-1.5之间，而在约150°C _300°C下机械地降低。随着温度的增加，弹性体的Cf进一步降低，例如从在室温下的1.5降低至在高温下的0.2。陶瓷可以承受较高的温度，其具有0.2至0.5的相当低的Cfo采用陶瓷材料显著减小容许的最大加速度和减速度并降低了吞吐量。
[0033]本文描述的装置、系统和方法包括具有耐高温性的高Cf接触表面。根据各种实施方式，接触表面包括利用分子间表面力用于增加在x-y方向上的粘附性和静摩擦力(粘滞力)的微结构。此外，该接触表面可被构造为提供在x-y方向上的高的静摩擦力和在z方向上的非常低的静摩擦力或没有静摩擦力。
[0034]在一些实施方式中，微结构是分层结构的一部分，这样配置以便晶片或其它大面积衬底可以从端部执行器移除而晶片不从端部执行器滑动或脱落。此外，在一些实施方式中，在装载和/或释放期间与端部执行器的接触是无源的，不需要机械的、电的、真空的、或其它类型的致动。
[0035]在各种实施方式中，本文所描述的端部执行器的接触垫或其它接触表面包括具有两个或多个层的分层结构。多层分层结构可包括接触结构，接触结构包括构造为由于这些构件与衬底表面之间的范德华力而附着到衬底的微米级或纳米级接触构件。多层分层结构可以进一步包括直接或间接地将接触结构连接到端部执行器或接触垫基部的挠性构件。在一些实施方式中，接触结构可表征为合成刚毛和/或合成匙突，参照壁虎脚趾的分层结构，下面将进一步讨论。
[0036]术语微结构被用来指具有至少一个尺寸小于1000微米的结构。例如，微结构的最小的长度、宽度、高度或直径可以小于1000微米。如下面进一步讨论的，在一些实施方式中，微结构可具有微米级和/或纳米的尺寸。在一些实施方式中，本文公开的两个或两个以上或所有的尺寸可以是微米级和/或纳米级的。在一些实施方式中，微结构可以包括分层结构，分层结构包括连接到纳米级层的微米级层。本文所用的微米级指介于I微米和1000微米之间的尺寸，纳米级指大于或等于I纳米的亚微米尺寸。
[0037]壁虎脚趾包括超过10个的壳层，其中每个壳层包含超过上千的刚毛阵列。大壁虎的刚毛长度可以是约100微米，直径是4微米。每个刚毛分为100至1000个匙突，匙突包括匙突茎和尖端，并且直径可以为约100纳米。虽然复制这种多层分层结构可产生接近于壁虎的粘附力(10牛顿/Cm2)的粘附力，但本文描述的端部执行器可使用较简单的分层结构，同时依靠接触结构的微结构与衬底表面之间的范德华力用于粘附。两个表面(例如，端部执行器与衬底)之间的分子间力与接触件的数量强相关。根据多种实施方式，并且根据要移动的衬底的质量和所需的容许加速度，本文所描述的端部执行器可以具有数千、数万、数十万、数百万或更多个单独的接触件。作为示例，I厘米的壁虎脚能够抓握约I千克，Cf接近3，是室温弹性体的几乎两倍。
[0038]根据多种实施方式，本文所描述的端部执行器包括一个或多个以下特征:1)配置成在法向力的施加和/或释放下相对于该法向力横向移动的挠性结构，例如，使得在衬底的装载和卸载期间挠性结构沿着衬底滑动；2)多层分层结构，其包括范德华基接触结构和挠性构件以将范德华基接触结构连接到接触垫基部；以及3)三维排列的多个微结构，以允许受控的接合和释放。这些方面中的每个将在下面进一步详细描述。
[0039]转到图2a_2d，示出了范德华基挠性结构。如本文所使用的，范德华基结构是指一种结构，在该结构中大部分或基本上所有的结构的粘附强度或摩擦力是由结构和衬底之间的分子间力提供的。图2a示出了在无装载状态下的包括连接到接触结构28的挠性构件20的挠性范德华基微结构18的示例。在图2a的示例中，挠性构件20的特征可以是连接到端部执行器垫基部16的弹簧悬臂。接触结构28的细节如在图2d中的插图A所示并包括多个排列在连接到挠性构件20的横向部分20A的衬背层32上的纳米丝30。纳米丝30被构造成在装载状态下与衬底非常靠近，跨越端部执行器垫的多个范德华基微结构18的贴近且数量充裕的纳米丝30提供比弹性体提供的摩擦力大的摩擦力。尽管图2a和2d示出了挠性构件和包括纳米级纤维的接触结构的合适的布置的示例，但可以理解的是许多其他的布置也是可能的。例如，在一些实施方式中，纳米丝30可从挠性构件20直接延伸而没有中间的衬背层32 ;此实施方式的示例示意图如在图3a中所示。在另一示例中，挠性构件20可以包括横向部分20A，弹簧悬臂直接连接端部执行器垫基部16和接触结构28 ;这样的示例的示意图如在图3b所示。图3b中所示的结构是在装载衬底期间，下面将相对于图2b进一步描述该结构。
[0040]已证明壁虎刚毛阵列的滑动提供有效的粘附和脱离(Tian et al.，ScientificReports: 1382 (2012)，其通过引用并入本文)。在一些实施方式中，在图2a_2c中的范德华基微结构18允许接触结构28在施加或释放负载下无源地滑动，没有致动，如在图2b和2c中示意性地示出。在图2b中，衬底10被带到与范德华基微结构18接触。挠性构件20开始偏转，从而允许接触结构28在衬底10滑动。不受限于特定的理论，粘附可涉及在文献“Tian et al.，Scientific Reports:1382 (2012) ”中相对于刚毛阵列所描述的以下机理:法向力和摩擦力压缩纳米丝30，导致较低的倾斜角度并增加这些力。这将继续下去，直到达到纳米丝30的拥挤状态为止。参见图3c，其中，在装载阶段40a和40b的过程中接触结构28的纳米丝30被压缩，直到加载时纳米纤维达到拥挤状态40c (未示出衬底)。图2c示出了在相应的加载状态下的范德华基微结构18。挠性构件20允许范德华基微结构18相对保持静止的衬底10在x-y方向上滑动。对于释放的状态也是如此(例如，从图2c至图2b)，这使得衬底不脱落，在Z方向上抬高而不倾斜。这与采用具有不滑动的简单的直立纤维的微纤维阵列的端部执行器显著不同。尽管这些端部执行器可以克服重力保持晶片倒置，但释放晶片涉及成角度倾斜晶片以使晶片从端部执行器脱落。
[0041]根据各种实施方式，接触构件(如在上面的示例中纳米丝30)可以是微米级或纳米级的，示例的横向尺寸(例如，直径或宽度)为介于几十纳米和几十微米之间。
[0042]在一些实施方式中，至少接触构件的自由端是亚微米的，并且可以具有小于500纳米、小于100纳米、小于50纳米、或小于20纳米的横向尺寸(例如，直径或宽度)。接触构件可以具有大致恒定的或可变的横截面。在一些实施方式中，接触构件从束缚端到自由端可以缩小。此外，在一些实施方式中，接触构件的基部可分割成多个自由端。例如，在一些实施方式中，接触构件可以是壁虎脚趾的刚毛和匙突或模拟的壁虎脚趾的刚毛和匙突。大壁虎的刚毛是约4.2微米，例如，每个刚毛的尖端分成数百匙突茎和匙突，匙突茎和匙突的直径为约100纳米。
[0043]由于粘附力，可允许的加速度和摩擦限制的吞吐量与触点的数目关联，因此，在一些实施方式中，至少接触构件的自由端为亚微米以允许更大数目的接触构件可能是有利的。此外，更小的接触构件可以减小总接触面积，这对于颗粒控制会是理想的。然而，在一些实施方式中，接触构件的自由端可以是介于I和100微米之间，或介于I和10微米之间。Liu证明针对使用5微米直径的纤维在标准端部执行器上晶片传送的加速度增大。(Liu等人。Industrial Robot 39/1(2012)79—91)。接触构件的长度的示例可介于约I和500微米之间，但也可使用其它合适的长度。
[0044]挠性构件的悬臂的实施例的长度(参见，例如，图2a中长度L)可为介于约I微米至1000微米之间，例如10微米至500微米。在一些实施方式中，挠性构件可以是壁虎脚趾薄片或模拟的壁虎脚趾薄片。在一些实施方式中，挠性构件可以是纤维或棒的形式，总体只在一个维度沿悬臂的长度延伸。在一些实施方式中，烧性构件可在横向于偏转方向的第二维度延伸。图3d示出了示例，其中示出了三个弹性构件20，沿横向于长度L的宽度W延伸。每个挠性构件20沿侧面22被固定到端部执行器垫基部(未示出)。在图3d中所示的示例中，宽度W大于长度L，但在其他实施方式中，长度可以大于宽度或与宽度大致相同。宽度的示例包括I微米至1000微米。在一些实施方式中，挠性构件可具有一定量的曲率，例如，以绕端部执行器垫基部的中心至少部分地延伸。在一些实施方式中，挠性构件可以是壁虎脚趾的刚毛或模拟壁虎脚趾的刚毛。在这样的实施方式中，示例的长度可以为约I微米至10微米。在这样的实施方式中，接触构件可为亚微米。
[0045]上面描述的实施例指具有双层或更多层分层结构的范德华基结构。例如，500微米宽的挠性构件上的5微米直径的接触构件的阵列的特征可以为双层分层结构。其中，进一步分成500nm的自由端的5微米接触构件的实施方式可被表征为三层分层结构。在一些实施方式中，本文描述的结构可以包括附加的层，例如，它们可以包括四层，结构自由端配置为与衬底表面相互进行范德华作用，衬底表面直接或间接地连接到构造成在施加负载的情况下偏转的挠性构件。更进一步地，在一些实施方式中，可以采用单层的分层，挠性构件的自由端配置为与衬底相互进行范德华作用。以这种方式，微结构或纳米结构可充当挠性构件和接触构件两者。
[0046]在一些实施方式中，多个微结构3维排列，以允许受控的接合和释放。图4a示出了包括多个区域48的端部执行器接触垫14的俯视图的示意性的示例。每个区域48可以包括一个或多个行的范德华基微结构，这些结构被配置成使得从端部执行器释放衬底的顺序按区域发生。以这种方式，用来释放衬底的力显著降低，使得衬底不弹出，也不会不必要地产生颗粒。在图4a的示例中，区域48绕垫的中心46周向延伸。图4b示出最内三个区域48沿图4a中的线A的示意剖视图。在图4b中，这些区域被标记为48a、48b和48c。在图3b的示意性的示例中，这些区域中的每个包括三行范德华基结构。范德华基结构的有效弹簧常数和高度中的一者或两者跨区域48a-48c不同，使得衬底的释放分阶段发生。在图4b的示例中，区域48a具有高度Ha，区域48b具有高度Hb，区域48c具有高度He，Hc>Hb>Ha。高度被示出为从端部执行器垫基部16的底部到接触结构28的最高点来测量，但它们可以从平行于端部执行器的面的任何公共的参考平面到已装载的、非倾斜的衬底来测量。
[0047]区域48a_48c的接触结构28根据该区域的高度接触放置在端部执行器垫基部16上的衬底，最高的区域(图4b中的区域48c)首先接触衬底，随后按高度顺序依次与其他区域接触。高度可配置成使得在任一时刻，抬高衬底的力F必须克服仅一个区域的范德华力。在一些实施方式中，高度方面的差异使得一旦一个区域脱离，下一个