電源４０８（例えば、電池）は、人工筋肉１００に電力を供給する。いくつかの実施形態では、電源４０８は、再充電可能な直流電源である。電源４０８は、人工筋肉１００に電力を供給するための単一の電源又は電池であり得ることを理解されたい。電力アダプタ（図示せず）が提供され、電源４０８を介して人工筋肉１００に電力を供給するためのワイヤリングハーネスなどを介して電気的に結合されるものであってもよい。実際、電源４０８は、あるレベル（例えば、ある電圧、電力レベル、又は電流）で電力を受け取り、第２のレベル（例えば、 第２の電圧、電力レベル、又は電流）で電力を出力することができる。

いくつかの実施形態では、作動システム４００は表示デバイス４０２も含む。表示デバイス４０２は、通信経路４０１が表示デバイス４０２を作動システム４００の他のモジュールに通信可能に結合するように、通信経路４０１に結合される。表示デバイス４０２は、人工筋肉１００の作動状態又は人工筋肉１００の作動状態の変化の指示に応答して通知を出力するものであってもよい。さらに、表示デバイス４０２は、光学情報を提供することに加えて、タッチスクリーンであってもよく、表示デバイス４０２の表面上又は近接位置での触覚入力の存在及び位置を検出する。したがって、表示デバイス４０２は操作デバイス４０６を含むものであってもよく、表示デバイス４０２によって提供される光出力によって機械的入力を直接受け取ることができる。

いくつかの実施形態では、作動システム４００は、ネットワーク４６０を介して作動システム４００を携帯デバイス４７０に通信可能に結合するためのネットワークインタフェースハードウェア４０４を含む。携帯デバイス４７０は、スマートフォン、タブレット、パーソナルメディアプレーヤ、又はワイヤレス通信機能を含むその他の電気機器を含むものであってもよいが、それらに限定されない。携帯デバイス４７０が提供される場合、操作デバイス４０６の代わりに、コントローラ４１０にユーザ命令を提供するのに用いられるものであってもよいことを理解されたい。したがって、ユーザは、操作デバイス４０６の制御を利用して人工筋肉１００を制御するためのプログラムを制御又は設定することができる。したがって、ネットワーク４６０を介してコントローラ４１０と無線で通信する携帯デバイス４７０を介して、人工筋肉１００を遠隔制御することができる。

ここで、本明細書に記載の実施形態は、第１の電極の内側電極面に電極絶縁体を含む人工筋肉に向けられ、第２の電極の内側電極面は、電極絶縁体に面する解放された内側電極面であり、人工筋肉が非作動状態にあるときに誘電性流体に晒されることを理解されたい。電極対の一方だけに電極絶縁体を配置すると、電極絶縁体の非対称性が形成され、応力下での電極絶縁体の材料の絶縁破壊電圧の低下が緩和され、人工筋肉がより多くの重量を持ち上げることを可能とし、絶縁破壊短絡に対する信頼性が向上する。

「実質的に」及び「約」という用語は、本明細書では、任意の定量的な比較、値、測定、又は他の表現に起因する固有の不確実性の程度を表すために使用され得ることに留意されたい。これらの用語はまた、問題の主題の基本的な機能に変化をもたらすことなく、記載された参照から定量的な表現が変化し得る程度を表すために本明細書で使用される。

本明細書では特定の実施形態が図示及び説明されているが、特許請求される主題の範囲から逸脱することなく、他の様々な変更及び修正を行うことができることを理解されたい。さらに、特許請求される主題の様々な態様が本明細書に記載されているが、そのような態様を組み合わせて利用する必要はない。したがって、添付の特許請求の範囲は、請求項の主題の範囲内にあるそのような全ての変更及び修正を網羅することが意図されている。

Claims (20)

1. 電極領域及び膨張可能な流体領域を備えるハウジングと、
   前記ハウジング内に収容される誘電性流体と、
   前記ハウジングの前記電極領域内に配置され、第１の電極及び第２の電極を備える電極対と、
   １つ又は複数の絶縁層を備えた電極絶縁体と、を備え、
   前記電極絶縁体は、前記電極対の前記第１の電極の内側電極面上に配置され、
   前記第２の電極は、前記電極対が非作動状態にあるときに、前記誘電性流体に露出される解放された内側電極面を備え、
   前記電極対は、前記非作動状態と作動状態との間で作動可能であり、前記非作動状態から前記作動状態への作動は、前記誘電性流体を前記膨張可能な流体領域に導くことで、前記膨張可能な流体領域を膨張させる、
   人工筋肉。
2. 前記第２の電極の前記解放された内側電極面は、前記電極絶縁体に面する配向をなす、請求項１に記載の人工筋肉。
3. 前記電極絶縁体の前記１つ又は複数の絶縁層は、１つ又は複数の絶縁二重層を備え、各絶縁二重層は、第１の電極上に配置されたアクリル系ポリマー層と、前記アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）層とを備える、請求項１に記載の人工筋肉。
4. 前記アクリル系ポリマー層は、ポリ（アクリル酸エチルアクリルアミド）を含む、請求項３に記載の人工筋肉。
5. 前記アクリル系ポリマー層は、前記第１の電極及び前記ＢＯＰＰ層に接着された接着層である、請求項３に記載の人工筋肉。
6. 前記電極絶縁体の前記１つ又は複数の絶縁層は、前記第１の電極の前記内側電極面上に配置された第１の絶縁層を備え、前記人工筋肉は、前記第１の絶縁層上に配置された第２の絶縁層をさらに備える、請求項１に記載の人工筋肉。
7. 前記第１の絶縁層は、前記第１の電極の前記内側電極面上に配置される第１のアクリル系ポリマー層と、前記第１のアクリル系ポリマー層上に配置される第１の二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）層とを備える第１の絶縁二重層とを備え、
   前記第２の絶縁層は、前記第１のＢＯＰＰ層上に配置される第２のアクリル系ポリマー層と、前記第２のアクリル系ポリマー層上に配置される第２のＢＯＰＰ層とを備える第２の絶縁二重層を備える、
   請求項６に記載の人工筋肉。
8. 前記第１のアクリル系ポリマー層及び前記第２のアクリル系ポリマー層は、それぞれ、ポリ（アクリル酸エチルアクリルアミド）を含む、請求項７に記載の人工筋肉。
9. 前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ、２つ以上のタブ部分及び２つ以上のブリッジ部を備え、
   前記２つ以上のブリッジ部のそれぞれは、隣接するタブ部分を相互接続し、
   前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくとも１つは、前記２つ以上のタブ部分の間に配置され、前記膨張可能な流体領域を取り囲む中央開口部を備える、
   請求項１に記載の人工筋肉。
10. 前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ、二対のタブ部及び二対のブリッジ部を含み、各ブリッジ部は、一対の隣接するタブ部に隣接して相互接続し、各タブ部は、対向するタブ部と正反対に対向する、請求項９に記載の人工筋肉。
11. 前記電極対が前記非作動状態にあるとき、前記第１の電極及び前記第２の電極は互いに非平行であり、
    前記電極対が前記作動状態にあるとき、前記第１の電極及び前記第２の電極は互いに平行であり、それにより、前記非作動状態から前記作動状態に作動するときには、前記第１の電極及び前記第２の電極は、互いの方に向かって、また前記ハウジングの前記膨張可能な流体領域に向かってジッパーで閉じる如く動作するように構成される、
    請求項１に記載の人工筋肉。
12. 前記電極対が前記作動状態にあるとき、前記電極絶縁体は、前記第２の電極の前記解放された内側電極面に接触する、請求項１１に記載の人工筋肉。
13. 人工筋肉を作動する方法であって、
    人工筋肉の電極対に電気的に結合された電源を使用して電圧を提供することを有し、前記人工筋肉は、
    電極領域及び膨張可能な流体領域を備えるハウジングであって、該ハウジングの電極領域内に、第１の電極と第２の電極を有する電極対が収容されているハウジングと、
    前記ハウジング内に収容される誘電性流体と、
    １つ又は複数の絶縁層を備えた電極絶縁体と、を備え、
    前記電極絶縁体は、前記第１の電極の内側電極面上に配置され、
    前記第２の電極は、前記電極対が非作動状態にあるときに、前記誘電性流体に露出される解放された内側電極面を備え、
    前記人工筋肉の前記電極対に電圧を印加することを有し、これによって前記電極対を前記非作動状態から作動状態に作動させて、前記誘電性流体を前記ハウジングの前記膨張可能な流体領域に導いて、前記膨張可能な流体領域を膨張させる、
    人工筋肉の作動する方法。
14. 前記第２の電極の前記解放された内側電極面は、前記電極絶縁体に面する配向をなす、請求項１３に記載の方法。
15. 前記電極絶縁体の前記１つ又は複数の絶縁層は、第１の電極上に配置されたアクリル系ポリマー層と、前記アクリル系ポリマー層上に配置された二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）層とを備えた絶縁二重層を備える、請求項１３に記載の方法。
16. 前記アクリル系ポリマー層は、ポリ（アクリル酸エチルアクリルアミド）を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記電極絶縁体の前記１つ又は複数の絶縁層は、前記第１の電極の前記内側電極面上に配置される第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に配置される第２の絶縁層とを備え、
    前記第１の絶縁層は、前記第１の電極上に配置される第１のアクリル系ポリマー層と、前記第１のアクリル系ポリマー層上に配置される第１の二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）層とを備える第１の絶縁二重層を備え、
    前記第２の絶縁層は、前記第１のＢＯＰＰ層上に配置される第２のアクリル系ポリマー層と、前記第２のアクリル系ポリマー層上に配置される第２のＢＯＰＰ層とを備える第２の絶縁二重層を備える、
    請求項１５に記載の方法。
18. 電極領域及び膨張可能な流体領域を備えるハウジングと、
    前記ハウジング内に収容される誘電性流体と、
    前記ハウジングの前記電極領域内に配置され、第１の電極及び第２の電極を備える電極対と、
    １つ又は複数の絶縁層を備える電極絶縁体と、を備え、
    前記電極絶縁体は、前記第１の電極の内側電極面上に配置され、
    前記第２の電極は、前記電極絶縁体に面する解放された内側電極面を備え、
    前記電極対は、非作動状態と作動状態との間で作動可能であり、前記非作動状態から前記作動状態への作動は、前記誘電性流体を前記膨張可能な流体領域に導くことで、前記膨張可能な流体領域を膨張させる、
    人工筋肉。
19. 前記電極絶縁体の前記１つ又は複数の絶縁層は、前記第１の電極の前記内側電極面上に配置される第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に配置される第２の絶縁層とを備え、
    前記第１の絶縁層は、前記第１の電極の前記内側電極面上に配置される第１のアクリル系ポリマー層と、前記第１のアクリル系ポリマー層上に配置される第１の二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）層とを備える第１の絶縁二重層を備え、
    前記第２の絶縁層は、前記第１のＢＯＰＰ層上に配置される第２のアクリル系ポリマー層と、前記第２のアクリル系ポリマー層上に配置される第２のＢＯＰＰ層とを備える第２の絶縁二重層とを備える、
    請求項１８に記載の人工筋肉。
20. 前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ、２つ以上のタブ部分及び２つ以上のブリッジ部を備え、
    前記２つ以上のブリッジ部のそれぞれは、隣接するタブ部分を相互接続し、
    前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくとも１つは、前記２つ以上のタブ部分の間に配置され、前記膨張可能な流体領域を取り囲む中央開口部を備える、
    請求項１８に記載の人工筋肉。

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