[发明专利]卷曲和非卷曲加捻纳米纤维纱线及聚合物纤维扭转和拉伸驱动器

说明书

包括捻纺纳米纤维纱线或插捻聚合物纤维的驱动器(人造肌肉)在经电、光、化学、热、通过吸收或通过其它方式供能时产生扭转和/或拉伸驱动。这些人造肌肉利用非卷曲或卷曲纱线并且可为纯的或包括客体。还描述了包括这些人造肌肉的设备。

相关申请案的交叉引用

本申请要求2012年8月1日提交的，标题为“Coiled And Non-Coiled NanofibersYarn Torsional And Tensile Actuators”的美国专利申请序列号61/678,340和2013年3月14日提交的，标题为“Coiled And Non-Coiled Twisted Nanofiber Yarn And PolymerFiber Torsional And Tensile Actuators”的美国专利申请序列号61/784,126的优先权，所述专利申请为本发明的所有人共同拥有。这些专利申请特此以引用的方式整体并入用于所有目的。

政府利益

本发明受政府支持在空军科学研究处授予的批准号FA9550-09-1-0537和FA9550-12-1-0211、空军授予的批准号AOARD-10-4067和海军研究办公室授予的MURI批准号N00014-08-1-0654下进行。政府具有本发明的某些权利。本发明还受来自韦尔奇基金会(Robert A.Welch Foundation)的批准号AT-0029的支持。

技术领域

适当拴系的捻纺纳米纤维纱线和加捻纤维提供了高度可逆的电、光、热或化学驱动的扭转或拉伸驱动，无需液体或固体电解质存在。归因于纱线或纤维过捻或合股的纱线卷曲或纤维卷曲，显著地增加了驱动器拉伸冲程，与充满在驱动期间改变尺寸的客体的纱线一样。

发明背景

已经探索了将电、化学、热或光子能转化为机械能的驱动器材料和机制一个世纪。然而，人类在复制天然肌肉的奇妙特性中几乎没有成功，这意味着最先进的假肢、外骨骼和人形机器人均缺乏迫切需要的能力。

对于如此多与碳纳米管根本不同的驱动器而言，可能尚未描述其它材料。已探明的电供能和燃料供能的纳米管驱动器提供百分之几的驱动器冲程和高于天然肌肉上百倍的应力产生。已经证明大冲程气动纳米管驱动器在纳米管薄板中使用电化学气体生成。在其它研究中，纳米管已经用作电极或添加剂以大大地改变其它驱动材料-如电介质、离子导电、光敏、形状记忆和液晶聚合物的反应。