JP6605005B2 - バイオニックアーム及びバイオニックアームを採用するロボット - Google Patents

バイオニックアーム及びバイオニックアームを採用するロボット Download PDF

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Description

本発明は、アクチュエータに関し、特にカーボンナノチューブを含むバイオニックアーム及びバイオニックアームを採用するロボットに関する。
アクチュエータは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換させるデバイスである。また、アクチュエータは、電歪アクチュエータ、電磁気アクチュエータ及び電熱アクチュエータの３種類に分類することができる。従来の電熱アクチュエータは、ポリマーを主体とするフィルム状の構造体であるため、電流によって、ポリマーの温度を上昇させて体積を膨張させる。これにより、電熱アクチュエータを動作させる。従って、電熱アクチュエータの材料は、優れた導電性、柔軟性、熱安定性を有する必要がある。
従来の技術においては、カーボンナノチューブを含む複合材料を採用して、電熱アクチュエータ用の電熱複合構造体を形成することがある。具体的には、カーボンナノチューブを含む電熱複合構造体は、柔軟性を有する高分子構造体及び該柔軟性を有する高分子構造体に分散されたカーボンナノチューブを含む。カーボンナノチューブを含む電熱複合構造体に通電して熱を発生させ、カーボンナノチューブを含む電熱複合構造体の体積を膨張させ、湾曲させ、電熱アクチュエータを動作させる。しかし、電熱複合構造体の変形量は制限があり、しかも反応速度が遅い。
中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書
本発明の目的は、前記課題を解決するための大きい変形量及び速い反応速度を有する指を含むバイオニックアーム及びバイオニックアームを採用するロボットを提供することである。
本発明のバイオニックアームはバイオニックパームを含み、バイオニックパームは少なくとも一つの指を含み、少なくとも一つの指はアクチュエータを含み、アクチュエータはカーボンナノチューブ構造体と、二酸化バナジウム構造体と、を含み、カーボンナノチューブ構造体及び二酸化バナジウム構造体は積層して設置される。
本発明のバイオニックアームは、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムは、二酸化バナジウム構造体の内部に設置され、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムと二酸化バナジウム構造体とは複合構造体が形成され、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムはカーボンナノチューブ構造体と間隔をあけて設置される。
本発明バイオニックアームを採用するロボットは本体と、本体に設置される操作システムと、を含み、本体はバイオニックアームと、レーザーと、を含み、バイオニックアームはバイオニックパームを含み、レーザーはバイオニックパームを加熱することに用いられ、バイオニックアームはアクチュエータを含み、アクチュエータはカーボンナノチューブ構造体と、二酸化バナジウム構造体と、を含み、カーボンナノチューブ構造体及び二酸化バナジウム構造体は積層して設置される。
従来の技術に比べて、本発明のバイオニックアームは以下の優れる点がある。バイオニックアームにおける指はカーボンナノチューブ構造体と、二酸化バナジウム構造体と、を含む。カーボンナノチューブ構造体及び二酸化バナジウム構造体は積層して複合構造体を形成する。二酸化バナジウム構造体が相転移する際、二酸化バナジウム構造体の変形量は大きく、且つ反応速度は速い。これにより、バイオニックアームの指の変形量は大きく、且つ反応速度は速い。
本発明の実施例１におけるアクチュエータの構造を示す図である。 本発明の実施例１におけるアクチュエータの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例２におけるアクチュエータの構造を示す図である。 本発明の実施例２におけるアクチュエータの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例３におけるアクチュエータの構造を示す図である。 本発明の実施例３におけるアクチュエータの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例４におけるアクチュエータの構造を示す図である。 本発明の実施例４におけるアクチュエータの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例５におけるアクチュエータの構造を示す図である。 本発明の実施例６におけるアクチュエータの応用システムの構造を示す図である。 本発明の実施例６におけるアクチュエータの応用システムの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例６におけるアクチュエータの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 本発明の実施例６におけるアクチュエータの局部のＳＥＭ写真である。 本発明の実施例６におけるアクチュエータの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。 本発明の実施例６におけるアクチュエータのＥＤＸ（ＥＤＸ）（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ）スペクトルである。 本発明の実施例６におけるアクチュエータのラマン散乱スペクトルである。 本発明の実施例７におけるアクチュエータの応用システムの構造を示す図である。 本発明の実施例８におけるアクチュエータの応用システムの構造を示す図である。 本発明の実施例８におけるアクチュエータの局部のＳＥＭ写真である。 本発明の実施例８におけるアクチュエータのＥＤＳスペクトルである。 本発明の実施例８における３２℃から４６℃まで加熱する際の湾曲のアクチュエータの光学写真である。 温度は常温２６℃及び５０℃である際、実施例８におけるアクチュエータのラマン散乱スペクトルである。 本発明の実施例９におけるアクチュエータシステムの構造を示す図である。 本発明の実施例１０における温度検出システムの構造を示す図である。 本発明の実施例１１における温度検出システムの構造を示す図である。 本発明の実施例１１におけるアクチュエータのＳＥＭ写真である。 本発明の実施例１１における温度検出システム２０Ａを採用して、人体温度をテストする結果を示す図である。 本発明の実施例１２におけるロボットの構造を示す図である。 本発明の実施例１２におけるバイオニックアームの光学写真である。 本発明の実施例１２におけるバイオニックアームによって紙を移動する光学写真である。 本発明の実施例１３におけるバイオニック昆虫の構造を示す図である。 本発明の実施例１３におけるバイオニック昆虫の光学写真である。 本発明の実施例１３におけるバイオニック昆虫がウイングを振動する光学写真である。 本発明の実施例１３におけるバイオニック蝶の光学写真である。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１を参照すると、実施例１はアクチュエータ１１を提供する。アクチュエータ１１は、カーボンナノチューブ構造体１１０と、二酸化バナジウム構造体１１１と、を含む。カーボンナノチューブ構造体１１０及び二酸化バナジウム構造体１１１は積層して設置される。カーボンナノチューブ構造体１１０は発熱或いは熱を吸収することによって、二酸化バナジウム構造体１１１に熱を伝達して、二酸化バナジウム構造体１１１を二酸化バナジウム構造体１１１の表面と平行する方向（二酸化バナジウム構造体１１１の厚さと垂直する方向）に沿って収縮させ、アクチュエータ１１を湾曲させる。カーボンナノチューブ構造体１１０は二酸化バナジウム構造体１１１をサポートして、且つ加熱することに用いる。カーボンナノチューブ構造体１１０が高い光熱変換効率、高い電熱変換効率及び小さな熱容量を有するので、アクチュエータ１１に速い反応速度を有することができる。
二酸化バナジウム構造体１１１の厚さ及び形状は制限されず、必要に応じて選択できる。二酸化バナジウム構造体１１１の厚さは１００ｎｍ〜５００μｍであってもよい。好ましくは、二酸化バナジウム構造体１１１の厚さは１μｍ〜１０μｍである。二酸化バナジウム構造体１１１の厚さが１５０ｎｍである際、二酸化バナジウム構造体１１１の光透過率は４０％である。二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度は６８℃である。二酸化バナジウム構造体１１１の温度が二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度より小さい際、例えば、室温で二酸化バナジウム構造体１１１は絶縁相を呈する。この際、二酸化バナジウム構造体１１１は絶縁体である。二酸化バナジウム構造体１１１の温度が二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度に達した後、二酸化バナジウム構造体１１１は絶縁相から金属相に変化し、且つ金属相のｃ軸方向に沿って体積を収縮する。相転移前後の二酸化バナジウム構造体１１１の体積収縮率は１％〜２％である。金属相に変化した後の二酸化バナジウム構造体１１１の体積仕事密度（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｗｏｒｋ ｄｅｎｓｉｔｙ）は７Ｊ/ｃｍ３〜２８Ｊ/ｃｍ３であり、その弾性率は１４０Ｇｐａである。カーボンナノチューブ構造体１１０の体積が変化しないので、アクチュエータ１１を二酸化バナジウム構造体１１１の側に向かって湾曲させる。二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度より小さい温度に下がる際、二酸化バナジウム構造体１１１は金属相から絶縁相に変化して、アクチュエータ１１の形状は初期の形状に戻る。二酸化バナジウム構造体１１１は絶縁相から金属相に変化した後、二酸化バナジウム構造体１１１及びカーボンナノチューブ構造体１１０からなる複合構造体の抵抗値は１１％を減少する。
アクチュエータ１１の初期の形状は平面状或いは曲面状であってもよい。アクチュエータ１１の初期の形状が平面状である際、アクチュエータ１１は二酸化バナジウム構造体１１１の側に向かって湾曲して、アクチュエータ１１の形状を曲面状に変える。アクチュエータ１１の初期の形状が曲面状である際、アクチュエータ１１は二酸化バナジウム構造体１１１の側に向かってさらに湾曲して、初期の曲面の曲率半径を大きくさせる。
二酸化バナジウム構造体１１１は元素がドープされた二酸化バナジウム構造体であってもよい。元素がドープされることによって、二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度を変えることができる。ドープされる元素は、タングステン、モリブデン、アルミニウム、リン、ニオブ、タリウム、フッ素の中のいずれか一種である。ドープされる元素の重量比は０．５％〜５％である。原子の寸法が大きい元素（例えば、タングステン、モリブデン）がドープされる際、二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度を下げることができる。原子の寸法が小さい元素（例えば、アルミニウム、リン）がドープされる際、二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度を上げることができる。一つの例において、重量比が１．５％であるタングステンがドープされる際、二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度は３４℃である。タングステンがドープされる二酸化バナジウム構造体１１１は絶縁相から金属相に変えた後、二酸化バナジウム構造体１１１及びカーボンナノチューブ構造体１１０からなる複合構造体の抵抗値は６．８％を減少する。
カーボンナノチューブ構造体１１０の厚さ及び形状は制限されず、必要に応じて選択できる。カーボンナノチューブ構造体１１０は複数のカーボンナノチューブを含む連続な構造体である。好ましくは、カーボンナノチューブ構造体１１０は複数のカーボンナノチューブからなる構造体である。複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に平行している。カーボンナノチューブ構造体１１０には、複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。複数のカーボンナノチューブの配列方法により、カーボンナノチューブ構造体１１０は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体に分類される。非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。カーボンナノチューブ構造体１１０におけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブであってもよい。カーボンナノチューブの長さ及び直径は制限されず、必要に応じて選択できる。カーボンナノチューブ構造体１１０の厚さは１００ｎｍ〜１００μｍ
である。好ましくは、カーボンナノチューブ構造体１１０の厚さは１μｍ〜１０μｍである。
カーボンナノチューブ構造体１１０はカーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤを含んでもよい。カーボンナノチューブ構造体１１０は一枚のカーボンナノチューブフィルムを含んでもよく、或いは積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含んでもよい。カーボンナノチューブ構造体１１０は相互に平行する複数のカーボンナノチューブワイヤを含んでもよく、或いは、交差して設置される複数のカーボンナノチューブワイヤを含んでもよい。カーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム、綿毛構造カーボンナノチューブフィルム或いはプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムであってもよい。本実施例において、カーボンナノチューブ構造体１１０は５０層のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む。
ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブが形成する自立構造である。複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。多数のカーボンナノチューブの延伸する方向はカーボンナノチューブフィルムの表面と基本的に平行である。また、複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。具体的には、多数のカーボンナノチューブにおける各カーボンナノチューブは、延伸する方向における隣接するカーボンナノチューブと、分子間力で端と端とが接続されている。カーボンナノチューブフィルムには、少数のランダムなカーボンナノチューブ含まれているが、これは、多数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されていることに影響しない。
ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは自立構造である。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができる形態のことである。すなわち、カーボンナノチューブフィルムを対向する両側から支持して、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの構造を変化させずに、カーボンナノチューブフィルムを懸架させることができることを意味する。
具体的には、カーボンナノチューブフィルムにおける多数のカーボンナノチューブは、絶対的に直線状ではなく少し湾曲している。または、延伸する方向に完全に配列せず、少しずれている場合もある。従って、同じ方向に沿って配列されている多数のカーボンナノチューブの中において、隣同士のカーボンナノチューブが部分接触する可能性がある。
ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。複数のカーボンナノチューブセグメントは、長さ方向に沿って分子間力で端と端とが接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。単一のカーボンナノチューブセグメントにおいて、複数のカーボンナノチューブの長さは同じである。カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。カーボンナノチューブアレイの一部を引き出して、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを得ることができる。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは、１ｎｍ〜５００μｍである。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの幅は、カーボンナノチューブアレイのサイズに関係する。好ましくは、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは１００ｎｍ〜１０μｍである。カーボンナノチューブ構造体１１０において、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムが積層された場合、隣接する二つのカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。好ましくは、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、９０°の角度で交差している。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、特許文献１に掲載されている。
カーボンナノチューブ構造体１１０は複数のカーボンナノチューブ及び添加材料を含む複合構造体であってもよい。添加材料はグラファイト、グラフェン、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、アモルファスカーボン、金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物の中いずれか一種または多種である。添加材料はカーボンナノチューブ構造体１１０の少なくとも一部の表面を被覆する。好ましくは、添加材料はカーボンナノチューブ構造体１１０におけるカーボンナノチューブの表面を被覆する。
図２を参照すると、アクチュエータ１１の製造方法を提供する。
Ｓ１１、カーボンナノチューブ構造体１１０を提供する。
Ｓ１２、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に、バナジウム酸化物層１１２を沈積する。
Ｓ１３、酸素の雰囲気でバナジウム酸化物層１１２をアニールして、二酸化バナジウム構造体１１１を形成する。
Ｓ１２において、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面にバナジウム酸化物層１１２を沈積する方法は制限されず、例えば、化学気相成長法或いはマグネトロンスパッタリング法であってもよい。Ｓ１３において、空気或いは酸素でバナジウム酸化物層１１２をアニールして、二酸化バナジウム構造体１１１を形成する。
本実施例において、Ｓ１１において、５０層のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを交差して設置して、カーボンナノチューブ構造体１１０を形成する。Ｓ１２において、直流マグネトロンスパッタリング法によって、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面にバナジウム酸化物層１１２を沈積する。Ｓ１２において、スパッタターゲットは高純度バナジウム金属であり、スパッタリング電力は６０Ｗであり、スパッタリング温度は室温であり、作動ガスは４９．７ｓｃｃｍのアルゴン及び０．３ｓｃｃｍの酸素からなる混合ガスであり、作動圧力は０．５５Ｐａであり、スパッタリング時間は３０分間である。バナジウム酸化物層１１２の成分はＶＯＸである。Ｓ１３において、アニールの圧力は３×１０−２ｍｂａｒであり、アニールの温度は４５０℃であり、アニールの時間は１０分間である。バナジウム酸化物層１１２をアニールして、バナジウム酸化物層１１２を結晶させて、二酸化バナジウム構造体１１１を形成する。バナジウム酸化物層１１２が沈積されたカーボンナノチューブ構造体１１０を加熱炉に入れて加熱して、バナジウム酸化物層１１２をアニールすることができる。または、電流がカーボンナノチューブ構造体１１０に流れて、カーボンナノチューブ構造体１１０を加熱することによって、バナジウム酸化物層１１２をアニールすることができる。好ましくは、アニールの温度が５００℃より高い際、カーボンナノチューブ構造体１１０を完全に酸化しないため、アニールの雰囲気は真空に微量の酸素を導入する雰囲気である。本実施例において、酸素の流量は２ｓｃｃｍより小さい。アニールの温度が４５０℃より低い際、空気でバナジウム酸化物層１１２をアニールして、カーボンナノチューブ構造体１１０を完全に酸化させない。
バナジウム酸化物層１１２をアニールして、二酸化バナジウム構造体１１１を形成する工程において、カーボンナノチューブ構造体１１０及び二酸化バナジウム構造体１１１の界面に格子がミスマッチである。二酸化バナジウム構造体１１１の格子定数が小さい側は収縮応力を生じ、カーボンナノチューブ構造体１１０の格子定数が大きい側は抵抗収縮応力を生じる。二酸化バナジウム構造体１１１の収縮応力がカーボンナノチューブ構造体１１０の抵抗収縮応力より大きい際、二酸化バナジウム構造体１１１及びカーボンナノチューブ構造体１１０からなる複合構造体は二酸化バナジウム構造体１１１の側に向かって湾曲して、曲面状のアクチュエータ１１を形成する。収縮応力及び抵抗収縮応力はそれぞれ二酸化バナジウム構造体１１１の厚さ及びカーボンナノチューブ構造体１１０の厚さによって決められる。カーボンナノチューブ構造体１１０の厚さが小さい際、曲面状のアクチュエータ１１を形成できる。カーボンナノチューブ構造体１１０の厚さが大きい際、平面状のアクチュエータ１１を形成できる。
タングステンがドープされる二酸化バナジウム構造体１１１を形成する際、Ｓ１２において、スパッタターゲットはタングステンがドープされるバナジウムであり、スパッタリング電力は６０Ｗであり、スパッタリング温度は室温であり、作動ガスは４９．５ｓｃｃｍのアルゴン及び０．５ｓｃｃｍの酸素からなる混合ガスであり、作動圧力は０．６Ｐａであり、スパッタリング時間は３０分間である。バナジウム酸化物層１１２の成分はＷ−ＶＯＸである。Ｓ１３において、アニールの圧力は４．５×１０−２ｍｂａｒであり、アニールの温度は４５０℃であり、アニールの時間は１０分間である。バナジウム酸化物層１１２をアニールすることによって、バナジウム酸化物層１１２を結晶させて、二酸化バナジウム構造体１１１を形成する。
図３を参照すると、実施例２はアクチュエータ１１Ａを提供する。アクチュエータ１１Ａは、カーボンナノチューブ構造体１１０と、二酸化バナジウム構造体１１１と、を含む。カーボンナノチューブ構造体１１０及び二酸化バナジウム構造体１１１は積層して設置される。
実施例２におけるアクチュエータ１１Ａの構造は、実施例１におけるアクチュエータ１１の構造と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。アクチュエータ１１Ａは少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１１３を含む。少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１１３は二酸化バナジウム構造体１１１の内部に設置され、且つカーボンナノチューブ構造体１１０と間隔をあけて設置される。少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１１３と二酸化バナジウム構造体１１１とは複合構造体を形成する。アクチュエータ１１Ａは複数のカーボンナノチューブフィルム１１３を含む際、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３は相互に間隔をあけて設置される。
レーザーがカーボンナノチューブ構造体１１０の側を照射する際、カーボンナノチューブフィルム１１３はカーボンナノチューブ構造体１１０から透過したレーザーを吸収して、熱を生じ、且つ熱を二酸化バナジウム構造体１１１に均一に伝導できる。カーボンナノチューブフィルム１１３の厚さは小さいので、二酸化バナジウム構造体１１１の収縮に伴って収縮でき、二酸化バナジウム構造体１１１の変形に影響を与えない。好ましくは、カーボンナノチューブフィルム１１３はドローン構造カーボンナノチューブフィルムであり、その厚さは３０ｎｍであり、隣接する二つのカーボンナノチューブフィルム１１３の距離は３０ｎｍより大きい。
図４を参照すると、アクチュエータ１１Ａの製造方法を提供する。
Ｓ２１、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３を提供する。
Ｓ２２、各カーボンナノチューブフィルム１１３の表面にバナジウム酸化物層１１２を堆積する。
Ｓ２３、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に、バナジウム酸化物層１１２が堆積された複数のカーボンナノチューブフィルム１１３を積層して設置する。
Ｓ２４、酸素の雰囲気でバナジウム酸化物層１１２をアニールして、二酸化バナジウム構造体１１１を形成する。
アクチュエータ１１Ａの製造方法におけるバナジウム酸化物層１１２の堆積方法及びアニール方法はアクチュエータ１１の製造方法におけるバナジウム酸化物層１１２の堆積方法及びアニール方法と基本的に同じである。Ｓ２２において、バナジウム酸化物層１１２はカーボンナノチューブフィルム１１３の表面に堆積するだけでなく、カーボンナノチューブフィルム１１３の微孔を充填する。好ましくは、バナジウム酸化物層１１２はカーボンナノチューブフィルム１１３の対向する二つの表面に堆積して、且つカーボンナノチューブフィルム１１３の微孔を充填する。これにより、複数のバナジウム酸化物層１１２をアニールした後、完全な二酸化バナジウム構造体１１１を形成できる。この際、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３は二酸化バナジウム構造体１１１に被覆される。
図５を参照すると、実施例３はアクチュエータ１１Ｂを提供する。アクチュエータ１１Ｂは、カーボンナノチューブ構造体１１０と、二酸化バナジウム構造体１１１と、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３と、を含む。複数のカーボンナノチューブフィルム１１３は二酸化バナジウム構造体１１１の内部に設置される。これにより、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３と二酸化バナジウム構造体１１１とは複合構造体を形成する。カーボンナノチューブ構造体１１０は複合構造体と積層して設置される。
実施例３におけるアクチュエータ１１Ｂの構造は実施例２におけるアクチュエータ１１Ａの構造と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の寸法は二酸化バナジウム構造体１１１の寸法より大きい。これにより、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の一部は二酸化バナジウム構造体１１１の外部に延伸する。すなわち、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の辺縁一部は二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されない。
好ましくは、二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されない複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の辺縁部分は積層して設置される。積層して設置される複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の辺縁部分には電極を設置して、電源に接続できる。これにより、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３に電流を入力して、二酸化バナジウム構造体１１１を加熱できる。
さらに好ましくは、二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されない複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の部分はカーボンナノチューブ構造体１１０と接触して、且つ電気的に接続される。カーボンナノチューブフィルム１１３及びカーボンナノチューブ構造体１１０には共に電極を設置し、且つ電源に接続できる。カーボンナノチューブ構造体１１０は光エネルギーを吸収して熱に変える際、カーボンナノチューブフィルム１１３に熱を直接に伝導でき、さらに、二酸化バナジウム構造体１１１に伝導できる。一つの例において、二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されない複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の辺縁部分はカーボンナノチューブ構造体１１０と接触して且つ電気的に接続され、または、間隔をあけて設置される二つの電極とそれぞれ接触して且つ電気的に接続される。
本実施例において、カーボンナノチューブ構造体１１０の寸法は二酸化バナジウム構造体１１１の寸法より大きい。二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されないカーボンナノチューブフィルム１１３の辺縁部分は二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されないカーボンナノチューブ構造体１１０の部分と積層して設置される。カーボンナノチューブ構造体１１０の寸法及び形状が二酸化バナジウム構造体１１１の寸法及び形状と同じである際、二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されないカーボンナノチューブフィルム１１３の辺縁部分は湾曲して、カーボンナノチューブ構造体１１０と二酸化バナジウム構造体１１１と間に設置され、或いは、二酸化バナジウム構造体１１１と離れるカーボンナノチューブ構造体１１０の表面に設置される。
図６を参照すると、アクチュエータ１１Ｂの製造方法を提供する。
Ｓ３１、複数のカーボンナノチューブフィルム１１３を提供する。
Ｓ３２、各カーボンナノチューブフィルム１１３の表面の一部にバナジウム酸化物層１１２を堆積する。
Ｓ３３、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に、バナジウム酸化物層１１２が堆積された複数のカーボンナノチューブフィルム１１３を積層して設置する。
Ｓ３４、酸素の雰囲気でバナジウム酸化物層１１２をアニールして、二酸化バナジウム構造体１１１を形成し、各カーボンナノチューブフィルム１１３の一部は二酸化バナジウム構造体１１１の外部に延伸する。
アクチュエータ１１Ｂの製造方法はアクチュエータ１１Ａの製造方法と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。Ｓ３２において、バナジウム酸化物層１１２はカーボンナノチューブフィルム１１３の中部に堆積する。これにより、カーボンナノチューブフィルム１１３の辺縁部分はバナジウム酸化物層１１２に被覆されない。さらに、二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されない複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の部分は積層して設置し、且つカーボンナノチューブ構造体１１０と接触するステップを含む。例えば、揮発性有機溶剤の処理或いは圧力によって、二酸化バナジウム構造体１１１に被覆されない複数のカーボンナノチューブフィルム１１３の部分は積層して設置される。
図７を参照すると、実施例４はアクチュエータ１１Ｃを提供する。アクチュエータ１１Ｃは、カーボンナノチューブ構造体１１０と、二酸化バナジウム構造体１１１と、カーボンナノチューブアレイ１１４と、を含む。カーボンナノチューブ構造体１１０及び二酸化バナジウム構造体１１１は積層して設置される。
実施例４におけるアクチュエータ１１Ｃの構造は実施例１におけるアクチュエータ１１の構造と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。アクチュエータ１１Ｃはカーボンナノチューブアレイ１１４を含む。カーボンナノチューブアレイ１１４は複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは二酸化バナジウム構造体１１１に相互に平行して間隔をあけて設置される。これにより、カーボンナノチューブアレイ１１４と二酸化バナジウム構造体１１１とは複合構造体を形成する。
カーボンナノチューブアレイ１１４におけるカーボンナノチューブはカーボンナノチューブ構造体１１０と垂直して設置される。カーボンナノチューブの軸方向に、カーボンナノチューブは対向する第一端部及び第二端部を有する。第一端部はカーボンナノチューブ構造体１１０と接触して設置される。第二端部はカーボンナノチューブ構造体１１０と離れる。二酸化バナジウム構造体１１１は相互に平行して間隔をあけるカーボンナノチューブの間に設置される。
カーボンナノチューブの径方向における熱伝導性よりカーボンナノチューブの軸方向における熱伝導性が優れているので、カーボンナノチューブ構造体１１０と垂直するカーボンナノチューブはカーボンナノチューブ構造体１１０の熱を完全の二酸化バナジウム構造体１１１に伝導することに有利である。
カーボンナノチューブアレイ１１４におけるカーボンナノチューブは二酸化バナジウム構造体１１１と垂直して設置されるので、二酸化バナジウム構造体１１１はその厚さ方向に収縮する際、カーボンナノチューブアレイ１１４におけるカーボンナノチューブは収縮方法に沿って移動でき、二酸化バナジウム構造体１１１の厚さ方向における収縮に影響を与えない。
図８を参照すると、アクチュエータ１１Ｃの製造方法を提供する。アクチュエータ１１Ｃの製造方法は下記のステップを含む。
Ｓ４１、カーボンナノチューブアレイ１１４を提供し、カーボンナノチューブアレイ１１４は相互に平行して間隔をあけて設置される複数のカーボンナノチューブを含む。
Ｓ４２、カーボンナノチューブの軸方向と垂直する方向に沿って、カーボンナノチューブアレイ１１４を引き伸ばして、隣接する二本のカーボンナノチューブの距離を増加する。
Ｓ４３、隣接する二本のカーボンナノチューブの間にバナジウム酸化物層１１２を堆積して、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に、バナジウム酸化物層１１２が堆積されたカーボンナノチューブアレイ１１４を積層して設置する。
Ｓ４４、酸素の雰囲気でバナジウム酸化物層１１２をアニールして、二酸化バナジウム構造体１１１を形成する。
Ｓ４１において、カーボンナノチューブアレイ１１４は化学気相成長法によって、基板の表面に成長する。この際、カーボンナノチューブアレイ１１４において、隣接する二本のカーボンナノチューブの距離は小さいので、隣接する二本のカーボンナノチューブの間にバナジウム酸化物層１１２を堆積し難しい。Ｓ４２において、伸縮性テープ１１６によって、カーボンナノチューブアレイ１１４を基板から伸縮性テープ１１６に転移する。伸縮性テープ１１６を引き伸ばすことによって、カーボンナノチューブアレイ１１４における隣接する二本のカーボンナノチューブの距離を増加する。Ｓ４３において、伸縮性テープ１１６を引き伸ばす状態を維持して、隣接する二本のカーボンナノチューブの大きい距離を保証する。これにより、隣接する二本のカーボンナノチューブの間にバナジウム酸化物層１１２を堆積しやすい。
図９を参照すると、実施例５はアクチュエータ１１Ｄを提供する。アクチュエータ１１Ｄは、カーボンナノチューブ構造体１１０と、二酸化バナジウム構造体１１１と、保護層１１５と、を含む。カーボンナノチューブ構造体１１０及び二酸化バナジウム構造体１１１は積層して設置される。カーボンナノチューブ構造体１１０或いは二酸化バナジウム構造体１１１の少なくとも一部は保護層１１５に被覆される。
実施例５におけるアクチュエータ１１Ｄの構造は実施例１におけるアクチュエータ１１の構造と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。アクチュエータ１１Ｄは、保護層１１５を含む。カーボンナノチューブ構造体１１０或いは二酸化バナジウム構造体１１１の少なくとも一部は保護層１１５に被覆される。
カーボンナノチューブ構造体１１０は二酸化バナジウム構造体１１１から脱しやすく、或いは不純物を吸着しやすい。二酸化バナジウム構造体１１１は腐蝕されやすい。保護層１１５を設置することによって、アクチュエータ１１Ｄを保護でき、アクチュエータ１１Ｄを異なる環境に正常に作動させる。保護層１１５の材料は可撓性材料であり、例えば、ポリマー或いはシリコーンゴムである。好ましくは、保護層１１５の厚さは小さく、且つ保護層１１５は弾力を有する。これにより、二酸化バナジウム構造体１１１が収縮する際、保護層１１５も収縮する。本実施例において、保護層１１５はシリコーンゴムからなり、且つカーボンナノチューブ構造体１１０及び二酸化バナジウム構造体１１１を完全に被覆する。
アクチュエータ１１Ｄの製造方法はアクチュエータ１１の製造方法と基本的に同じであるが、異なるのは、アクチュエータ１１Ｄの製造方法が保護層１１５を設置するステップを含む点である。
図１０を参照すると、実施例６はアクチュエータの応用システム１０を提供する。アクチュエータの応用システム１０はアクチュエータ１１と、固定装置１２と、励起装置１３と、を含む。アクチュエータ１１は実施例１〜５のアクチュエータであってもよい。
アクチュエータ１１は、カーボンナノチューブ構造体１１０と、カーボンナノチューブ構造体１１０と積層される二酸化バナジウム構造体１１１と、を含む。アクチュエータ１１は湾曲のストリップ状である。アクチュエータ１１の両端は固定装置１２に設置され、ほかの部分は懸架される。アクチュエータ１１の一端部のみは固定装置１２に設置され、ほかの一端部は懸架されてもよい。好ましくは、励起装置１３はカーボンナノチューブ構造体１１０と近接する側に設置される。励起装置１３は無線によりアクチュエータ11に刺激を与える。励起装置１３は光源である。本実施例において、アクチュエータ１１の湾曲部の先は尖っている。励起装置１３はレーザーである。好ましくは、励起装置１３はパルスレーザー信号を提供する。
励起装置１３はアクチュエータ１１にレーザーを出射する際、カーボンナノチューブ構造体１１０はレーザーを吸収して熱を転化する。二酸化バナジウム構造体１１１を相転移温度に加熱した後、相変化して収縮を発生し、懸架されるアクチュエータ１１の部分は二酸化バナジウム構造体１１１の側に向かって湾曲する。励起装置１３はレーザーを出射しない際、懸架されるアクチュエータ１１の部分は元の形状に戻る。
図１１を参照すると、アクチュエータの応用システム１０の製造方法を提供する。アクチュエータの応用システム１０の製造方法は、下記のステップを含む。
Ｓ６１、複数の凹槽１４１を有する基板１４を提供し、基板１４に複数の凹槽１４１を被覆するカーボンナノチューブ層状構造体１１７を設置する。
Ｓ６２、カーボンナノチューブ層状構造体１１７を切り、複数のストリップ状のカーボンナノチューブ構造体１１０を形成し、ストリップ状のカーボンナノチューブ構造体１１０の両端は基板１４に固定し、カーボンナノチューブ構造体１１０の中間部分は凹槽１４１によって懸架する。
Ｓ６３、ストリップ状の各カーボンナノチューブ構造体１１０の表面にバナジウム酸化物層１１２を堆積して、酸素の雰囲気でバナジウム酸化物層１１２をアニールして、二酸化バナジウム構造体１１１を形成する。
Ｓ６４、基板１４を切り、複数の固定装置１２を形成し、且つ各固定装置１２にアクチュエータ１１を設置する。
本実施例において、基板１４はＳｉ３Ｎ４からなる。基板１４は複数の平行して間隔をあけるストリップ状の凹槽１４１を有する。凹槽１４１は貫通孔である。レーザーによってカーボンナノチューブ層状構造体１１７を切る。
実施例６におけるアクチュエータ１１を特徴付ける。図１２は、アクチュエータ１１の走査型電子顕微鏡写真である。図１３は、アクチュエータ１１の局部の走査型電子顕微鏡写真である。図１３を参照すると、カーボンナノチューブ構造体１１０におけるカーボンナノチューブは交差して且つ垂直して設置され、二酸化バナジウム構造体１１１はカーボンナノチューブ構造体１１０に均一に分布される。図１４を参照すると、カーボンナノチューブ構造体１１０の一部のカーボンナノチューブの表面は二酸化バナジウム構造体１１１に被覆される。図１５は、実施例６におけるアクチュエータ１１のＥＤＸスペクトルである。図１６は、実施例６におけるアクチュエータ１１のラマン散乱スペクトルである。図１６を参照すると、二酸化バナジウム構造体１１１はカーボンナノチューブ構造体１１０の表面に均一に分布する。二酸化バナジウム構造体１１１は絶縁相である。アクチュエータの応用システム１０に対してテストする。励起装置１３はパルスレーザーを出射してアクチュエータ１１を照射する。パルスレーザーのパワー密度は８００ｍＷ/ｃｍ２〜１６００ｍＷ/ｃｍ２である。アクチュエータ１１の反応時間は１２．５ミリ秒間である。曲げ振動の周波数は８０Ｈｚである。曲げ振動の周波数をテストする際、アクチュエータ１１の周囲温度は４３℃である。
図１７を参照すると、実施例７はアクチュエータの応用システム１０Ａを提供する。アクチュエータの応用システム１０Ａはアクチュエータ１１と、固定装置１２と、励起装置１３と、を含む。アクチュエータ１１は実施例１〜５のアクチュエータであってもよい。
実施例７におけるアクチュエータの応用システム１０Ａの構造は実施例６におけるアクチュエータの応用システム１０の構造と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。アクチュエータ１１の両端にはそれぞれ第三電極１１８が設置される。励起装置１３は電源であり、二つの第三電極１１８と電気的に設置される。電源は交流電源或いは直流電源であってもよい。好ましくは、電源はアクチュエータ１１にパルス電流を入力する。第三電極１１８は金属片であり、導電バインダーによってカーボンナノチューブ構造体１１０の表面に直接に固定される。カーボンナノチューブ構造体１１０は電源が出力する電気エネルギーを熱に転化して、二酸化バナジウム構造体１１１を加熱して変形させる。これにより、アクチュエータ１１を湾曲させる。アクチュエータ１１を加熱しない際、アクチュエータ１１は元の形状に戻る。
図１８を参照すると、実施例８はアクチュエータの応用システム１０Ｂを提供する。アクチュエータの応用システム１０Ｂはアクチュエータ１１と、固定装置１２と、励起装置１３と、を含む。アクチュエータ１１はほかの実施例のアクチュエータであってもよい。
実施例８におけるアクチュエータの応用システム１０Ｂの構造は実施例６におけるアクチュエータの応用システム１０の構造と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。アクチュエータ１１の一端のみは固定装置１２に固定され、その他の一端は懸架されて方もちが形成される。二酸化バナジウム構造体１１１にはタングステンがドープされる。タングステンの重量比が０．５％である。
実施例８におけるアクチュエータ１１を特徴付ける。図１９は、アクチュエータ１１の局部の走査型電子顕微鏡写真である。図２０は、実施例８におけるアクチュエータ１１のＥＤＳスペクトルである。図２０を参照すると、二酸化バナジウム構造体１１１にはタングステンが有効にドープされる。
実施例８におけるアクチュエータの応用システム１０Ｂをテストする。図２１は３２℃から４６℃まで加熱する際の湾曲のアクチュエータ１１の光学写真である。図２１を参照すると、３２℃でアクチュエータ１１が湾曲して、４６℃でアクチュエータ１１がさらに湾曲する。４６℃でアクチュエータ１１の変形は３２℃でアクチュエータ１１の変形より大きい。図２２は、温度は常温の２６℃及び５０℃である際、実施例８におけるアクチュエータ１１のラマン散乱スペクトルである。図２２を参照すると、温度は常温の２６℃である際、二酸化バナジウム構造体１１１は絶縁相である。温度は５０℃である際、二酸化バナジウム構造体１１１は金属相である。励起装置１３はパルスレーザーを出射してアクチュエータ１１を照射する。パルスレーザーのパワー密度は２５０ｍＷ/ｃｍ２〜８００ｍＷ/ｃｍ２である。アクチュエータ１１の反応時間は２８．５ミリ秒間である。曲げ振動の周波数は３５Ｈｚである。曲げ振動の周波数をテストする際、アクチュエータ１１の周囲温度は９℃である。
図２３を参照すると、実施例９はアクチュエータの応用システム１０Ｃを提供する。アクチュエータの応用システム１０Ｃはアクチュエータ１１と、励起装置１３と、を含む。アクチュエータ１１は実施例１〜５のアクチュエータであってもよい。
実施例９におけるアクチュエータの応用システム１０Ｃの構造は実施例６におけるアクチュエータの応用システム１０の構造と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。励起装置１３は熱源である。励起装置１３はアクチュエータ１１と平行して且つ間隔をあける加熱体１３２を含む。
具体的に、励起装置１３は絶縁基板１３０と、二つの第四電極１３１と、加熱体１３２と、第一電源１３３と、を含む。二つの第四電極１３１は絶縁基板１３０に間隔をあけて設置される。加熱体１３２は二つの第四電極１３１とそれぞれ電気的に接続される。第一電源１３３は二つの第四電極１３１とそれぞれ電気的に接続される。加熱体１３２はカーボンナノチューブ構造体１１０の一側に設置され、且つカーボンナノチューブ構造体１１０と間隔をあけて設置される。真空中でアクチュエータの応用システム１０Ｃは作動する際、加熱体１３２は高温まで加熱できる。これにより、加熱体１３２とカーボンナノチューブ構造体１１０との距離は大きくてもよい。低温で加熱体１３２はアクチュエータ１１を加熱する際、加熱体１３２とカーボンナノチューブ構造体１１０との距離は小さい。
好ましくは、絶縁基板１３０は凹槽を有する。二つの第四電極１３１は対向して、凹槽の両側にそれぞれ設置される。二つの第四電極１３１の中心部は凹槽によって懸架される。これにより、加熱体１３２と絶縁基板１３０との熱伝導を減少する。アクチュエータ１１の一端は第四電極１３１の表面に設置され、その他の一端は加熱体１３２の上に懸架される。加熱体１３２は金属抵抗線或いはカーボンナノチューブフィルムである。好ましくは、加熱体１３２はカーボンナノチューブフィルムである。凹槽の底部には熱反射層或いは光反射層を設置してもよい。これにより、カーボンナノチューブ構造体１１０は加熱体１３２が出射する熱或いは光を有効に吸収できる。
図２４を参照すると、実施例１０は温度検出システム２０を提供する。温度検出システム２０は第二電源２１と、電流計２２と、第一電極２３と、第二電極２４と、アクチュエータ１１と、を含む。アクチュエータ１１は実施例１〜５のアクチュエータであってもよい。
第二電源２１は第一電極２３及び第二電極２４とそれぞれ電気的に接続される。アクチュエータ１１は対向する第一端部及び第二端部を有する。第一端部は第一電極２３に固定され、且つカーボンナノチューブ構造体１１０と電気的に接続される。第二端部は第二電極２４に固定され、且つカーボンナノチューブ構造体１１０と電気的に接続される。これにより、第二電源２１、第一電極２３、第二電極２４及びアクチュエータ１１は回路を形成する。電流計２２は回路に直列に接続し、電流の大きさを表示する。温度検出システム２０を使用する際、アクチュエータ１１を検出環境に設置する。例えば、カーボンナノチューブ構造体１１０を検出物に接触させる。回路の電流は小さいので、カーボンナノチューブ構造体１１０が生じる熱量は二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度に加熱できない。検出物の温度は二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度より大きい際、アクチュエータ１１は二酸化バナジウム構造体１１１の側に向かって湾曲して、アクチュエータ１１の第二端部は第二電極２４と離れる。これにより、回路は切断され、電流計２２は電流の大きさを表示しない。
温度検出システム２０における部品の接続関係は限定されず、必要に応じて選択できる。例えば、平常にアクチュエータ１１の第二端部は第二電極２４と離れ、回路を形成しない。アクチュエータ１１は検出物に相転移温度に加熱されると、アクチュエータ１１は湾曲し且つ第二電極２４と接触して、回路を形成する。電流計２２は電流に敏感な他の電子装置でもよい。例えば、電流計２２を電圧計に変換できる。アクチュエータ１１が湾曲した後、電流に敏感な電子装置に流れる電流は変わることを保証できれば、電流に敏感な電子装置はアクチュエータ１１と並列に接続してもよい。電流に敏感な電子装置に流れる電流は変わる際、表示或いは音によって、ユーザーに提示できる。
図２５を参照すると、実施例１１は温度検出システム２０Ａを提供する。温度検出システム２０Ａは第二電源２１と、電流計２２と、第一電極２３と、第二電極２４と、熱伝導基板２５と、アクチュエータ１１と、を含む。アクチュエータ１１は実施例１〜５のアクチュエータであってもよい。
実施例１１における温度検出システム２０Ａの構造は実施例１０における温度検出システム２０の構造と基本的に同じであるが、以下の点は異なる。温度検出システム２０Ａは熱伝導基板２５を含む。アクチュエータ１１は対向する第一端部及び第二端部を有する。第一端部は第一電極２３によって熱伝導基板２５に固定される。第二端部は湾曲した後に、湾曲した第二端部は第二電極２４と接触され、且つ第二電極２４に係止される。これにより、アクチュエータ１１は湾曲状を維持する。熱伝導基板２５は熱伝導性がよい材料からなる。本実施例において、熱伝導基板２５は絶縁セラミックスからなる。二酸化バナジウム構造体１１１はタングステンがドープされる。二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度は３７℃である。アクチュエータ１１の弾力を高めるために、二酸化バナジウム構造体１１１と離れるカーボンナノチューブ構造体１１０の表面に柔軟な保護層１１５が設置される。保護層１１５はポリマーからなる。
温度検出システム２０Ａを使用する際、アクチュエータ１１を検出環境に設置し、熱伝導基板２５は検知物と接触する。第二電源２１、第一電極２３、第二電極２４及びアクチュエータ１１は回路を形成する。電流計２２は電流の大きさを表示する。検出物の温度は二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度より大きい際、アクチュエータ１１は二酸化バナジウム構造体１１１の側に向かって湾曲して、アクチュエータ１１の第二端部は第二電極２４と離れる。これにより、回路は切断され、電流計２２は電流の大きさを表示しない。検出物の温度は二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度より小さい際、弾力によって、アクチュエータ１１は元の形状に戻る。この際、アクチュエータ１１は第二電極２４と接触する湾曲状に戻る。検出物の温度は二酸化バナジウム構造体１１１の相転移温度より小さい際、柔軟な保護層１１５はアクチュエータ１１を元の形状に戻させ、第二電極２４に接触させる。これにより、アクチュエータ１１の感度を改善できる。
図２６は、温度検出システム２０Ａにおけるアクチュエータ１１の走査型電子顕微鏡写真である。図２６を参照すると、第二電極２４はアクチュエータ１１を押さえることで、アクチュエータ１１は湾曲状を維持する。図２７は、温度検出システム２０Ａを採用して、人体温度をテストする結果を示す図である。図２７を参照すると、人体温度は３７℃である際、回路は切断され、突然に電流計２２は電流の大きさを表示しなくなる。
図２８を参照すると、実施例１２はアクチュエータ１１を採用するロボットを提供する。ロボットは本体３１と、本体３１に設置される操作システム３２と、を含む。本体３１はバイオニックアーム３３と、レーザー３５と、を含む。バイオニックアーム３３はアクチュエータ１１で製造されるバイオニックパーム３４を含む。バイオニックパーム３４の構造は制限されず、必要に応じて設定できる。バイオニックパーム３４は一つの指或いは複数の指を含んでもよい。本実施例において、バイオニックパーム３４は相互に間隔をあける四つの指を含む。各指は一つの長いストリップ状のアクチュエータ１１からなる。レーザー３５はバイオニックパーム３４を加熱することに用いる。レーザー３５が出射するレーザーはバイオニックパーム３４を照射することを保証できれば、レーザー３５の設置位置は制限されない。
図２９はバイオニックアーム３３の光学写真である。図２９（ａ）を参照すると、バイオニックパーム３４は元の形状が湾曲状であるアクチュエータ１１を採用して製造される。レーザー３５を作動しない際、バイオニックパーム３４における指は湾曲状を呈する。図２９（ｂ）を参照すると、レーザー３５を作動して、バイオニックパーム３４を照射する際、バイオニックパーム３４における指はさらに湾曲する。図３０は、バイオニックアーム３３によって紙を移動する光学写真である。
図３１を参照すると、実施例１３はアクチュエータ１１を採用するバイオニック昆虫４０を提供する。バイオニック昆虫４０はボディ４１と、少なくとも二つのウイング４２と、を含む。少なくとも二つのウイング４２はボディ４１に接続して設置される。バイオニック昆虫４０の寸法は数ミリメートルから数センチメートルである。
バイオニック昆虫４０の形状はトンボ、蝶、蚊、ハエ或いは蛾の形状であってもよい。図３２及び図３４を参照すると、ボディ４１及びウイング４２は一体構造体である。すなわち、ボディ４１及びウイング４２は共に層状のアクチュエータ１１で製造される。層状のアクチュエータ１１をバイオニック昆虫４０の形状によって直接に切ることによって、バイオニック昆虫４０を形成できる。また、図１１に示す方法のように、まず、カーボンナノチューブ層状構造体１１７を切り、バイオニック昆虫４０の形状を形成する。そして、カーボンナノチューブ構造体１１０の表面にバナジウム酸化物層１１２を堆積して、酸素の雰囲気でバナジウム酸化物層１１２をアニールして、二酸化バナジウム構造体１１１を形成して、バイオニック昆虫４０を形成できる。図３４を参照すると、図１１に示す方法によって、複数のバイオニック蝶を一度に形成する。
図３３を参照すると、バイオニック昆虫４０のボディ４１が固定される。１０Ｈｚの方形波パルスレーザーによってバイオニック昆虫４０を照射する際、バイオニック昆虫４０のウイング４２は上下に振動する。ウイング４２の振動の周波数は８０Ｈｚに達することができる。
バイオニック昆虫４０のボディ４１はほかの材料からなることができる。例えば、ボディ４１はポリマーからなる。この際、まず、層状のアクチュエータ１１によってウイング４２を形成する。そして、ウイング４２の一端はボディ４１に固定する。バイオニック昆虫４０のボディ４１にはさまざまのセンサを設置してもよい。例えば、センサはカメラであってもよい。カメラによって信号を収集できる。バイオニック昆虫４０を使用する際、励起装置によってウイング４２を刺激して振動させることができる。また、外部環境の温度変化によって、ウイング４２を振動させることができる。バイオニック昆虫４０は軍事分野に応用することができる。
１０ １０Ａ １０Ｂ １０Ｃ アクチュエータの応用システム
１１ １１Ａ １１Ｂ １１Ｃ １１Ｄ アクチュエータ
１１０ カーボンナノチューブ構造体
１１１ 二酸化バナジウム構造体
１１２ バナジウム酸化物層
１１３ カーボンナノチューブフィルム
１１４ カーボンナノチューブアレイ
１１５ 保護層
１１６ 伸縮性テープ
１１７ カーボンナノチューブ層状構造体
１１８ 第三電極
１２ 固定装置
１３ 励起装置
１３１ 第四電極
１３３ 第一電源
１４ 基板
１４１ 凹槽
２０ ２０Ａ 温度検出システム
２１ 第二電源
２２ 電流計
２３ 第一電極
２４ 第二電極
２５ 熱伝導基板
３０ 熱伝導基板
３１ 本体
３２ 操作システム
３３ バイオニックアーム
３４ バイオニックパーム
３５ レーザー
４０ バイオニック昆虫
４１ ボディ
４２ ウイング

Claims (3)

  1. バイオニックパームを含むバイオニックアームであって、
    前記バイオニックパームは少なくとも一つの指を含み、
    前記少なくとも一つの指はアクチュエータを含み、
    前記アクチュエータはカーボンナノチューブ構造体と、二酸化バナジウム構造体と、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムと、を含み、
    前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムは、前記二酸化バナジウム構造体の内部に設置され、前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムと前記二酸化バナジウム構造体とは複合構造体に形成され、
    前記カーボンナノチューブ構造体及び前記二酸化バナジウム構造体は積層して設置され、前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムは前記カーボンナノチューブ構造体と間隔をあけて設置されることを特徴とするバイオニックアーム。
  2. 前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムの寸法は前記二酸化バナジウム構造体の寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記載のバイオニックアーム。
  3. 本体と、本体に設置される操作システムと、を含むロボットであって、
    前記本体は請求項１又は２に記載のバイオニックアームと、レーザーと、を含み、
    前記レーザーはバイオニックパームを加熱することに用いられることを特徴とするバイオニックアームを採用するロボット。
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