[发明专利]包括锁定片的形状可成形设备

说明书

本发明公开了一种包括锁定片的形状可成形设备。该设备可具有第一状态和第二状态，在第一状态下该设备是可成形的，在第二状态下该设备具有期望的形状并且远不如第一状态下可成形。该设备还可包括：限定腔室的包层，定位成将腔室与环境流体连通地联接的端口；和至少两个锁定片，它们以至少部分重叠的构造定位在腔室中。每个锁定片材包括主表面，并且每个锁定片材的至少一部分可被图案化成包括实心区域和开口区域，实心区域能够在主表面内相对于彼此移动。

技术领域

本公开整体涉及被构造成形成为期望的形状并且然后保持为期望的形状的形状可成形设备，并且具体地，涉及包括多个锁定片的形状可成形设备。

背景技术

多种应用可受益于材料或装置：其具有可从从第一(柔性)状态改变到第二(更具刚性)状态的刚度，在第一状态下材料的形状可成形为期望的形状，在第二状态下期望的形状可得以保持或固定。

一些现有的形状可成形设备在不透气的包层中采用通常相对于彼此自由移动的分立的颗粒(即，大块介质)，但是当包层的内部压力减小到低于环境压力时，这些设备“卡”在一起并且抵抗相对运动。已经提出了大块介质的这种堵塞用于多种产品，从婴儿的医疗约束(美国专利号4,885,811)到肢体复员(美国专利号4,657,003)、到手术期间患者的稳定性(美国专利号6,308,353)、到机器人终端执行器(美国公布号2010/0054903)。大块介质堵塞的一个显著缺点是大块介质填充的装置所需的显著容积。大块介质不能良好地适用于薄的片状应用。

其它现有的装置或系统采用薄形状因数的弯曲刚度变化。通过将材料片放在包层中并且从包层中移除空气(例如，如美国公布号2012/0310126和欧等人的“jamSheets：ThinInterfaces with Tunable Stiffness Enabled by Layer Jamming(堵塞片材：具有通过层干扰实现的可调谐刚度的薄型界面)”，关于有形的、嵌入式和具体化交互的第8届国际会议的TEI′14会议记录，第65-72页，计算机协会(ACM)，2014年2月中所述)，可实现具有变化的弯曲刚度的相对薄的制品。尽管具有高的杨氏模量(或拉伸模量)，通过允许多个薄的材料层在彼此上滑动它们在非卡住状态下实现低的弯曲刚度。然而，因为这些单独的层各自具有高的总体杨氏模量，即使在非卡住状态下，并且它们沿平面内的一个或多个轴是基本上连续的，所以它们不能容易地在平面或薄制品的主表面内延伸。因为单独的层缺乏这种延展性，层的适形能力也受到限制。因此，这些层只能通过产生褶皱、而不能通过平滑且连续地呈现任意形状而采取复杂的形状。这些系统的弯曲刚度在真空下可增加，因为多个层卡在一起并且表现得更像是高杨氏模量材料的单个厚层。

发明内容

本公开整体涉及形状可成形设备，其包括限定腔室的包层和定位在腔室中的至少两个锁定片，当腔室中的压力减小到低于环境压力时，该至少两个锁定片可卡在一起以抵抗相对移动。锁定片各自以此类方式被图案化成实心区域和开口区域：使得实心区域可在锁定片的主表面中相对于彼此移动，从而允许锁定片在主表面内延伸，并且由此增加锁定片的适形能力(即，沿两个或更多个轴)。实心区域可以是分立的并且与相邻的实心区域分开，并且/或者实心区域可连接到相邻的实心区域(例如，连续的)，例如通过允许在锁定片的主表面内的实心区域之间的相对运动的路径或桥接件(例如，长的和/或曲折的路径)。当腔室在真空下时，锁定片可卡在一起以增加设备的刚性或刚度(例如，弯曲刚度(例如，有效弯曲模量)、拉伸刚度(例如，有效拉伸模量)和压痕刚度(例如，有效的压痕模量)中的一个或多个)。

本公开的一些方面提供一种形状可成形设备，其具有：第一状态，在第一状态下该设备是可成形的，以便该设备能够形成为期望的形状；以及第二状态，在第二状态下该设备具有期望的形状并且远不如第一状态下可成形。该设备还可包括：限定腔室的包层，包层由不透气的材料形成；以及端口，其定位成将腔室与环境流体连通地联接。该设备还可包括：以至少部分重叠的构造定位在腔室中的至少两个锁定片，其中每个锁定片包括主表面，并且其中每个锁定片的至少一部分被图案化成包括实心区域和开口区域，实心区域可在主表面内相对于彼此移动。