[发明专利]利用静电排斥的换能器及相关系统和方法

说明书

在一些实施例中，诸如换能器的设备包括设置在电极之间的聚合物元件，以及被配置为向电极施加具有相同极性的电势的控制电路。电极之间的分离距离可以通过电极之间的静电排斥来增加。还公开了各种其他设备、系统、方法和计算机可读介质。

背景

可以包括诸如手套和头戴式装置(headset)的设备的增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统可以使用户能够体验事件，例如在计算机生成的三维世界模拟中与人交互，或者查看叠加在真实世界视图上的AR数据。AR/VR设备也可用于娱乐以外的目的。例如，政府可以使用这种设备进行军事训练模拟，医生可以使用这种设备来练习外科手术，以及工程师可以使用这种设备作为可视化辅助。AR/VR设备可以包括换能器和光学组件。因此，期望改进这种设备，以及使用这种设备的系统和方法。

概述

如下文将更详细描述的，本公开描述了使用电极之间的静电排斥来例如产生位移的示例换能器。

根据本发明，一种设备包括：第一电极、第二电极、设置在第一电极和第二电极之间的聚合物元件、以及被配置为向第一电极施加第一电势并向第二电极施加第二电势的控制电路。第一电势和第二电势具有相同的极性。例如，当没有向两个电极施加电势时，第一电极和第二电极分开一分离距离。当第一电势被施加到第一电极并且第二电势被施加到第二电极时，分离距离通过第一电极和第二电极之间的静电排斥而增加。例如，第一电势和第二电势可以都具有正极性，或者可以都具有负极性。第一电势和第二电势可以基本相同。第一电极和第二电极可以电互连，并且控制电路可以被配置为向第一电极和第二电极施加公共电势。

聚合物元件可以包括电活性聚合物，并且可以是电活性元件。聚合物元件可以是大致同质的。聚合物元件可以包括多个纳米空隙。多个纳米空隙可以大致均匀地分布在聚合物元件内。可选地，多个纳米空隙在介电层内具有不均匀的分布。可选地，该设备可以对施加到第一电极的第一电势和施加到第二电极的第二电势提供不均匀的机械响应，这可选地基于聚合物元件内空隙的不均匀分布。第一电极可以设置在第一基板上，并且第二电极可以设置在第二基板上。第一基板和/或第二基板可以包括柔性聚合物膜。该设备可以是可穿戴设备(例如手套、腰带、带子(strap)、眼镜或头戴式设备、鞋、头盔、手表或其他衣物或可穿戴设备)的部件。该设备可以邻近第二设备定位。可选地，第二设备是电活性设备，其可选地基于电活性聚合物。可选地，当该电活性设备和该设备都被致动时，这两个设备协作地提供累积位移。

根据本发明，还提供了一种设备(例如换能器)，包括：包括第一对电极的第一设备、包括第二对电极的第二设备、以及被配置为向第一对电极中的每个电极施加第一电势并在第二对电极之间施加第二电势的控制电路，其中当第一电势被施加到第一对电极中的每个电极时，第一对电极之间的第一距离通过静电排斥而增加，并且当在第二对电极之间施加第二电势时，第二对电极之间的第二距离减小。第二设备可以包括位于第二对电极之间的聚合物元件，该聚合物元件可以是电活性元件。该设备可以包括位于第一对电极之间的聚合物元件，该聚合物元件可以是电活性元件、非电活性的介电元件或其他聚合物元件。第一对电极可以包括第一电极和第二电极，其中第一电极设置在第一基板上，第二电极设置在第二基板上，并且其中第一基板和第二基板各自包括柔性聚合物。

根据本发明，还提供了一种方法(例如电致动方法)，包括：向第一电极施加第一电势，并且在向第一电极施加第一电势期间，向第二电极施加第二电势，其中第一电势具有与第二电势相同的极性，从而在第一电极和第二电极之间诱发排斥的静电力，从而增加第一电极和第二电极之间的分离距离，并且聚合物元件设置在第一电极和第二电极之间。该方法可以进一步包括随后分别向第一电极和第二电极施加具有相反极性的电势，从而在第一电极和第二电极之间诱发吸引力。聚合物元件可以包括电活性聚合物，并且吸引力可以至少部分地由聚合物元件的电诱发压缩产生。