專利名稱：用于改變兩個(gè)表面之間界面處的摩擦力水平的活性材料基物體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于控制和改變兩個(gè)物體(body)的表面之間界面 處的摩擦力水平的方法和裝置。
背景技術(shù)：
一些裝置或方法依賴于在兩個(gè)物體相對(duì)的接觸表面之間的摩擦力 的產(chǎn)生或消除以進(jìn)行特定的功能或操作。示例性的具有經(jīng)構(gòu)造以產(chǎn)生或 消除摩擦力的表面的裝置包括離合器、制動(dòng)器(鼓形制動(dòng)器、盤式制動(dòng) 器等)、軸承、行走輪驅(qū)動(dòng)、控制流體在表面上或在表面之間流動(dòng)的裝 置、輪胎、機(jī)械密封、夾具等。很多這些裝置不能控制摩擦力水平或者 不能通過調(diào)節(jié)至少一個(gè)接觸表面的速度或者至少一個(gè)接觸表面施加的 法向力水平來控制摩擦力水平。
現(xiàn)有的裝置使用致動(dòng)器和馬達(dá)來改變接觸表面至少之一的相對(duì)速 度和/或由至少一個(gè)接觸表面施加的法向力。例如，制動(dòng)裝置可以改變制 動(dòng)塊之間的法向力以改變摩擦力水平。然而，目前用于改變摩擦力水平 的裝置會(huì)是昂貴的，因?yàn)閱为?dú)的致動(dòng)器或馬達(dá)成本很高。此外，其他操 作或功能需求可能不允許致動(dòng)器和馬達(dá)用于控制摩擦力水平。
因此，存在對(duì)改進(jìn)的用于控制兩個(gè)接觸物體界面處的摩擦力的裝置 和方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開了用于控制第 一接觸物體和第二接觸物體之間產(chǎn)生的摩 擦力水平的裝置和方法的示例性實(shí)施方案。用于選擇性控制和改變兩個(gè) 物體之間界面處的摩擦力水平的裝置，包括具有至少一個(gè)表面的第一接 觸物體(a first contact body),與該第 一接觸物體物理連接的具有至少一 個(gè)表面的第二4妄觸物體(a second contact body having at least one surface in physical communication with the first contact body), 和與選自該第一 接觸物體和第二接觸物體的一個(gè)或兩個(gè)操作連接(in operative communication with)的活性材料，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到 激活信號(hào)就會(huì)發(fā)生性質(zhì)的改變，其中該性質(zhì)的改變有效地改變了該第一 接觸物體的該至少一個(gè)表面和該第二接觸物體的該至少一個(gè)表面之間 界面處的摩擦力水平。
夾具包括具有接觸表面的第一接觸物體、與該第一接觸物體相對(duì)設(shè) 置的第二接觸物體，所述第二接觸物體具有朝向該第一接觸物體的該接 觸表面的接觸表面，其中該第 一和第二接觸物體的結(jié)合經(jīng)構(gòu)造以夾持對(duì) 象(object),和與選自該第一接觸物體和第二接觸物體的一個(gè)或兩個(gè) 操作連接的活性材料，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造以 一旦接收到激活信號(hào)就 發(fā)生性質(zhì)的改變，其中該性質(zhì)的改變有效地改變了該第 一和第二接觸物 體和該對(duì)象之間的摩擦力水平，由此改變限制所述對(duì)象相對(duì)于所述夾具 發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力水平。
用于控制第 一 接觸物體和第二接觸物體之間界面處的摩擦力水平 的方法包括將該第一接觸物體的第一接觸表面與該第二接觸物體的第 二接觸表面相接觸，以在該第 一接觸表面和第二接觸表面之間形成摩擦 力水平，和對(duì)活性材料施加激活信號(hào)，造成該活性材料的性質(zhì)改變，其 中該活性材料與該第 一接觸物體操作連接，該性質(zhì)改變有效地改變?cè)摰?一接觸表面和第二接觸表面之間的摩纟察力水平。
以下附圖和詳述舉例說明了上述描述的和其他特征。
附圖簡(jiǎn)述
現(xiàn)在參照附圖，其是示例性的實(shí)施方案，其中相似的元件采用相似 的附圖標(biāo)記


圖1是活性材料基接觸物體的示例性實(shí)施方案的示意圖，顯示了活 性材料基接觸物體，其具有(a)與第二接觸物體物理連接的各向同性 摩擦表面和(b)與第二接觸物體物理連接的各向異性摩擦表面；
圖2是用于改變摩擦力水平的活性材料基接觸物體的示例性實(shí)施方 案的示意圖，顯示了具有具有(a)第一摩擦力水平和(b)第二摩擦力 水平的兩個(gè)摩擦元件的活性材料基接觸物體；
圖3是用于通過控制流體流動(dòng)改變摩擦力水平的活性材料基接觸物 體的示例性實(shí)施方案的示意圖，顯示了位于(a)第一位置和(b)第二 位置的活性材料基接觸物體表面；
圖4是用于改變摩擦力水平的活性材料基接觸物體的示意圖，顯示 了具有(a)第一滑動(dòng)摩擦系數(shù)和(b)第二滾動(dòng)摩擦系數(shù)的活性材料基 接觸物體表面；
圖5是用于改變摩擦力水平的活性材料基接觸物體的示意圖，顯示 了具有兩層的活性材料基接觸物體，所述活性材料基接觸物體(a)具 有第一摩擦系數(shù)的一個(gè)表面和(b)具有第二摩擦系數(shù)的另一表面的；
圖6是用于改變摩擦力水平的另 一活性材料基接觸物體的示意圖， 顯示了具有(a)第一摩擦系數(shù)和(b)第二摩擦系數(shù)的活性材料基接觸 物體表面；
圖7是用于改變摩擦力水平的活性材料基接觸物體的示意圖，顯示 了施加(a)第一法向力到第二接觸物體(在圖7a的描述中所示低至零) 和(b)第二法向力到第二接觸物體的活性材料基接觸物體；
圖8是用于改變摩擦力水平的活性材料基接觸物體的示意圖，顯示 了具有(a)第一接觸表面(具有開孔或孔或其他形式的開口 )和(b) 第二接觸表面(具有封閉的開孔、孔等)的活性材料基接觸物體；
圖9是用于改變摩擦力水平的活性材料基接觸物體的示意圖，顯示 了位于相對(duì)于第二接觸物體的位置具有取向角e的位置的活性材料基接 觸物體。
具體實(shí)施例方式
在此描述了用于改變表面紋理并控制接觸物體之間界面處的摩擦 力的方法和裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相反，此處公開的方法和裝置有利地使用 了活性材料以改變?cè)趦蓚€(gè)或更多個(gè)物體之間界面處產(chǎn)生的摩擦力。該裝 置的活性材料部件允許通過一旦接收到激活信號(hào)就改變?cè)摶钚圆牧系?性質(zhì)而改變?cè)摶钚圆牧喜考谋砻嫘螒B(tài)、取向、施加的法向力等來控制 摩擦力。根據(jù)活性材料改變的性質(zhì)和/或偏置(biasing mechanism )或恢 復(fù)才幾制(return mechanism )的存在，這種改變可以是可逆的或永久的。 此處所用的術(shù)語"活性材料，，通常是指一旦施加激活信號(hào)就表現(xiàn)出性質(zhì) (例如尺寸、形狀、取向、剪切力、相、彈性模量、撓曲模量、屈服強(qiáng) 度、硬度等)改變的材料。適合的活性材料包括但不局限于形狀記憶合 金(SMA)、鐵磁性形狀記憶合金(MSMA)、電活化聚合物(EAP)、 壓電材料、磁流變(MR)彈性體、電流變(ER)彈性體、電致伸縮材
料、磁致伸縮材料等。根據(jù)特定的活性材料，該激活信號(hào)可以采用但不
局限于以下形式電流、電場(chǎng)(電壓)、溫度改變、-茲場(chǎng)、枳4成負(fù)載或 施加應(yīng)力(例如SMA中的超彈性)、化學(xué)改變(例如pH值改變)等。
而且，此處所用的術(shù)語"第一"、"第二，，等不表示任何順序或重 要性，而是用于將一個(gè)元件和另一個(gè)區(qū)分開，術(shù)語"該"、"a" 、 "an" 并不表示對(duì)量的限定，而是表示至少一個(gè)指示物的存在。此外，所有涉 及相同量的給定部分或者測(cè)量的范圍都包括端點(diǎn)，且可以獨(dú)立組合。
用于選擇性控制和改變兩個(gè)物體之間界面處的摩擦力水平的裝置， 包括具有至少 一個(gè)表面的第 一接觸物體，與該第 一接觸物體物理連接的 具有至少 一個(gè)表面的第二接觸物體，和與選自該第 一接觸物體和第二接 觸物體的一個(gè)或兩個(gè)操作連接的活性材料，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造以一 旦接收到激活信號(hào)就會(huì)發(fā)生性質(zhì)的改變，其中該性質(zhì)的改變有效地改變 了該第一接觸物體的該至少一個(gè)表面和該第二接觸物體的該至少一個(gè) 表面之間界面處的摩擦力水平。
此處所述的該用于選擇性控制和改變兩個(gè)物體之間界面處的摩擦 力水平的裝置可以用于任何摩擦對(duì)其產(chǎn)生有利或不利影響的應(yīng)用中，例 如牽引裝置、離合器、閘、軸承、夾具等。作為實(shí)例，在一種實(shí)施方案 中， 一個(gè)或多個(gè)活性材料基物體用于改變軸頸軸承性能?？梢酝ㄟ^使用 活性材料改變軸頸外殼(journal housing )和軸承之間的徑向間隙，來可 逆地調(diào)節(jié)軸頸和軸承之間的界面形狀。例如，當(dāng)軸頸和軸承之間的徑向 間隙降低到最小闕值之下使得潤(rùn)滑劑厚度過低且軸承產(chǎn)生不適合水平 的熱量時(shí)，可以通過改變軸頸和或軸承各自的界面形狀來增大間隙。相 反地，如果徑向間隙過大使得該軸承產(chǎn)生不適合的噪音水平，則能通過 改變軸頸和或軸承各自的界面形狀來減小間隙。在另一實(shí)例中，該活性 材料基物體能用于控制流體或氣體在兩個(gè)表面之間的流速、體積等。
很多實(shí)例中僅有一些中調(diào)節(jié)摩擦力和/或改變表面紋理的能力會(huì)是 有利的。其他可以有利地使用活性材料基物體實(shí)施方案和下述方法的應(yīng) 用將是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，可以包括但不局限于控制在變速驅(qū) 動(dòng)裝置中的滑動(dòng)量，用作界面處的離合器，使刻度盤旋鈕嚙合/脫離，提 高在光滑表面上的牽引力，例如在冰上行走時(shí)使鞋底具有紋理，需要時(shí) 使輪胎表面具有紋理，使座椅安全帶或座椅表面具有紋理以提高滑動(dòng)摩 擦，使工具、運(yùn)動(dòng)齒輪等上的夾具具有紋理以改進(jìn)夾持，降低紋理以消
除表面之間的機(jī)械互鎖(即牽引力降低至零)以使例如在拆卸中產(chǎn)生相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于輪胎磨耗增加紋理以保持穩(wěn)定的牽引力水平，和其他類 似應(yīng)用。此外，應(yīng)當(dāng)理解通過與具有表面的物體連接的活性材料控制該 表面的表面紋理和/或摩擦力水平。而且，盡管某些方法參照特定的活性 材料進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解任何活性材料都可能能夠用于某種應(yīng)用和 方法，并可以取決于該材料的物理特征。該活性材料也可以采取任何物 理形式，例如多孔的、實(shí)心的、包埋到第二材料中(無規(guī)的或取向的)、 層壓物、網(wǎng)格、顆粒、纖維等。
該活性材料可以響應(yīng)于激活信號(hào)改變至少一種性質(zhì)， 一旦該激活信 號(hào)停止就會(huì)恢復(fù)到該至少一種性質(zhì)的最初狀態(tài)，或者對(duì)于一旦停止激活 信號(hào)不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)的活性材料種類，可以使用可替代的手段使該活性材 料恢復(fù)到其最初狀態(tài)。以這種方法，該活性材料基物體用于適應(yīng)于改變 的條件，同時(shí)提高裝置的簡(jiǎn)單性并降低故障模式的數(shù)量。
該活性材料的活化也可以經(jīng)構(gòu)造以隨時(shí)間改變。而且，該隨時(shí)間改 變的活化可以連續(xù)發(fā)生，其中該活性材料隨著激活信號(hào)的時(shí)間改變而改 變其性質(zhì)，與其中活性材料在激活時(shí)在兩種離散狀態(tài)之間改變性質(zhì)的不
變激活(non-varying activation )不同。下面將更i羊細(xì);t也描述上面列出的 用于活性材料基物體的活性材料。
活化裝置與活性材料基物體連接并操作連接，其能與控制系統(tǒng)連
過改變?cè)摶钚圆牧系闹辽僖环N性質(zhì)來改變接觸的兩個(gè)物體之間的摩擦 力水平。該活化裝置可以經(jīng)構(gòu)造以控制該活性材料的所述至少一種性質(zhì) 的改變本性，并因此控制物體的兩個(gè)表面之間界面處的摩擦力水平的改 變。所述改變的可控制的本性的實(shí)例包括但不局限于活性材料基物體 的形狀改變、取向改變、柔順性特征改變、施加的法向力的改變和類似 改變。例如，活性材料能夠例如在應(yīng)用閘或者離合器嚙合過程中改變至 少一種性質(zhì)。根據(jù)需要，該活化裝置為該活性材料基物體的活性材料提 供激活信號(hào)或刺激以使特征發(fā)生改變，所述特征比如但不限于該物體的 至少一部分表面的摩擦力。在一種實(shí)施方案中，該性質(zhì)改變通常維持施 加激活信號(hào)的整個(gè)過程。 一旦中斷該激活信號(hào)，該活性材料通?；謴?fù)到 失活狀態(tài)，并基本回復(fù)到該至少一種性質(zhì)的初始狀態(tài)，因此使活性材料 基物體以及因此摩擦力水平恢復(fù)到最初的界面力水平。在另一實(shí)施方案
中， 一旦中斷該激活信號(hào)，該活性材料的至少一種性質(zhì)和/和該活性材料 基物體的至少一部分的特征的改變可以保持。下面所述的實(shí)施方案僅是 示例性的，并不用于限定到任何特定的形狀、大小、尺寸或構(gòu)造、或者
材料等。
可替代地，該激活信號(hào)可以被動(dòng)地應(yīng)用于該活性材料，而不是通過 使用活化裝置。在這種方式下，該激活信號(hào)可以由該活性材料基物體放 置的環(huán)境提供。因此，該活性材料的至少一種性質(zhì)的改變可以被動(dòng)激活。
作為第一實(shí)例，在鐵磁性SMA或磁致伸纟*材料的情況中，通常，暴露 于磁場(chǎng)造成這些活性材料的尺寸改變，如果適合的排列和構(gòu)造則所述尺 寸變化將導(dǎo)致與第二物體的界面處摩擦力的增大或減小。作為第二實(shí) 例，當(dāng)暴露于高溫時(shí)，液體容器上的密封蓋，例如氣罐，膨脹，由此將 該罐的蓋子的密封解除，并使過剩壓力釋放。在另一實(shí)例中，活性材料 基物體可以用于離合器應(yīng)用中，其中當(dāng)環(huán)境溫度超過預(yù)設(shè)水平時(shí)，該活
性材料可以被動(dòng)激活。然后該激活的活性材料可以提高該物體的紋理， 由此嚙合通風(fēng)器/循環(huán)風(fēng)扇/推進(jìn)器的離合器以冷卻系統(tǒng)，例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。
下面公開了用于改變物體的摩擦性質(zhì)并因此改變?cè)撐矬w和第二物 體之間界面力水平的活性材料基裝置和方法的幾種實(shí)施方案。在各圖 中，為了便于對(duì)特定應(yīng)用的功能的討論和理解，示出了該活性材料部件
處于(a)激活狀態(tài)和(b)失活狀態(tài)的特定實(shí)施方案。而且，應(yīng)當(dāng)理解 選自接觸的物體的一個(gè)或更多個(gè)可以包括活性材料。
現(xiàn)在參考圖1,示出了示例性的具有可調(diào)節(jié)的表面形態(tài)的活性材料 基第一接觸物體10。該第一物體IO具有包含活性材料的接觸表面12。 第二接觸物體20可以包含或不包含活性材料，與該活性材料基接觸物 體10相物理接觸，在接觸表面12和該第二物體20之間的界面16處存 在第一摩擦力水平。圖1示出了活性材料基接觸物體10的表面形態(tài)變 化對(duì)第二接觸物體20的影響方式。當(dāng)接觸表面12中的活性材料處于失 活狀態(tài)時(shí)，如圖1 (a)所示，活性材料基接觸物體IO和第二接觸物體 20之間的接觸面積最大化，存在第一摩擦力。當(dāng)該活性材料激活時(shí)，接 觸表面12的形狀改變，例如起皺紋，因此第一接觸物體10的表面形態(tài) 發(fā)生明顯改變，并減小了和第二接觸物體20的接觸面積，如圖2(b) 所示。接觸面積的減小在第一接觸物體10和第二接觸物體20的界面處產(chǎn)生了第二摩擦力水平。
此外，通過改變形狀，接觸表面12由各向同性摩擦表面(圖l(a)) 轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋阅Σ帘砻?圖1 (b))。在失活時(shí)，無論第一接觸物體 10相對(duì)于第二接觸物體20的移動(dòng)方向如何，第一接觸物體IO都具有摩 擦系數(shù)基本相同的各向同性摩擦表面。在處于活化狀態(tài)時(shí)，該第一接觸 物體IO具有根據(jù)接觸物體10相對(duì)于第二接觸物體20的移動(dòng)方向變化 的摩擦系數(shù)的各向異性摩擦表面。例如，當(dāng)接觸物體IO活化且該接觸 表面12的形狀改變時(shí)，當(dāng)該第二物體與升高的"褶鈹"延伸的總方向 平行移動(dòng)時(shí)，接觸物體10和第二接觸物體20具有第一摩擦系數(shù)，而當(dāng) 該第二接觸物體與該"褶皺"延伸的總方向垂直移動(dòng)時(shí)，具有第二摩擦 系數(shù)。
在示例性的實(shí)施方案中，當(dāng) 一 旦接收到激活信號(hào)激活該活性材料 時(shí)，該活性材料基第一接觸物體10能改變其本身和第二接觸物體20之 間的摩擦力水平。在此處所述的實(shí)施方案中，該激活信號(hào)可以是主動(dòng)的 或被動(dòng)的。如圖l所示，活化裝置18為該活性材料基第一接觸物體10 提供激活信號(hào)?；罨b置18提供的激活信號(hào)可以包括熱信號(hào)、磁信號(hào)、 電信號(hào)、氣動(dòng)信號(hào)、機(jī)械信號(hào)、化學(xué)信號(hào)等，以及包含前述信號(hào)中至少 一種的組合，特定的激活信號(hào)取決于該活性材料的材料和/或結(jié)構(gòu)。例如， 為了改變由SMA和/或SMP制備的活性材料的性質(zhì)，可以施加熱信號(hào)。 為了改變由EAP、壓電材料、電致伸縮材料和/或電子EAP's制造的活性 材料的性質(zhì)，可以施加電信號(hào)。為了改變由磁致伸縮材料，例如MSMA、 Terfenol D、 Galfenol和MR彈性體制備的活性材料的性質(zhì)，可以施加(去 除或改變)^茲場(chǎng)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2,示出了活性材料基接觸物體40的另一示例性實(shí)施方 案。該接觸物體40以與上述第一接觸物體IO類似的方式作用，只是在 該實(shí)施方案中，該接觸表面41包括兩個(gè)摩擦元件42和44。接觸物體 40包括活性材料層46,其中該第一摩擦元件42位于該活性材料層46 內(nèi)，通過接觸表面42凸出，而第二摩擦元件44位于該層的接觸表面41 上。該活性材料層46經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號(hào)就會(huì)發(fā)生至少一種 性質(zhì)的改變。例如，當(dāng)該活性材料層46包括SMP時(shí)，在用熱激活信號(hào) 將SMP加熱到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度之上時(shí)，該SMP可以從第一剛度水平轉(zhuǎn) 化為第二剛度水平。當(dāng)該SMP層46具有第一剛度水平時(shí)，該第一摩擦
元件42凸出該SMP層46的表面，使得只有第一摩擦元件42與第二接 觸物體48物理連接，如圖2(a)所示。當(dāng)在第二接觸物體48上施加法 向力50時(shí)，在第一接觸物體40和第二接觸物體48之間界面47處產(chǎn)生 第一摩擦力水平。當(dāng)該SMP層46活化且具有第二剛度水平時(shí)，在法向 力50作用下該第一摩擦元件42退回到較軟的SMP層42中。可以通過 僅使支持第一摩擦元件42的面積軟化而提高這種作用。因此，第二摩 擦元件44也變得與第二接觸物體48物理連接，由此在界面47處產(chǎn)生 笫二摩擦力水平，如圖2(b)所示。因此，該活性材料基接觸物體40 能夠根據(jù)施加到SMP上的熱信號(hào)以及施加到一個(gè)或兩個(gè)相接觸的物體 上的法向力，在兩個(gè)摩擦元件之間選擇以提供兩種不同的摩擦力水平。 在SMP情況下，可能需要去除法向負(fù)載50以重設(shè)初始摩擦系數(shù)。
在圖3中，示出了活性材料基接觸物體80的另一示例性實(shí)施方案。 該接觸物體80能通過改變?cè)O(shè)置于接觸物體80的接觸表面84上的流體 82的量、位置或流路來控制摩擦力水平。通過控制流體82,接觸物體 80可以控制接觸表面84和第二接觸物體的接觸表面(未示出)之間的 摩擦力水平。
該流體82埋置在接觸物體80內(nèi)。在這種實(shí)施方案中，該流體剛好 設(shè)置在通道86中的表面84之下。表面下通道86延伸通過接觸物體80, 如圖3中的虛線所示。該接觸物體80進(jìn)一步包括直接設(shè)置于通道86上 方的表面84中的活性材料部分88。該活性材料部分88經(jīng)構(gòu)造以通過一 旦接收到激活信號(hào)造成活性材料的至少 一種性質(zhì)的變化而在第 一位置 (圖3 (a)所示)和第二位置(圖3 (b)所示)之間轉(zhuǎn)化。當(dāng)該活性 材料部分88處于第一位置時(shí)，該通道86完全包裹在該表面84之下， 使得沒有流體82被允許到達(dá)接觸物體80的表面。當(dāng)活性材料部分88 中的活性材料一旦接收到激活信號(hào)而受到形狀改變時(shí)，該部分88轉(zhuǎn)化 到第二位置，使得該活性材料部分88收縮，由此使通道86的流體82 與表面84流體連接。當(dāng)該活性材料部分88處于第二位置時(shí)，該流體82 被允許從通道86運(yùn)動(dòng)到表面84,由此改變接觸物體80和第二接觸物體 之間的摩〗察力。
例如，在一種實(shí)施方案中，該活性材料部分88能包括SMA。 一旦 接收到熱激活信號(hào)，該SMA部分經(jīng)構(gòu)造以在長(zhǎng)度方向上收縮，從第一 位置(圖3 (a))到第二位置(圖3 (b))。在需要時(shí)，該熱激活信
號(hào)可以失活，可以使用偏置機(jī)構(gòu)(未示出)將SMA部分從笫二位置返 回到第一位置，由此密封通道86中剩余量的流體82。
該流體82可以是任何流體，其會(huì)改變兩個(gè)物體之間的摩擦力水平 不同于在沒有流體存在時(shí)界面處的摩擦力水平。例如，流體82可以是 潤(rùn)滑流體，經(jīng)構(gòu)造以降低表面84和第二物體的接觸表面之間的摩擦系 數(shù)?？商娲兀摿黧w82可以是防潤(rùn)滑劑，例如砂、-流體溶液，其增大 表面84和第二物體的表面之間的摩擦系數(shù)。
在可替代的實(shí)施方案中，該接觸物體80可以包括固定在第二位置 的表面84,如圖3(b)所示。在該實(shí)施方案中，在表面84上沒有活性 材料部分，而是該通道86可以由活性材料形成。在失活狀態(tài)下，該通 道86可以具有第一深度。 一旦接收到激活信號(hào)，該通道86可以改變形 狀，使得該通道86具有較淺的第二深度。在該活化的較淺的第二深度 時(shí)，該流體82會(huì)注射到表面82上，由此改變接觸物體80的表面84和 第二物體的相應(yīng)表面之間的摩擦力水平。重申如圖3所示的接觸物體的
實(shí)施方案有利地使用活性材料以允許和/或限制流體在兩個(gè)物體之間界 面處的〗克動(dòng)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4,示出了活性材料基接觸物體100。該接觸物體100 包括活性材料，并能通過改變形狀控制其本身和另一接觸物體之間的摩 擦力水平。該接觸物體100具有笫一形狀102,所述第一形狀102具有 第一接觸表面104,如圖4 (a)所示。該第一表面104基本是平坦的， 與第二接觸物體108的第二接觸表面106物理連接。當(dāng)該接觸物體IOO 具有第一形狀102時(shí)，在接觸物體IOO和第二物體108之間存在滑動(dòng)摩 擦系數(shù)，使得當(dāng)施加力109時(shí)該接觸物體100沿第二接觸表面106滑動(dòng)。
一旦接收到激活信號(hào)，該接觸物體100的活性材料發(fā)生至少一個(gè)性 質(zhì)的改變，即形狀改變。該形狀改變導(dǎo)致當(dāng)活化時(shí)該接觸物體IOO具有 第二形狀112,如圖4(b)所示。在第二形狀112中，該第一接觸表面 104彎曲使得在接觸物體IOO和第二物體108之間存在滾動(dòng)摩擦系數(shù)。 當(dāng)施加相同力109時(shí)，該接觸物體100沿第二4妻觸表面106滾動(dòng)，與該 活性材料失活且該接觸物體100具有第一形狀102時(shí)的滑動(dòng)相反。因此， 一旦接收到激活信號(hào)，該活性材料基接觸物體100能在第一形狀和第二 形狀之間轉(zhuǎn)變，以改變其本身和另一接觸物體之間的摩擦系數(shù)。例如， 接觸物體100的活性材料可以是形狀記憶材料，例如SMP，當(dāng)加熱到特
定溫度時(shí)其可以具有預(yù)設(shè)的形狀，如下更詳細(xì)地描述的那樣。
在可替代的實(shí)施方案中，通過改變笫一接觸表面104的取向而不是 改變?cè)摫砻娴男螤?，該活性材料基接觸物體IOO可以改變其本身和另一 接觸物體之間的摩擦系數(shù)。在該實(shí)施方案中，該活性材料可以經(jīng)構(gòu)造以 改變形狀，這會(huì)導(dǎo)致接觸物體IOO—旦接收到激活信號(hào)就會(huì)重新取向。 例如，而不是如圖4中所示從笫一形狀改變?yōu)榈诙螤?，該接觸物體100 可以旋轉(zhuǎn)使得該平坦的第一接觸表面104旋轉(zhuǎn)離開第二接觸物體108, 該接觸物體100的彎曲部分105變得和第二接觸表面106物理連接。
在圖5中，示出了接觸物體120。該接觸物體120經(jīng)構(gòu)造以通過使 用活性和/或相改變材料改變摩擦力水平。此處所述的術(shù)語相改變材料是 指但并不用于限定到對(duì)環(huán)境條件的改變響應(yīng)而發(fā)生相變的材料，例如 蠟、冰、壓力塑料(baroplastic)、熱塑料等。該接觸物體120可以包 括活性材料和/或相改變材料，經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號(hào)或暴露于環(huán) 境條件的改變就會(huì)發(fā)生從第一硬度到第二硬度的轉(zhuǎn)變。圖5描述了具有 活性(或相改變)材料層122和設(shè)置在該活性材料層122頂部的硬材料 層124的接觸物體120。
當(dāng)該接觸物體120具有第一硬度時(shí)，如圖5 (a)所示，該活性材料 層122具有足以為該接觸物體120提供具有第一摩擦系數(shù)的接觸表面 126的第一硬度水平。換言之，該接觸表面126包括活性材料層122的 表面，如圖5(a)所示，在接觸表面126和第二接觸物體130之間的界 面處存在第一摩擦力水平。當(dāng)該活性材料層122暴露于激活信號(hào)時(shí)，該 活性材料軟化(或者在相變材料的情況下，發(fā)生相變)導(dǎo)致第二硬度水 平。該硬材料層124能夠使該活性材料層122塑性變形，由此突出通過 活性材料層以形成具有第二摩擦系數(shù)的接觸表面128。換言之，該接觸 表面126包含硬材料層124的表面，如圖5 (b)所示，在該接觸表面 128和第二接觸物體130之間的界面處存在第二摩擦力水平。因此，該 接觸物體120能夠通過一旦接收到激活信號(hào)改變?cè)摶钚圆牧蠈?22的硬 度并使得該硬材料層124使活性材料變形，而選擇性改變其本身和第二 接觸物體130之間的摩擦力。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6,示出了活性材料基接觸物體140的另一示例性實(shí)施 方案。該接觸物體140包括活性材料，經(jīng)構(gòu)造以通過一旦接收到激活信 號(hào)就使該活性材料的性質(zhì)(即硬度)改變以控制摩擦力水平。該接觸物
體140具有第一接觸表面142,并響應(yīng)于激活信號(hào)在第一硬度水平和第 二硬度水平之間轉(zhuǎn)變。第二接觸物體144包括固體材料，且具有第二接 觸表面146,相對(duì)于第一接觸表面142而言，其具有粗糙的紋理。當(dāng)該 接觸物體140具有第一硬度水平時(shí)，如圖6(a)所示，該活性材料具有 足以支持第二接觸物體144在第一接觸表面142上的硬度，由此在兩個(gè) 接觸物體之間的界面處提供第一摩擦力水平。當(dāng)該接觸物體140具有第 二硬度水平時(shí)，如圖6(b)所示，該活性材料軟化，該第二接觸物體 144能夠使該接觸物體140彈性和/或塑性變形，由此使第一接觸表面148 成形，在兩個(gè)接觸物體之間的界面處提供第二摩擦力水平。
在圖7中，示出了活性材料基接觸物體160的另一種示例性的實(shí)施 方案。該接觸物體160經(jīng)構(gòu)造以通過改變其本身和第二接觸物體162之 間的法向力水平而控制摩擦力水平。該接觸物體160包括第一接觸部分 164和包含活性材料部件166和基底部分168的第二部分165。該活性 材料部件166可以包括任何適合的活性材料，例如壓電材料或形狀記憶 合金材料。該活性材料部件經(jīng)構(gòu)造以一旦暴露于激活信號(hào)(例如電流) 就會(huì)發(fā)生性質(zhì)改變，例如形狀改變。該活性材料部件166在具有第一厚 度170的第一形狀(如圖7(a)所示)和具有第二厚度172的第二形狀 (如圖7 (b)所示)之間轉(zhuǎn)變。
當(dāng)該活性材料部件166具有第一厚度170時(shí)，第一接觸構(gòu)件164經(jīng) 構(gòu)造以用第一法向力與第二接觸物體162接觸(在圖7a中的描述中為 零)。當(dāng)該活性材料部件166具有第二厚度172時(shí)，該第一接觸部分164 經(jīng)構(gòu)造以用第二法向力接觸第二接觸物體162。通過改變兩個(gè)接觸物體 之間的法向力，在兩個(gè)物體之間的界面處的摩擦力發(fā)生改變，而不改變 其間的摩擦系數(shù)。在該特定的實(shí)施方案中，當(dāng)該接觸物體160與該第二 接觸物體物理連接時(shí)，該活性材料部件166實(shí)質(zhì)上提供了可變的夾持力。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，示出了另一種活性材料基接觸物體200。該接觸物 體200能夠通過改變其本身和第二接觸物體之間的法向力來控制摩擦力 水平。在該特定的實(shí)施方案中，該接觸物體200是真空吸盤，通過控制 其本身和第二接觸物體之間的氣壓水平來控制摩擦力水平。在另 一 實(shí)施
方案中，該接觸物體200可以是液壓支撐結(jié)構(gòu)。該真空吸盤200包括接 觸表面202,在其上設(shè)置有開孔204。動(dòng)力源，在該實(shí)施例中是真空泵 206,通過導(dǎo)管208與該真空吸盤200操作連接。該導(dǎo)管208將該真空
泵206與該真空吸盤200流體連接。
該真空吸盤200的接觸表面202包括活性材料。該接觸表面的活性 材料經(jīng)構(gòu)造以 一旦接收到激活信號(hào)就通過活性材料的性質(zhì)改變而在第 一位置和第二位置之間變化。當(dāng)該活性材料處于笫一位置時(shí)，如圖8(a) 所示，該接觸表面202具有開孔204。當(dāng)該活性材料處于第二位置時(shí)， 如圖8 (b)所示，該活性材料覆蓋該開孔204,使得接觸表面203為實(shí) 心均勻平面。該真空吸盤200的活性材料允許可變化地選擇該接觸表面 202和第二接觸物體之間的流體連接量。換言之，該活性材料經(jīng)構(gòu)造以 控制由真空泵206輸送到真空吸盤200中的真空量。接觸表面202處的 真空量控制吸盤表面202和第二接觸物體之間界面處的摩擦力水平。當(dāng) 該活性材料處于第 一位置時(shí)，該吸盤和第二物體之間具有第 一法向力。 當(dāng)該活性材料處于第二位置，該吸盤和第二物體之間具有第二法向力。 此外，該真空吸盤200的活性材料可以經(jīng)構(gòu)造以允許真空通過某些開孔 而同時(shí)覆蓋另一些。例如，活化裝置能用于選擇性輸送電力到在接觸表 面202的選定位置處的電阻加熱器以開啟選定的開孔204,同時(shí)不向其 他開孔周圍的那些電阻加熱器輸送電力以使其保持封閉。當(dāng)以這種方式 操作時(shí)，該真空吸盤200能夠選擇性將多于兩種法向力水平應(yīng)用于第二 接觸物體。
如上所述，在另一種示例性實(shí)施方案中，該接觸物體200能用作液 壓支撐型結(jié)構(gòu)，其中壓縮機(jī)，在這種情況中的動(dòng)力源，能提供正壓通過 開孔204,由此在兩個(gè)接觸物體之間提供排斥力。此外，活性材料可以 設(shè)置于接觸物體200中的其他位置以控制流體流動(dòng)。例如，可以在導(dǎo)管 208中設(shè)置包含活性材料的閥，其中該閥經(jīng)構(gòu)造以響應(yīng)于不同的激活信 號(hào)使不同水平的流體流動(dòng)通過導(dǎo)管208。在另一實(shí)施方案中，該真空泵 206可以包含活性材料部件。例如，泵206可以包括壓電材料，其中響 應(yīng)于電流的壓電材料的形狀改變經(jīng)構(gòu)造以泵送流體。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖9,示出了活性材料基接觸物體220的另一實(shí)施方案。 在該實(shí)施方案中，該接觸物體220可以通過改變第一接觸物體220相對(duì) 于第二接觸物體240的取向來改變其本身和第二接觸物體240之間的摩 擦力水平。該接觸物體220具有第一接觸表面224,包含活性材料。該 活性材料，例如SMP,經(jīng)構(gòu)造以改變第一接觸表面224相對(duì)于第二接觸 物體240的第二接觸表面244的取向。 一旦接收到激活信號(hào)，該第一接
觸物體220的活性材料發(fā)生性質(zhì)的改變，例如形狀改變，這導(dǎo)致該第一 接觸表面224相對(duì)于該第二接觸表面244重新取向。這種重新取向在圖 9中示為角度e，與兩個(gè)物體彼此平行時(shí)(即當(dāng)波紋平行時(shí))相比，大 大影響兩個(gè)接觸物體之間的界面摩擦，特別是當(dāng)該兩個(gè)接觸表面具有各 向異性的紋理時(shí)。例如，該第一和第二接觸表面224、 224能具有相應(yīng) 的波紋。當(dāng)該第一接觸物體220的活性材料處于第一位置且失活時(shí)，在 兩個(gè)接觸表面之間存在第一摩擦力。然而，當(dāng)該活性材料活化時(shí)，該第 一接觸物體220響應(yīng)于活性材料的性質(zhì)改變而轉(zhuǎn)變到第二位置，因此由 于各自表面的各向異性，在兩個(gè)物體之間存在更高的第二摩擦力。在該 特定的實(shí)施方案中，例如，軸向垂直于波紋的摩擦力水平可以從第一接 觸物體220的波紋228平行于第二接觸物體240的波紋248時(shí)的最高摩 擦系數(shù)變?yōu)榈谝唤佑|物體220的波紋228與第二接觸物體240的波紋 248成一定角度重新取向時(shí)的最低摩擦系數(shù)(如圖9所示)。
此外，兩個(gè)接觸物體之間的界面摩擦力可以進(jìn)一步隨著第 一和/或第 二接觸物體220、 240的表面紋理的改變而改變。如與上述類似的方法 中所述，該第一和/或第二接觸表面224、 244可以改變紋理，例如形狀， 以影響界面摩擦?？梢酝ㄟ^可逆地調(diào)節(jié)各波紋狀接觸表面的波紋228 、 248的波長(zhǎng)和/或振幅來改變界面摩擦力。此外，在其他示例性的實(shí)施方 案中，第一接觸物體220的活性材料可以改變相對(duì)于第二接觸物體240 的取向，使得第一接觸表面224的不同部分與第二接觸表面244的不同 部分接觸。例如，第一接觸物體220的重新取向可能造成第一接觸表面 224的表面紋理與先前接觸第二接觸表面244的那部分的表面紋理不同 的部分接觸第二物體，由此改變摩擦力水平。
在一個(gè)特定的應(yīng)用領(lǐng)域中(其并不意于限制此處所述的裝置的應(yīng) 用)，其可以有利地用作活性材料基夾具。夾具或其他類似的夾持工具 (例如但不局限于虎鉗、虎鉗夾口、鉗子等)可以利用活性材料通過活 性材料的活化改變?cè)O(shè)置在第一和第二接觸物體之間的物體的夾持力。在 一種示例性的實(shí)施方案中，夾具可以包括具有接觸表面的第 一接觸物 體，與第 一接觸物體相反設(shè)置且具有朝向該第 一接觸物體的接觸表面的 接觸表面的第二接觸物體，其中該第一和第二接觸物體的組合經(jīng)構(gòu)造以 夾持對(duì)象，例如圖l中所示的裝置?；钚圆牧峡梢耘c選自第一接觸物體 和第二接觸物體的 一 個(gè)或兩個(gè)操作連接，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造以 一旦
接收到激活信號(hào)就發(fā)生性質(zhì)的改變。該性質(zhì)的改變有效地改變了第一和 第二接觸物體和該對(duì)象(未示出)之間的摩擦力水平，由此改變對(duì)該對(duì) 象的夾持力。因此，該活性材料基夾具可以通過改進(jìn)接觸物體和該對(duì)象 之間的摩擦力選擇性改進(jìn)對(duì)對(duì)象的握緊。而且，對(duì)于用接觸物體的表面 紋理改變來改變摩擦力的實(shí)施方案，該夾具可以經(jīng)構(gòu)造以在夾持軟對(duì)象 或該對(duì)象是敏感的或容易破碎的時(shí)，沒有紋理(即平滑的表面)。當(dāng)需 要夾持較堅(jiān)固的對(duì)象，例如管子時(shí)，可以提高表面紋理以形成更適用于 緊固硬對(duì)象的粗糙紋理。
如前所述，適用于上述可以改變表面之間界面摩擦力水平的接觸物
體的活性材料包括但不局限于形狀記憶合金("SMA",例如熱和應(yīng) 力活化的形狀記憶合金和磁性形狀記憶合金(MSMA))、電活性聚合 物(EAP),例如介電彈性體、離子聚合物金屬復(fù)合材料(IPMC)、壓 電材料(例如聚合物、陶瓷)和形狀記憶聚合物(SMP)、形狀記憶陶 瓷(SMC)、壓力塑料、磁流變(MR)材料(例如流體和彈性體)、 電流變(ER)材料(例如流體和彈性體)、磁致伸縮和電致伸縮材料， 以及前述活性材料和非活性材料的復(fù)合材料、包含前述活性材料中至少 一種的系統(tǒng)、和包含前述活性材料中至少一種的組合。為簡(jiǎn)便起見并通 過實(shí)例，此處將參考形狀記憶合金和形狀記憶聚合物。形狀記憶陶資、 壓力塑料等也可以以類似方式應(yīng)用。例如，用壓力塑料材料時(shí)，高和低 玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)組分的納米相疇的壓力誘導(dǎo)混合實(shí)現(xiàn)形狀改變。壓 力塑料可以以較低溫度重復(fù)加工而不會(huì)降解。SMC與SMA類似，但比 其他形狀記憶材料能忍受更高得多的操作溫度。SMC的實(shí)例是壓電材 料。
形狀記憶合金一旦應(yīng)用或去除外部激勵(lì)就會(huì)恢復(fù)其最初形狀的能 力導(dǎo)致其在施加力導(dǎo)致所需運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器中的應(yīng)用?；钚圆牧现聞?dòng)器與 傳統(tǒng)的電動(dòng)和液壓致動(dòng)裝置相比，有潛力降低致動(dòng)器尺寸、重量、體積、 成本、噪聲，并提高堅(jiān)固性。例如，鐵磁性SMA's表現(xiàn)出對(duì)施加磁場(chǎng)響 應(yīng)(并與其強(qiáng)度成比例)的高至百分之幾的快速尺寸改變。然而，這些 改變是單向改變，使用偏置力或場(chǎng)逆轉(zhuǎn)使該鐵磁性SMA返回其起始結(jié) 構(gòu)。
形狀記憶合金是具有至少兩個(gè)不同溫度依賴相或極性的合金組合 物。最常使用的這些相是所謂的馬氏體和奧氏體相。在以下討論中，馬
氏體相通常是指更容易變形的、更低溫度的相，而奧氏體相通常是指更 具剛性的、更高溫度的相。當(dāng)該形狀記憶合金處于馬氏體相且加熱時(shí)， 其開始轉(zhuǎn)化為奧氏體相。這種現(xiàn)象開始的溫度通常稱作奧氏體起始溫度
(As)。這種現(xiàn)象結(jié)束的溫度通常稱作奧氏體結(jié)束溫度(Af)。當(dāng)該形
狀記憶合金處于奧氏體相且冷卻時(shí)，其開始轉(zhuǎn)化為馬氏體相。這種現(xiàn)象
開始的溫度通常稱作馬氏體起始溫度(Ms)。奧氏體結(jié)束轉(zhuǎn)化為馬氏體 的溫度通常稱作馬氏體結(jié)束溫度(Mf) 。 As和Af之間的范圍通常稱作 馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)化溫度范圍，而Ms和Mf之間的范圍通常稱作奧 氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)化溫度范圍。應(yīng)當(dāng)注意上述轉(zhuǎn)化范圍是SMA樣品經(jīng) 受的應(yīng)力的函數(shù)。通常，隨著應(yīng)力增大，這些溫度也隨之升高。由于前 述的性質(zhì)，該形狀記憶合金的形變優(yōu)選在奧氏體起始溫度或在該溫度之 下(等于或低于As)進(jìn)行。后續(xù)加熱到上述奧氏體起始溫度之上造成該 變形的形狀記憶材料樣品開始恢復(fù)到其最初(未受應(yīng)力的)永久形狀， 直至在奧氏體完成溫度時(shí)結(jié)束。因此，和形狀記憶合金一起使用的適合 的激活輸入或信號(hào)是具有足以造成在馬氏體和奧氏體相之間轉(zhuǎn)化的量 級(jí)的熱激活信號(hào)。
可以通過略微改變合金組成和通過熱機(jī)才成加工，來調(diào)節(jié)形狀記憶合 金在加熱時(shí)記住其高溫形態(tài)(即其最初的未受應(yīng)力的形狀)的溫度。例 如，在鎳-鈦形狀記憶合金中，其可以從高于約100。C到低于約-100。C變 化。該形狀恢復(fù)過程可以發(fā)生在只有幾度的范圍內(nèi)，或者在更寬的溫度 范圍上表現(xiàn)出更漸進(jìn)性的恢復(fù)。根據(jù)所需的應(yīng)用和合金組合物，該轉(zhuǎn)化 的起始或結(jié)束可以控制到幾度之內(nèi)。形狀記憶合金的機(jī)械性質(zhì)在跨越其 轉(zhuǎn)化的溫度范圍內(nèi)變化很大，通常提供了形狀記憶作用和超彈性作用。 例如，在馬氏體相中，觀察到比奧氏體相更低的彈性模量。通過用施加 的應(yīng)力對(duì)晶體結(jié)構(gòu)排列進(jìn)行重排，馬氏體相的形狀記憶合金可以經(jīng)受大 的變形。在應(yīng)力去除后該材料將保持這一形狀。換言之，在SMA中的 應(yīng)力誘導(dǎo)相變本身是雙向的，當(dāng)SMA處于奧氏體相時(shí)施加足夠的應(yīng)力 將使其轉(zhuǎn)變到較低模量的馬氏體相。施加應(yīng)力的去除將使SMA返回到
其奧氏體相，這樣就恢復(fù)了其初始形狀和更高的^t量。
示例性的形狀記憶合金材料包括鎳-鈦基合金、銦-鈦基合金、鎳-鋁 基合金、鎳-鎵基合金、銅基合金(例如銅-鋅合金、銅-鋁合金、銅-金和 銅-錫合金)、金-鎘基合金、銀-鎘基合金、銦-鎘基合金、錳-銅基合金、 鐵-鉑基合金、鐵-鈀基合金等。該合金可以是二元、三元或任何更高元 的，只要該合金組合物具有形狀記憶作用，例如形狀、取向、屈服強(qiáng)度、 撓曲模量、阻尼容量、超彈性和/或類似性質(zhì)的改變即刻。適合的形狀記 憶合金組合物的選擇部分取決于目標(biāo)應(yīng)用的溫度范圍。
在較高溫度下恢復(fù)到奧氏體相伴隨著非常大的應(yīng)力(與使該材料變 形所需的相比)，其可以高至奧氏體相材料的固有屈服強(qiáng)度，有時(shí)高至 該變形的馬氏體相的三倍或更多倍。對(duì)于需要大量操作循環(huán)的應(yīng)用，可
以得到小于或等于所用線的變形長(zhǎng)度的約4%的應(yīng)變。在用0.5毫米 (mm)直徑的SMA線進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，得到了約為4%的最大應(yīng)變。對(duì) 于更細(xì)的線或?qū)τ谏倭垦h(huán)的應(yīng)用，這一百分比可以提高到直至8%。 對(duì)可得到的應(yīng)變的這種限制顯著限制SMA致動(dòng)器在空間有限的情況下
的應(yīng)用。
FSMA是SMA的子類。FSMA的行為可以與常規(guī)SMA材料相似， 在馬氏體和奧氏體之間具有應(yīng)力或熱誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)化。此外，F(xiàn)SMA具有鐵 磁性，具有強(qiáng)的磁晶各向異性，這使得外磁場(chǎng)可以影響場(chǎng)排列的馬氏體 變體(field aligned martensitic variant)的取向/部分。在去除了》茲場(chǎng)時(shí)， 該材料可以具有完全雙向、部分雙向或單向的形狀記憶。對(duì)于部分或單 向形狀記憶，外部激勵(lì)、溫度、磁場(chǎng)或應(yīng)力會(huì)使該材料可以恢復(fù)到其初 始狀態(tài)。完美的雙向形狀記憶可以用于使用所施加的連續(xù)功率成比例控 制。單向形狀記憶最適用于其中延時(shí)的恢復(fù)激勵(lì)可以執(zhí)行閉鎖功能的閉 鎖型應(yīng)用。在汽車應(yīng)用中，外磁場(chǎng)通常是通過軟磁芯電磁體產(chǎn)生的，盡 管也可以使用 一對(duì)Helmholtz芯用于快速響應(yīng)。
示例性的鐵磁性形狀記憶合金是鎳-錳-鎵基合金、鐵-鉑基合金、鐵 -鈀基合金、鈷-鎳-鋁基合金、鈷-鎳-鎵基合金。與SMA相似，這些合金 可以是二元、三元或任何更多元的，只要該合金組合物具有形狀記憶作 用，例如形狀、取向、屈服強(qiáng)度、撓曲模量、阻尼容量、超彈性和/或類 似性質(zhì)的改變即可。適合的形狀記憶合金組合物的選擇部分取決于預(yù)期 應(yīng)用的溫度范圍和響應(yīng)類型。
如前所述，其他示例性的形狀記憶材料是形狀記憶聚合物(SMP )。 "形狀記憶聚合物"通常是指一旦施加激勵(lì)信號(hào)就會(huì)具有性質(zhì)(例如模 量、尺寸、熱膨脹系數(shù)、透濕性、光學(xué)性質(zhì)(例如透射率)或包含前述 性質(zhì)中至少一種和微觀結(jié)構(gòu)和/或形態(tài)變化相結(jié)合的組合)的改變的聚合
物材料。形狀記憶聚合物可以是熱響應(yīng)的(即性質(zhì)的改變是直接通過熱 提供或去除，或間接通過適于激發(fā)分子水平上高振幅振動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生內(nèi)熱 的頻率振動(dòng)傳送的熱激活信號(hào)造成的)、光響應(yīng)的(即性質(zhì)的改變是通 過電磁輻射激勵(lì)信號(hào)造成的)、濕度響應(yīng)的(即性質(zhì)的改變是通過液體 激活信號(hào)，例如濕度、水蒸氣或水造成的)、化學(xué)響應(yīng)的(即對(duì)環(huán)境中
的一種或多種化學(xué)物種的濃度改變響應(yīng)的；例如H+離子的濃度一環(huán)境 的pH值)或包含前述至少一種的組合。
通常，SMP是包含至少兩種不同單元的相偏析共聚物
(phase-segregated copolymer),所述單元可以描述為卩艮定SMP內(nèi)的不 同片段，各片段對(duì)SMP的總性能貢獻(xiàn)不同。此處所述的術(shù)語"片段" 是指相同或相似單體或低聚單元的嵌段、接枝或序列，其共聚構(gòu)成SMP。 每個(gè)片段可以是(半)晶質(zhì)的或無定形的，將分別具有相應(yīng)的熔點(diǎn)或玻 璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)。此處所用的術(shù)語"熱轉(zhuǎn)化溫度"用于便于一般表 示取決于該片段是無定形片段或晶質(zhì)片段的Tg或熔點(diǎn)。對(duì)于包含(n) 個(gè)片段的SMP,該SMP據(jù)稱具有一個(gè)硬片段和(n-l )個(gè)軟片段，其中 該硬片段具有比任何軟片段更高的熱轉(zhuǎn)化溫度。因此，該SMP具有(n) 個(gè)熱轉(zhuǎn)化溫度。該硬片段的熱轉(zhuǎn)化溫度稱作"最終轉(zhuǎn)化溫度"，所謂的
"軟片段"的最低熱轉(zhuǎn)化溫度稱作"第一轉(zhuǎn)化溫度"。重要的是注意到， 如果SMP具有多個(gè)特征在于相同熱轉(zhuǎn)化溫度(也是最終轉(zhuǎn)化溫度)的 片段，那么SMP稱作具有多個(gè)硬片段。
當(dāng)SMP加熱到最終轉(zhuǎn)化溫度之上時(shí)，該SMP材料可以獲得永久的 形狀。可以通過后續(xù)將SMP冷卻到該溫度之下來設(shè)定或記憶SMP的永 久形狀。此處所用的術(shù)語"初始形狀"、"前面限定的形狀，，、"預(yù)設(shè) 形狀"和"永久形狀"是同義詞，用于可互換使用。可以通過將該材料 加熱到高于任何軟片段的熱轉(zhuǎn)化溫度但低于最終轉(zhuǎn)化溫度的溫度，施加 外應(yīng)力或負(fù)載以使SMP變形，然后冷卻到軟片段的特定熱轉(zhuǎn)化溫度之 下同時(shí)保持該變形外應(yīng)力或負(fù)載，來固化臨時(shí)形狀。
可以通過在去除該應(yīng)力或負(fù)載的情況下，將該材料加熱到軟片段的 特定熱轉(zhuǎn)化溫度但低于最終轉(zhuǎn)化溫度，來恢復(fù)該永久形狀。因此，應(yīng)當(dāng) 清楚通過結(jié)合多個(gè)軟片段，是能夠顯示多個(gè)臨時(shí)形狀的，通過使用多個(gè) 硬片段，能夠顯示多個(gè)永久形狀。類似地，使用分層或復(fù)合方法，多種 SMP的組合將顯示在多個(gè)臨時(shí)和永久形狀之間的轉(zhuǎn)化。
該形狀記憶材料也可以包含壓電材料。而且，在某些實(shí)施方案中，
該壓電材料可以構(gòu)造為用于提供快速展開(rapid deployment)的致動(dòng)器。 此處所用的術(shù)語"壓電"用于描述當(dāng)施加電壓電勢(shì)時(shí)發(fā)生機(jī)械變形(改 變形狀)或者相反當(dāng)機(jī)械變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷的材料。壓電材料當(dāng)受到施 加的電壓時(shí)顯示小的尺寸改變，所述響應(yīng)與施加電場(chǎng)的強(qiáng)度成比例而是 是相當(dāng)快的(能夠容易地達(dá)到千赫范圍)。因?yàn)槠涑叽绺淖冃?例如小 于0.1%),所以為了大大提高尺寸改變的量級(jí)，通常以壓電陶瓷單壓 電晶片或雙壓電晶片平片致動(dòng)器(unimorph and bi-morph flat patch actuator)的形式使用，所述致動(dòng)器經(jīng)構(gòu)造以一旦施加相對(duì)小的電壓就彎 曲呈凹入或凸起形狀。在該夾具的襯里內(nèi)的這種片的變形/彎曲適用于夾 持物體的抓緊/釋放。
單壓電晶片的 一種類型是由與柔性金屬箔或條外部連接的單一壓 電元件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，當(dāng)用變化電壓激活時(shí)受到該壓電元件的激勵(lì)并由于 它與壓電元件的運(yùn)動(dòng)相反而產(chǎn)生軸向彎曲或偏轉(zhuǎn)。單壓電晶片類型的致 動(dòng)器運(yùn)動(dòng)能夠通過收縮或膨脹進(jìn)行。單壓電晶片能夠具有高至約10 %的 應(yīng)變，但相對(duì)于單壓電晶片結(jié)構(gòu)的總體尺寸通常僅能夠支持低的負(fù)載。
與單壓電晶片壓電裝置相比，雙壓電晶片裝置包括夾在兩個(gè)壓電元 件之間的中間柔性金屬箔。雙壓電晶片比單壓電晶片具有更大的位移， 因?yàn)樵谑┘与妷鹤饔孟拢?一個(gè)陶瓷元件將收縮，而另一個(gè)則膨脹。雙壓 電晶片可以具有高至約20%的應(yīng)變，但與單壓電晶片類似，相對(duì)于單壓 電晶片結(jié)構(gòu)的總體尺寸通常不能支持高的負(fù)載。
示例性的壓電材料包括無機(jī)化合物、有機(jī)化合物和金屬。對(duì)于有機(jī) 化合物而言，可以使用所有具有非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)和在分子內(nèi)的主鏈上或 在側(cè)鏈上或兩種鏈上具有大偶極距基團(tuán)的聚合材料作為壓電膜的候選 材料。聚合物的實(shí)例包括聚(4-苯乙烯磺酸鈉)("PPS")、聚S-119 (聚(乙烯胺)主鏈偶氮發(fā)色團(tuán))及其衍生物；聚氟烴 (polyfluorocarbines),包括聚偏l, 1-二氟乙烯("PVDF，，)，其共 聚物l， l-二氟乙烯("VDF")、三氟乙烯(TrFE)及其衍生物；聚 氯烴，包括聚氯乙烯("PVC")、聚l, 1-二氯乙烯("PVC2") 及其衍生物；聚丙烯腈("PAN")及其衍生物；聚羧酸，包括聚甲基 丙烯酸("PMA")及其衍生物；聚脲及其衍生物；聚氨酯("PU") 及其衍生物；生物聚合物分子，例如聚L-乳酸及其衍生物，和膜蛋白質(zhì)，
以及磷酸酯生物分子；聚苯胺及其衍生物，和所有的四胺衍生物；聚酰 亞胺，包括Kapton⑧分子和聚醚酰亞胺("PEI")及其衍生物；所有 膜聚合物；聚(N-乙烯基吡咯烷酮)("PVP")均聚物，及其衍生物， 和無規(guī)PVP-共-乙酸乙烯酯("PVAc")共聚物；和所有在主鏈或側(cè)鏈 或在主鏈和側(cè)鏈上都具有偶極距基團(tuán)的芳香族聚合物；以及包含前述至 少一種的所有組合。
此外，壓電材料可以包括Pt、 Pd、 Ni、 T、 Cr、 Fe、 Ag、 Au、 Cu 和包含前述至少一種的金屬合金，以及包含前述至少一種的組合。這些 壓電材料還可以包括例如金屬氧化物，例如Si02、 A1203、 Zr02、 Ti02、 SrTi03、 PbTi03、 BaTi03、 Fe03、 Fe304、 ZnO，包含前述前述至少一 種的組合；和VIA和IIB族化合物，例如CdSe、 CdS、 GaAs、 AgCaSe2、 ZnSe、 GaP、 InP、 ZnS,以及包含前述至少一種的組合。
示例性的可變模量材料還包括磁流變(MR)和ER聚合物。MR聚 合物是微米尺寸的可磁極化的顆粒(例如如下所述的鐵磁性或順磁性顆 粒)在聚合物(例如熱固性彈性聚合物或橡膠)中的懸浮體。示例性的 聚合物基質(zhì)包括聚a-烯烴、天然橡膠、硅酮、聚丁二烯、聚乙烯、聚異 戊二烯以及包含前述至少一種的組合。
通過改變施加磁場(chǎng)的強(qiáng)度而改變剪切和壓縮/拉伸模量來實(shí)現(xiàn)該聚 合物結(jié)構(gòu)的剛度和潛在的形狀。該MR聚合物通常在磁場(chǎng)中暴露短至幾 毫秒的時(shí)間時(shí)就顯現(xiàn)其結(jié)構(gòu)，其剛度和形狀隨施加場(chǎng)的強(qiáng)度呈比例變 化。MR聚合物停止暴露于磁場(chǎng)使該過程反轉(zhuǎn)，使彈性體恢復(fù)到其較低 ^t量狀態(tài)。然而，場(chǎng)生成線圈(field generating coil)的包裝會(huì)帶來挑戰(zhàn)。
電子電活性聚合物(EAP)是具有低彈性模量的介電材料中間層的 一對(duì)電極的層壓物。在電極之間施加電勢(shì)擠壓中間層，使其在平面內(nèi)膨 脹。它們對(duì)施加的場(chǎng)呈比例響應(yīng)，可以在高頻下激活。EAP漸變層壓片 (EAP morphing laminate sheet)已經(jīng)得到證實(shí)。其主要缺點(diǎn)在于其需要 施加的電壓是壓電材料所需的約三個(gè)數(shù)量級(jí)高。
電活性聚合物包括對(duì)電或機(jī)械場(chǎng)響應(yīng)的壓電、熱電或電致伸縮性質(zhì) 的聚合物材料。電致伸縮的接枝彈性體和壓電聚(1, 1-二氟乙烯-三氟 乙丈希)共聚4勿的實(shí)<列(An example of an electrostrictive-grafted elastomer with a piezoelectric poly(vinylidene fluoride-trifluoro-ethylene) copolymer)。這種組合具有產(chǎn)生各種量的鐵電-電致伸縮分子復(fù)合體系
的能力。
適用作電活性聚合物的材料可以包括任何基本絕緣的聚合物和/或 橡膠，其對(duì)靜電場(chǎng)響應(yīng)而變形，或者其變形導(dǎo)致電場(chǎng)的改變。示例性的 適用作預(yù)應(yīng)變聚合物的材料包括硅酮彈性體、丙烯酸彈性體、聚氨酯、
熱塑性彈性體、包含PVDF的共聚物、壓敏粘合劑、含氟彈性體、包含 硅酮和丙烯酸部分的聚合物(例如包含硅酮和丙烯酸部分的共聚物，包 含硅酮彈性體和丙烯酸彈性體的聚合物混合物，等)。
用作電活性聚合物的材料可以根據(jù)材料性質(zhì)選擇，所述性質(zhì)例如高 電擊穿強(qiáng)度、低彈性模量(例如用于大的或小的變形)、高介電常數(shù)等。 在一種實(shí)施方案中，該聚合物的選擇可以使得其具有小于或等于約100 MPa的彈性模量。在另一實(shí)施方案中，該聚合物的選擇可以使得其具有 約0.05兆巾白(MPa) ~約10MPa(或者更特別地，約0.3MPa ~約3MPa) 的最大激勵(lì)壓力。在另一實(shí)施方案中，該聚合物的選擇可以使得其具有 約2~約20 (或者更特別地，約2.5 約12)的介電常數(shù)。本發(fā)明并不 旨在限定到這些范圍。理想地，如果材料具有高介電常數(shù)和高介電強(qiáng)度， 那么具有高于上述給出范圍的介電常數(shù)的所述材料會(huì)是合意的。在很多 情況中，電活性聚合物可以制造和實(shí)施為薄膜形式，例如具有小于或等 于約50微米的厚度。
由于電活性聚合物可以在高應(yīng)變下偏轉(zhuǎn)，因此與該聚合物連接的電 極也應(yīng)當(dāng)偏轉(zhuǎn)，而不會(huì)損害機(jī)械或電性能。通常，適用的電極可以具有 任何形狀和材料，只要其能夠?yàn)殡娀钚跃酆衔锾峁┻m合的電壓或者接收 來自其的適合電壓。該電壓可以是恒定的或隨時(shí)間改變的。在一種實(shí)施 方案中，該電極與該聚合物的表面粘合。與該聚合物粘合的電極可以是 順應(yīng)性的(compliant)并和該聚合物的變化中的形狀共形。該電極可以 僅施加到電活性聚合物的一部分，并依照其幾何形狀限定活性區(qū)域。各 種類型的電極包括包含金屬跡線和電荷分布層的結(jié)構(gòu)化電極、包含不同 的面外尺寸(out of plane dimension)的織構(gòu)化電極、導(dǎo)電油月旨(例如碳 油脂和銀油脂)、膠狀懸浮液、高縱橫比的導(dǎo)電材料(例如碳纖維和碳 納米管，和離子傳導(dǎo)性材料的混合物)以及包含前述至少一種的組合。
示例性的電極材料可以包括石墨、碳黑、膠狀懸浮液、金屬(包括 銀和金)、充填凝膠和聚合物(例如銀充填和碳充填的凝膠和聚合物)、 和離子或電傳導(dǎo)性聚合物，以及包含前述至少一種的組合。應(yīng)當(dāng)理解某些電極材料可能適用于特定的聚合物而可能不適用于其他聚合物。舉例 而言，碳纖維適用于丙烯酸彈性體聚合物，而不適用于硅酮聚合物。
磁致伸縮材料是當(dāng)受到外加磁場(chǎng)時(shí)具有大機(jī)械變形的固體。該磁致 伸縮現(xiàn)象歸因于該材料中小磁疇的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該材料未暴露于磁場(chǎng)時(shí)所述 磁疇是無規(guī)取向的。該形狀改變?cè)阼F磁體或鐵磁性固體中是最大的。這 些材料具有非常快的響應(yīng)能力，其應(yīng)變與施加磁場(chǎng)的強(qiáng)度成比例， 一旦
將場(chǎng)去除，其就恢復(fù)到其最初尺寸。然而，這些材料具有約0.1~約0.2
%的最大應(yīng)變。
盡管參照示例性實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人 員理解在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變，而且可以使 用等同物替代其元素。此外，可以進(jìn)行許多改變以將特定的情況或材料 適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離其基本范圍。因此，旨在本發(fā)明不限定于作 為為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明預(yù)期的最佳實(shí)施方案公開的特定實(shí)施方案，而是本發(fā)明 將包括所有落入后附權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.用于選擇性控制和改變兩個(gè)物體之間界面處的摩擦力水平的裝置，包括具有至少一個(gè)表面的第一接觸物體；與該第一接觸物體物理連接的具有至少一個(gè)表面的第二接觸物體；和與選自該第一接觸物體和第二接觸物體的一個(gè)或兩個(gè)操作連接的活性材料，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號(hào)就發(fā)生性質(zhì)的改變，其中該性質(zhì)的改變有效地改變了該第一接觸物體的該至少一個(gè)表面和該第二接觸物體的該至少一個(gè)表面之間界面處的摩擦力水平。
2. 權(quán)利要求1的裝置，其中該活性材料包括形狀記憶聚合物、形狀 記憶合金、鐵磁性形狀記憶合金、電活性聚合物、壓電材料、磁流變彈 性體、電流變彈性體、電致伸縮材料、磁致伸縮材料或包含前述活性材 料中至少一種的組合。
3. 權(quán)利要求1的裝置，其中該性質(zhì)的改變包括尺寸改變、形狀改變、 取向改變、相改變、撓曲模量改變、彈性模量改變或包含前述性質(zhì)中至 少一種的組合。
4. 權(quán)利要求l的裝置，其中該激活信號(hào)包括熱激活信號(hào)、電激活信 號(hào)、磁激活信號(hào)、化學(xué)激活信號(hào)、機(jī)械負(fù)載或包含前述激活信號(hào)中至少 一種的組合。
5. 權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包含經(jīng)構(gòu)造以為該活性材料提供該激 活信號(hào)的活化裝置。
6. 權(quán)利要求1的裝置，其中該活性材料的性質(zhì)改變經(jīng)構(gòu)造以改變?cè)?第 一 接觸物體的該至少 一 個(gè)表面的形狀。
7. 權(quán)利要求6的裝置，其中該至少一個(gè)表面的形狀改變經(jīng)構(gòu)造以將 該第 一接觸物體的摩擦系數(shù)從滑動(dòng)摩擦系數(shù)改變?yōu)闈L動(dòng)摩擦系數(shù)。
8. 權(quán)利要求l的裝置，其中該第一接觸物體包括經(jīng)構(gòu)造以使 一 旦接收到該激活信號(hào)就從第 一 剛度水平改變到第二 剛度水平的活性材料層；設(shè)置于該活性材料層中的第一摩擦元件；和設(shè)置于該活性材料層的表面上的第二摩擦元件，其中在該活性材料 層具有第一剛度水平且在第二接觸物體上施加法向力時(shí)，該第一摩擦元 件與該第二接觸物體物理連接，在該活性材料層具有第二剛度水平且在 該第二接觸物體上施加法向力時(shí)，該第一和第二摩擦元件都與該第二接 觸物體物理連接。
9. 權(quán)利要求l的裝置，其中該第一接觸物體包括該活性材料，且經(jīng) 構(gòu)造以在該活性材料發(fā)生性質(zhì)改變時(shí)從第一硬度改變?yōu)榈诙捕?，其?當(dāng)該第 一接觸物體具有該第 一硬度時(shí)，存在與第二物體的第 一摩擦系 數(shù)，當(dāng)該第一接觸物體具有該第二硬度時(shí)，該第二物體經(jīng)構(gòu)造以使該第 一接觸物體發(fā)生塑性變形，在兩者之間存在第二摩擦系數(shù)。
10. 權(quán)利要求l的裝置，其中該第一接觸物體包括第一層，包括該活性材料和具有第一摩擦系數(shù)的第一接觸表面，其 中該第一層經(jīng)構(gòu)造以在該活性材料發(fā)生性質(zhì)改變時(shí)從第一硬度改變?yōu)?第二硬度，其中在該第一層具有該第一硬度時(shí)，該第一接觸表面與該第 二接觸物體物理連接；和第二層，包括具有第二摩擦系數(shù)的第二接觸表面，其中該第二接觸 表面經(jīng)構(gòu)造以在該第 一層具有該第二硬度時(shí)使該第 一層彈性和/或塑性 變形且與該第二接觸物體物理連接。
11. 權(quán)利要求l的裝置，其中該活性材料的性質(zhì)改變有效地改變了 該第一接觸物體的該至少一個(gè)表面相對(duì)于該第二接觸物體的該至少一 個(gè)表面的取向，由此改變?cè)摰?一接觸物體和該第二接觸物體之間的摩擦 力水平。
12. 權(quán)利要求l的裝置，其中該第一接觸物體包括 第一部分，經(jīng)構(gòu)造以與該第二接觸物體物理連接；和第二部分，包含該活性材料，其中該第二部分經(jīng)構(gòu)造以在該活性材 料發(fā)生性質(zhì)改變時(shí)從第一厚度改變?yōu)轶识穸?，其中在該第二部分具?該第一厚度時(shí)，在該第一部分和該第二接觸物體之間存在第一法向力， 和在該第二部分具有該第二厚度時(shí)，在該第一部分和該第二接觸物體之 間存在第二法向力；其中從該笫一法向力到該第二法向力的改變有效地 改變了該第 一接觸物體和該第二接觸物體之間界面處的摩擦力水平。
13. 權(quán)利要求l的裝置，其中該第一接觸物體包括該活性材料和設(shè)置于該至少 一個(gè)表面上的開孔，其中該活性材料的 性質(zhì)改變有效地選擇性開啟和關(guān)閉該開孔；與該至少 一 個(gè)表面操作連接的動(dòng)力源，其中該動(dòng)力源經(jīng)構(gòu)造以在該 第一接觸物體的該至少一個(gè)表面和該第二接觸物體的該至少一個(gè)表面 之間施加法向力，其中該開孔的選擇性開啟和關(guān)閉改變了兩者之間的摩擦力水平；和與該第 一接觸物體的該至少 一個(gè)表面以及該動(dòng)力源流體連接的管道。
14. 權(quán)利要求14的裝置，其中該動(dòng)力源包括真空泵。
15. 權(quán)利要求l的裝置，其中該第一接觸物體包括 第一接觸表面；設(shè)置于該第一接觸表面之下的通道； i殳置于該通道內(nèi)的流體；和與該第 一接觸表面操作連接的該活性材料，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造 以使一旦接收到激活信號(hào)就發(fā)生性質(zhì)的改變，其中該性質(zhì)改變有效地控 制了流體到該第 一接觸表面的流動(dòng)，其中該流體到該第 一接觸表面的流 動(dòng)有效地改變了該第一接觸物體和該第二接觸物體之間的摩擦力水平。
16. 權(quán)利要求l的裝置，其中該兩個(gè)物體之間界面處的摩擦力水平 的改變有效地改變了軸頸外殼和軸承之間的徑向間隙。
17. 權(quán)利要求l的裝置，其中該兩個(gè)物體之間界面處的摩擦力水平 的改變有效地控制了流體在該第一表面和該第二表面之間的流動(dòng)。
18. 權(quán)利要求1的裝置，其中該兩個(gè)物體之間界面處的摩擦力水平 的改變有效地提高了該第 一 表面和該第二表面之間的牽引力。
19. 權(quán)利要求1的裝置，其中該兩個(gè)物體之間界面處的摩擦力水平 的改變有效地使控制旋鈕選擇性嚙合和脫離。
20. 夾具，包括 具有接觸表面的第 一接觸物體；與該第 一接觸物體相對(duì)設(shè)置的第二接觸物體，具有朝向該第 一接觸 物體的該接觸表面的接觸表面，其中該第一和第二接觸物體的組合經(jīng)構(gòu) 造以夾持對(duì)象；和與選自該第 一接觸物體和第二接觸物體的一個(gè)或兩個(gè)操作連接的 活性材料，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號(hào)就發(fā)生性質(zhì)的 改變，其中該性質(zhì)的改變有效地改變了該第 一和第二接觸物體和該對(duì)象 之間的摩擦力水平。
21. 用于控制第一接觸物體和第二接觸物體之間界面處的摩擦力水 平的方法，該方法包4舌將該第 一接觸物體的第 一接觸表面與該第二接觸物體的笫二接觸 表面相接觸，以在該第 一接觸表面和第二接觸表面之間形成摩擦力水平；和對(duì)活性材料施加激活信號(hào)和造成該活性材料的性質(zhì)改變，其中該活 性材料與選自該第 一接觸物體和第二接觸物體中的一個(gè)或兩個(gè)操作連 接，該性質(zhì)改變有效地改變?cè)摰谝唤佑|表面和第二接觸表面之間的摩擦 力水平。
22. 權(quán)利要求21的方法，其中該活性材料包括形狀記憶聚合物、形 狀記憶合金、鐵磁性形狀記憶合金、電活性聚合物、壓電材料、磁流變 彈性體、電流變彈性體、電致伸縮材料、磁致伸縮材料或包含前述活性 材料中至少一種的組合。
23. 權(quán)利要求21的方法，其中該性質(zhì)的改變包括尺寸改變、形狀改 變、取向改變、相改變、撓曲模量改變、彈性模量改變或包含前述性質(zhì) 中至少一種的組合。
24. 權(quán)利要求21的方法，其中該激活信號(hào)包括熱激活信號(hào)、電激活 信號(hào)、磁激活信號(hào)、化學(xué)激活信號(hào)、機(jī)械負(fù)載或包含前述激活信號(hào)中至 少一種的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于改變兩個(gè)表面之間界面處的摩擦力水平的活性材料基物體，用于選擇性控制和改變兩個(gè)物體之間界面處的摩擦力水平的裝置，包括具有至少一個(gè)表面的第一接觸物體、與該第一接觸物體物理連接的具有至少一個(gè)表面的第二接觸物體，和與選自該第一接觸物體和第二接觸物體的一個(gè)或兩個(gè)操作連接的活性材料，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號(hào)就發(fā)生性質(zhì)的改變，其中該性質(zhì)的改變有效地改變了該第一接觸物體的該至少一個(gè)表面和該第二接觸物體的該至少一個(gè)表面之間界面處的摩擦力水平。
文檔編號(hào)F16S1/06GK101368664SQ200810145680
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者A·C·基夫, A·L·布勞恩, C·P·亨利, G·A·埃雷拉, G·P·麥克奈特, N·D·曼凱姆, N·K·布克諾爾, N·L·約翰遜, W·巴沃薩-卡特 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司