用于改变两个表面之间界面处的摩擦力水平的活性材料基物体的制作方法

专利名称：用于改变两个表面之间界面处的摩擦力水平的活性材料基物体的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于控制和改变两个物体(body)的表面之间界面 处的摩擦力水平的方法和装置。
背景技术：
一些装置或方法依赖于在两个物体相对的接触表面之间的摩擦力 的产生或消除以进行特定的功能或操作。示例性的具有经构造以产生或 消除摩擦力的表面的装置包括离合器、制动器(鼓形制动器、盘式制动 器等)、轴承、行走轮驱动、控制流体在表面上或在表面之间流动的装 置、轮胎、机械密封、夹具等。很多这些装置不能控制摩擦力水平或者 不能通过调节至少一个接触表面的速度或者至少一个接触表面施加的 法向力水平来控制摩擦力水平。
现有的装置使用致动器和马达来改变接触表面至少之一的相对速 度和/或由至少一个接触表面施加的法向力。例如，制动装置可以改变制 动块之间的法向力以改变摩擦力水平。然而，目前用于改变摩擦力水平 的装置会是昂贵的，因为单独的致动器或马达成本很高。此外，其他操 作或功能需求可能不允许致动器和马达用于控制摩擦力水平。
因此，存在对改进的用于控制两个接触物体界面处的摩擦力的装置 和方法的需求。

发明内容
在此公开了用于控制第 一接触物体和第二接触物体之间产生的摩 擦力水平的装置和方法的示例性实施方案。用于选择性控制和改变两个 物体之间界面处的摩擦力水平的装置，包括具有至少一个表面的第一接 触物体(a first contact body),与该第 一接触物体物理连接的具有至少一 个表面的第二4妄触物体(a second contact body having at least one surface in physical communication with the first contact body), 和与选自该第一 接触物体和第二接触物体的一个或两个操作连接(in operative communication with)的活性材料，其中该活性材料经构造以一旦接收到 激活信号就会发生性质的改变，其中该性质的改变有效地改变了该第一 接触物体的该至少一个表面和该第二接触物体的该至少一个表面之间 界面处的摩擦力水平。
夹具包括具有接触表面的第一接触物体、与该第一接触物体相对设 置的第二接触物体，所述第二接触物体具有朝向该第一接触物体的该接 触表面的接触表面，其中该第 一和第二接触物体的结合经构造以夹持对 象(object),和与选自该第一接触物体和第二接触物体的一个或两个 操作连接的活性材料，其中该活性材料经构造以 一旦接收到激活信号就 发生性质的改变，其中该性质的改变有效地改变了该第 一和第二接触物 体和该对象之间的摩擦力水平，由此改变限制所述对象相对于所述夹具 发生相对运动的力水平。
用于控制第 一 接触物体和第二接触物体之间界面处的摩擦力水平 的方法包括将该第一接触物体的第一接触表面与该第二接触物体的第 二接触表面相接触，以在该第 一接触表面和第二接触表面之间形成摩擦 力水平，和对活性材料施加激活信号，造成该活性材料的性质改变，其 中该活性材料与该第 一接触物体操作连接，该性质改变有效地改变该第 一接触表面和第二接触表面之间的摩纟察力水平。
以下附图和详述举例说明了上述描述的和其他特征。
附图简述
现在参照附图，其是示例性的实施方案，其中相似的元件采用相似 的附图标记


图1是活性材料基接触物体的示例性实施方案的示意图，显示了活 性材料基接触物体，其具有(a)与第二接触物体物理连接的各向同性 摩擦表面和(b)与第二接触物体物理连接的各向异性摩擦表面；
图2是用于改变摩擦力水平的活性材料基接触物体的示例性实施方 案的示意图，显示了具有具有(a)第一摩擦力水平和(b)第二摩擦力 水平的两个摩擦元件的活性材料基接触物体；
图3是用于通过控制流体流动改变摩擦力水平的活性材料基接触物 体的示例性实施方案的示意图，显示了位于(a)第一位置和(b)第二 位置的活性材料基接触物体表面；
图4是用于改变摩擦力水平的活性材料基接触物体的示意图，显示 了具有(a)第一滑动摩擦系数和(b)第二滚动摩擦系数的活性材料基 接触物体表面；
图5是用于改变摩擦力水平的活性材料基接触物体的示意图，显示 了具有两层的活性材料基接触物体，所述活性材料基接触物体(a)具 有第一摩擦系数的一个表面和(b)具有第二摩擦系数的另一表面的；
图6是用于改变摩擦力水平的另 一活性材料基接触物体的示意图， 显示了具有(a)第一摩擦系数和(b)第二摩擦系数的活性材料基接触 物体表面；
图7是用于改变摩擦力水平的活性材料基接触物体的示意图，显示 了施加(a)第一法向力到第二接触物体(在图7a的描述中所示低至零) 和(b)第二法向力到第二接触物体的活性材料基接触物体；
图8是用于改变摩擦力水平的活性材料基接触物体的示意图，显示 了具有(a)第一接触表面(具有开孔或孔或其他形式的开口 )和(b) 第二接触表面(具有封闭的开孔、孔等)的活性材料基接触物体；
图9是用于改变摩擦力水平的活性材料基接触物体的示意图，显示 了位于相对于第二接触物体的位置具有取向角e的位置的活性材料基接 触物体。
具体实施例方式
在此描述了用于改变表面紋理并控制接触物体之间界面处的摩擦 力的方法和装置。与现有技术相反，此处公开的方法和装置有利地使用 了活性材料以改变在两个或更多个物体之间界面处产生的摩擦力。该装 置的活性材料部件允许通过一旦接收到激活信号就改变该活性材料的 性质而改变该活性材料部件的表面形态、取向、施加的法向力等来控制 摩擦力。根据活性材料改变的性质和/或偏置(biasing mechanism )或恢 复才几制(return mechanism )的存在，这种改变可以是可逆的或永久的。 此处所用的术语"活性材料，，通常是指一旦施加激活信号就表现出性质 (例如尺寸、形状、取向、剪切力、相、弹性模量、挠曲模量、屈服强 度、硬度等)改变的材料。适合的活性材料包括但不局限于形状记忆合 金(SMA)、铁磁性形状记忆合金(MSMA)、电活化聚合物(EAP)、 压电材料、磁流变(MR)弹性体、电流变(ER)弹性体、电致伸缩材
料、磁致伸缩材料等。根据特定的活性材料，该激活信号可以采用但不
局限于以下形式电流、电场(电压)、温度改变、-兹场、枳4成负载或 施加应力(例如SMA中的超弹性)、化学改变(例如pH值改变)等。
而且，此处所用的术语"第一"、"第二，，等不表示任何顺序或重 要性，而是用于将一个元件和另一个区分开，术语"该"、"a" 、 "an" 并不表示对量的限定，而是表示至少一个指示物的存在。此外，所有涉 及相同量的给定部分或者测量的范围都包括端点，且可以独立组合。
用于选择性控制和改变两个物体之间界面处的摩擦力水平的装置， 包括具有至少 一个表面的第 一接触物体，与该第 一接触物体物理连接的 具有至少 一个表面的第二接触物体，和与选自该第 一接触物体和第二接 触物体的一个或两个操作连接的活性材料，其中该活性材料经构造以一 旦接收到激活信号就会发生性质的改变，其中该性质的改变有效地改变 了该第一接触物体的该至少一个表面和该第二接触物体的该至少一个 表面之间界面处的摩擦力水平。
此处所述的该用于选择性控制和改变两个物体之间界面处的摩擦 力水平的装置可以用于任何摩擦对其产生有利或不利影响的应用中，例 如牵引装置、离合器、闸、轴承、夹具等。作为实例，在一种实施方案 中， 一个或多个活性材料基物体用于改变轴颈轴承性能。可以通过使用 活性材料改变轴颈外壳(journal housing )和轴承之间的径向间隙，来可 逆地调节轴颈和轴承之间的界面形状。例如，当轴颈和轴承之间的径向 间隙降低到最小阙值之下使得润滑剂厚度过低且轴承产生不适合水平 的热量时，可以通过改变轴颈和或轴承各自的界面形状来增大间隙。相 反地，如果径向间隙过大使得该轴承产生不适合的噪音水平，则能通过 改变轴颈和或轴承各自的界面形状来减小间隙。在另一实例中，该活性 材料基物体能用于控制流体或气体在两个表面之间的流速、体积等。
很多实例中仅有一些中调节摩擦力和/或改变表面紋理的能力会是 有利的。其他可以有利地使用活性材料基物体实施方案和下述方法的应 用将是本领域的技术人员已知的，可以包括但不局限于控制在变速驱 动装置中的滑动量，用作界面处的离合器，使刻度盘旋钮啮合/脱离，提 高在光滑表面上的牵引力，例如在冰上行走时使鞋底具有紋理，需要时 使轮胎表面具有紋理，使座椅安全带或座椅表面具有紋理以提高滑动摩 擦，使工具、运动齿轮等上的夹具具有紋理以改进夹持，降低紋理以消
除表面之间的机械互锁(即牵引力降低至零)以使例如在拆卸中产生相 对运动，相对于轮胎磨耗增加紋理以保持稳定的牵引力水平，和其他类 似应用。此外，应当理解通过与具有表面的物体连接的活性材料控制该 表面的表面紋理和/或摩擦力水平。而且，尽管某些方法参照特定的活性 材料进行了描述，但应当理解任何活性材料都可能能够用于某种应用和 方法，并可以取决于该材料的物理特征。该活性材料也可以采取任何物 理形式，例如多孔的、实心的、包埋到第二材料中(无规的或取向的)、 层压物、网格、颗粒、纤维等。
该活性材料可以响应于激活信号改变至少一种性质， 一旦该激活信 号停止就会恢复到该至少一种性质的最初状态，或者对于一旦停止激活 信号不会自动恢复的活性材料种类，可以使用可替代的手段使该活性材 料恢复到其最初状态。以这种方法，该活性材料基物体用于适应于改变 的条件，同时提高装置的简单性并降低故障模式的数量。
该活性材料的活化也可以经构造以随时间改变。而且，该随时间改 变的活化可以连续发生，其中该活性材料随着激活信号的时间改变而改 变其性质，与其中活性材料在激活时在两种离散状态之间改变性质的不
变激活(non-varying activation )不同。下面将更i羊细;t也描述上面列出的 用于活性材料基物体的活性材料。
活化装置与活性材料基物体连接并操作连接，其能与控制系统连
过改变该活性材料的至少一种性质来改变接触的两个物体之间的摩擦 力水平。该活化装置可以经构造以控制该活性材料的所述至少一种性质 的改变本性，并因此控制物体的两个表面之间界面处的摩擦力水平的改 变。所述改变的可控制的本性的实例包括但不局限于活性材料基物体 的形状改变、取向改变、柔顺性特征改变、施加的法向力的改变和类似 改变。例如，活性材料能够例如在应用闸或者离合器啮合过程中改变至 少一种性质。根据需要，该活化装置为该活性材料基物体的活性材料提 供激活信号或刺激以使特征发生改变，所述特征比如但不限于该物体的 至少一部分表面的摩擦力。在一种实施方案中，该性质改变通常维持施 加激活信号的整个过程。 一旦中断该激活信号，该活性材料通常恢复到 失活状态，并基本回复到该至少一种性质的初始状态，因此使活性材料 基物体以及因此摩擦力水平恢复到最初的界面力水平。在另一实施方案
中， 一旦中断该激活信号，该活性材料的至少一种性质和/和该活性材料 基物体的至少一部分的特征的改变可以保持。下面所述的实施方案仅是 示例性的，并不用于限定到任何特定的形状、大小、尺寸或构造、或者
材料等。
可替代地，该激活信号可以被动地应用于该活性材料，而不是通过 使用活化装置。在这种方式下，该激活信号可以由该活性材料基物体放 置的环境提供。因此，该活性材料的至少一种性质的改变可以被动激活。
作为第一实例，在铁磁性SMA或磁致伸纟*材料的情况中，通常，暴露 于磁场造成这些活性材料的尺寸改变，如果适合的排列和构造则所述尺 寸变化将导致与第二物体的界面处摩擦力的增大或减小。作为第二实 例，当暴露于高温时，液体容器上的密封盖，例如气罐，膨胀，由此将 该罐的盖子的密封解除，并使过剩压力释放。在另一实例中，活性材料 基物体可以用于离合器应用中，其中当环境温度超过预设水平时，该活
性材料可以被动激活。然后该激活的活性材料可以提高该物体的紋理， 由此啮合通风器/循环风扇/推进器的离合器以冷却系统，例如汽车发动机。
下面公开了用于改变物体的摩擦性质并因此改变该物体和第二物 体之间界面力水平的活性材料基装置和方法的几种实施方案。在各图 中，为了便于对特定应用的功能的讨论和理解，示出了该活性材料部件
处于(a)激活状态和(b)失活状态的特定实施方案。而且，应当理解 选自接触的物体的一个或更多个可以包括活性材料。
现在参考图1,示出了示例性的具有可调节的表面形态的活性材料 基第一接触物体10。该第一物体IO具有包含活性材料的接触表面12。 第二接触物体20可以包含或不包含活性材料，与该活性材料基接触物 体10相物理接触，在接触表面12和该第二物体20之间的界面16处存 在第一摩擦力水平。图1示出了活性材料基接触物体10的表面形态变 化对第二接触物体20的影响方式。当接触表面12中的活性材料处于失 活状态时，如图1 (a)所示，活性材料基接触物体IO和第二接触物体 20之间的接触面积最大化，存在第一摩擦力。当该活性材料激活时，接 触表面12的形状改变，例如起皱紋，因此第一接触物体10的表面形态 发生明显改变，并减小了和第二接触物体20的接触面积，如图2(b) 所示。接触面积的减小在第一接触物体10和第二接触物体20的界面处产生了第二摩擦力水平。
此外，通过改变形状，接触表面12由各向同性摩擦表面(图l(a)) 转变为各向异性摩擦表面(图1 (b))。在失活时，无论第一接触物体 10相对于第二接触物体20的移动方向如何，第一接触物体IO都具有摩 擦系数基本相同的各向同性摩擦表面。在处于活化状态时，该第一接触 物体IO具有根据接触物体10相对于第二接触物体20的移动方向变化 的摩擦系数的各向异性摩擦表面。例如，当接触物体IO活化且该接触 表面12的形状改变时，当该第二物体与升高的"褶铍"延伸的总方向 平行移动时，接触物体10和第二接触物体20具有第一摩擦系数，而当 该第二接触物体与该"褶皱"延伸的总方向垂直移动时，具有第二摩擦 系数。
在示例性的实施方案中，当 一 旦接收到激活信号激活该活性材料 时，该活性材料基第一接触物体10能改变其本身和第二接触物体20之 间的摩擦力水平。在此处所述的实施方案中，该激活信号可以是主动的 或被动的。如图l所示，活化装置18为该活性材料基第一接触物体10 提供激活信号。活化装置18提供的激活信号可以包括热信号、磁信号、 电信号、气动信号、机械信号、化学信号等，以及包含前述信号中至少 一种的组合，特定的激活信号取决于该活性材料的材料和/或结构。例如， 为了改变由SMA和/或SMP制备的活性材料的性质，可以施加热信号。 为了改变由EAP、压电材料、电致伸缩材料和/或电子EAP's制造的活性 材料的性质，可以施加电信号。为了改变由磁致伸缩材料，例如MSMA、 Terfenol D、 Galfenol和MR弹性体制备的活性材料的性质，可以施加(去 除或改变)^兹场。
现在转向图2,示出了活性材料基接触物体40的另一示例性实施方 案。该接触物体40以与上述第一接触物体IO类似的方式作用，只是在 该实施方案中，该接触表面41包括两个摩擦元件42和44。接触物体 40包括活性材料层46,其中该第一摩擦元件42位于该活性材料层46 内，通过接触表面42凸出，而第二摩擦元件44位于该层的接触表面41 上。该活性材料层46经构造以一旦接收到激活信号就会发生至少一种 性质的改变。例如，当该活性材料层46包括SMP时，在用热激活信号 将SMP加热到玻璃态转化温度之上时，该SMP可以从第一刚度水平转 化为第二刚度水平。当该SMP层46具有第一刚度水平时，该第一摩擦
元件42凸出该SMP层46的表面，使得只有第一摩擦元件42与第二接 触物体48物理连接，如图2(a)所示。当在第二接触物体48上施加法 向力50时，在第一接触物体40和第二接触物体48之间界面47处产生 第一摩擦力水平。当该SMP层46活化且具有第二刚度水平时，在法向 力50作用下该第一摩擦元件42退回到较软的SMP层42中。可以通过 仅使支持第一摩擦元件42的面积软化而提高这种作用。因此，第二摩 擦元件44也变得与第二接触物体48物理连接，由此在界面47处产生 笫二摩擦力水平，如图2(b)所示。因此，该活性材料基接触物体40 能够根据施加到SMP上的热信号以及施加到一个或两个相接触的物体 上的法向力，在两个摩擦元件之间选择以提供两种不同的摩擦力水平。 在SMP情况下，可能需要去除法向负载50以重设初始摩擦系数。
在图3中，示出了活性材料基接触物体80的另一示例性实施方案。 该接触物体80能通过改变设置于接触物体80的接触表面84上的流体 82的量、位置或流路来控制摩擦力水平。通过控制流体82,接触物体 80可以控制接触表面84和第二接触物体的接触表面(未示出)之间的 摩擦力水平。
该流体82埋置在接触物体80内。在这种实施方案中，该流体刚好 设置在通道86中的表面84之下。表面下通道86延伸通过接触物体80, 如图3中的虚线所示。该接触物体80进一步包括直接设置于通道86上 方的表面84中的活性材料部分88。该活性材料部分88经构造以通过一 旦接收到激活信号造成活性材料的至少 一种性质的变化而在第 一位置 (图3 (a)所示)和第二位置(图3 (b)所示)之间转化。当该活性 材料部分88处于第一位置时，该通道86完全包裹在该表面84之下， 使得没有流体82被允许到达接触物体80的表面。当活性材料部分88 中的活性材料一旦接收到激活信号而受到形状改变时，该部分88转化 到第二位置，使得该活性材料部分88收缩，由此使通道86的流体82 与表面84流体连接。当该活性材料部分88处于第二位置时，该流体82 被允许从通道86运动到表面84,由此改变接触物体80和第二接触物体 之间的摩〗察力。
例如，在一种实施方案中，该活性材料部分88能包括SMA。 一旦 接收到热激活信号，该SMA部分经构造以在长度方向上收缩，从第一 位置(图3 (a))到第二位置(图3 (b))。在需要时，该热激活信
号可以失活，可以使用偏置机构(未示出)将SMA部分从笫二位置返 回到第一位置，由此密封通道86中剩余量的流体82。
该流体82可以是任何流体，其会改变两个物体之间的摩擦力水平 不同于在没有流体存在时界面处的摩擦力水平。例如，流体82可以是 润滑流体，经构造以降低表面84和第二物体的接触表面之间的摩擦系 数。可替代地，该流体82可以是防润滑剂，例如砂、-流体溶液，其增大 表面84和第二物体的表面之间的摩擦系数。
在可替代的实施方案中，该接触物体80可以包括固定在第二位置 的表面84,如图3(b)所示。在该实施方案中，在表面84上没有活性 材料部分，而是该通道86可以由活性材料形成。在失活状态下，该通 道86可以具有第一深度。 一旦接收到激活信号，该通道86可以改变形 状，使得该通道86具有较浅的第二深度。在该活化的较浅的第二深度 时，该流体82会注射到表面82上，由此改变接触物体80的表面84和 第二物体的相应表面之间的摩擦力水平。重申如图3所示的接触物体的
实施方案有利地使用活性材料以允许和/或限制流体在两个物体之间界 面处的〗克动。
现在参照图4,示出了活性材料基接触物体100。该接触物体100 包括活性材料，并能通过改变形状控制其本身和另一接触物体之间的摩 擦力水平。该接触物体100具有笫一形状102,所述第一形状102具有 第一接触表面104,如图4 (a)所示。该第一表面104基本是平坦的， 与第二接触物体108的第二接触表面106物理连接。当该接触物体IOO 具有第一形状102时，在接触物体IOO和第二物体108之间存在滑动摩 擦系数，使得当施加力109时该接触物体100沿第二接触表面106滑动。
一旦接收到激活信号，该接触物体100的活性材料发生至少一个性 质的改变，即形状改变。该形状改变导致当活化时该接触物体IOO具有 第二形状112,如图4(b)所示。在第二形状112中，该第一接触表面 104弯曲使得在接触物体IOO和第二物体108之间存在滚动摩擦系数。 当施加相同力109时，该接触物体100沿第二4妻触表面106滚动，与该 活性材料失活且该接触物体100具有第一形状102时的滑动相反。因此， 一旦接收到激活信号，该活性材料基接触物体100能在第一形状和第二 形状之间转变，以改变其本身和另一接触物体之间的摩擦系数。例如， 接触物体100的活性材料可以是形状记忆材料，例如SMP，当加热到特
定温度时其可以具有预设的形状，如下更详细地描述的那样。
在可替代的实施方案中，通过改变笫一接触表面104的取向而不是 改变该表面的形状，该活性材料基接触物体IOO可以改变其本身和另一 接触物体之间的摩擦系数。在该实施方案中，该活性材料可以经构造以 改变形状，这会导致接触物体IOO—旦接收到激活信号就会重新取向。 例如，而不是如图4中所示从笫一形状改变为第二形状，该接触物体100 可以旋转使得该平坦的第一接触表面104旋转离开第二接触物体108, 该接触物体100的弯曲部分105变得和第二接触表面106物理连接。
在图5中，示出了接触物体120。该接触物体120经构造以通过使 用活性和/或相改变材料改变摩擦力水平。此处所述的术语相改变材料是 指但并不用于限定到对环境条件的改变响应而发生相变的材料，例如 蜡、冰、压力塑料(baroplastic)、热塑料等。该接触物体120可以包 括活性材料和/或相改变材料，经构造以一旦接收到激活信号或暴露于环 境条件的改变就会发生从第一硬度到第二硬度的转变。图5描述了具有 活性(或相改变)材料层122和设置在该活性材料层122顶部的硬材料 层124的接触物体120。
当该接触物体120具有第一硬度时，如图5 (a)所示，该活性材料 层122具有足以为该接触物体120提供具有第一摩擦系数的接触表面 126的第一硬度水平。换言之，该接触表面126包括活性材料层122的 表面，如图5(a)所示，在接触表面126和第二接触物体130之间的界 面处存在第一摩擦力水平。当该活性材料层122暴露于激活信号时，该 活性材料软化(或者在相变材料的情况下，发生相变)导致第二硬度水 平。该硬材料层124能够使该活性材料层122塑性变形，由此突出通过 活性材料层以形成具有第二摩擦系数的接触表面128。换言之，该接触 表面126包含硬材料层124的表面，如图5 (b)所示，在该接触表面 128和第二接触物体130之间的界面处存在第二摩擦力水平。因此，该 接触物体120能够通过一旦接收到激活信号改变该活性材料层122的硬 度并使得该硬材料层124使活性材料变形，而选择性改变其本身和第二 接触物体130之间的摩擦力。
现在转到图6,示出了活性材料基接触物体140的另一示例性实施 方案。该接触物体140包括活性材料，经构造以通过一旦接收到激活信 号就使该活性材料的性质(即硬度)改变以控制摩擦力水平。该接触物
体140具有第一接触表面142,并响应于激活信号在第一硬度水平和第 二硬度水平之间转变。第二接触物体144包括固体材料，且具有第二接 触表面146,相对于第一接触表面142而言，其具有粗糙的紋理。当该 接触物体140具有第一硬度水平时，如图6(a)所示，该活性材料具有 足以支持第二接触物体144在第一接触表面142上的硬度，由此在两个 接触物体之间的界面处提供第一摩擦力水平。当该接触物体140具有第 二硬度水平时，如图6(b)所示，该活性材料软化，该第二接触物体 144能够使该接触物体140弹性和/或塑性变形，由此使第一接触表面148 成形，在两个接触物体之间的界面处提供第二摩擦力水平。
在图7中，示出了活性材料基接触物体160的另一种示例性的实施 方案。该接触物体160经构造以通过改变其本身和第二接触物体162之 间的法向力水平而控制摩擦力水平。该接触物体160包括第一接触部分 164和包含活性材料部件166和基底部分168的第二部分165。该活性 材料部件166可以包括任何适合的活性材料，例如压电材料或形状记忆 合金材料。该活性材料部件经构造以一旦暴露于激活信号(例如电流) 就会发生性质改变，例如形状改变。该活性材料部件166在具有第一厚 度170的第一形状(如图7(a)所示)和具有第二厚度172的第二形状 (如图7 (b)所示)之间转变。
当该活性材料部件166具有第一厚度170时，第一接触构件164经 构造以用第一法向力与第二接触物体162接触(在图7a中的描述中为 零)。当该活性材料部件166具有第二厚度172时，该第一接触部分164 经构造以用第二法向力接触第二接触物体162。通过改变两个接触物体 之间的法向力，在两个物体之间的界面处的摩擦力发生改变，而不改变 其间的摩擦系数。在该特定的实施方案中，当该接触物体160与该第二 接触物体物理连接时，该活性材料部件166实质上提供了可变的夹持力。
现在参照图8，示出了另一种活性材料基接触物体200。该接触物 体200能够通过改变其本身和第二接触物体之间的法向力来控制摩擦力 水平。在该特定的实施方案中，该接触物体200是真空吸盘，通过控制 其本身和第二接触物体之间的气压水平来控制摩擦力水平。在另 一 实施
方案中，该接触物体200可以是液压支撑结构。该真空吸盘200包括接 触表面202,在其上设置有开孔204。动力源，在该实施例中是真空泵 206,通过导管208与该真空吸盘200操作连接。该导管208将该真空
泵206与该真空吸盘200流体连接。
该真空吸盘200的接触表面202包括活性材料。该接触表面的活性 材料经构造以 一旦接收到激活信号就通过活性材料的性质改变而在第 一位置和第二位置之间变化。当该活性材料处于笫一位置时，如图8(a) 所示，该接触表面202具有开孔204。当该活性材料处于第二位置时， 如图8 (b)所示，该活性材料覆盖该开孔204,使得接触表面203为实 心均匀平面。该真空吸盘200的活性材料允许可变化地选择该接触表面 202和第二接触物体之间的流体连接量。换言之，该活性材料经构造以 控制由真空泵206输送到真空吸盘200中的真空量。接触表面202处的 真空量控制吸盘表面202和第二接触物体之间界面处的摩擦力水平。当 该活性材料处于第 一位置时，该吸盘和第二物体之间具有第 一法向力。 当该活性材料处于第二位置，该吸盘和第二物体之间具有第二法向力。 此外，该真空吸盘200的活性材料可以经构造以允许真空通过某些开孔 而同时覆盖另一些。例如，活化装置能用于选择性输送电力到在接触表 面202的选定位置处的电阻加热器以开启选定的开孔204,同时不向其 他开孔周围的那些电阻加热器输送电力以使其保持封闭。当以这种方式 操作时，该真空吸盘200能够选择性将多于两种法向力水平应用于第二 接触物体。
如上所述，在另一种示例性实施方案中，该接触物体200能用作液 压支撑型结构，其中压缩机，在这种情况中的动力源，能提供正压通过 开孔204,由此在两个接触物体之间提供排斥力。此外，活性材料可以 设置于接触物体200中的其他位置以控制流体流动。例如，可以在导管 208中设置包含活性材料的阀，其中该阀经构造以响应于不同的激活信 号使不同水平的流体流动通过导管208。在另一实施方案中，该真空泵 206可以包含活性材料部件。例如，泵206可以包括压电材料，其中响 应于电流的压电材料的形状改变经构造以泵送流体。
现在转到图9,示出了活性材料基接触物体220的另一实施方案。 在该实施方案中，该接触物体220可以通过改变第一接触物体220相对 于第二接触物体240的取向来改变其本身和第二接触物体240之间的摩 擦力水平。该接触物体220具有第一接触表面224,包含活性材料。该 活性材料，例如SMP,经构造以改变第一接触表面224相对于第二接触 物体240的第二接触表面244的取向。 一旦接收到激活信号，该第一接
触物体220的活性材料发生性质的改变，例如形状改变，这导致该第一 接触表面224相对于该第二接触表面244重新取向。这种重新取向在图 9中示为角度e，与两个物体彼此平行时(即当波紋平行时)相比，大 大影响两个接触物体之间的界面摩擦，特别是当该两个接触表面具有各 向异性的紋理时。例如，该第一和第二接触表面224、 224能具有相应 的波紋。当该第一接触物体220的活性材料处于第一位置且失活时，在 两个接触表面之间存在第一摩擦力。然而，当该活性材料活化时，该第 一接触物体220响应于活性材料的性质改变而转变到第二位置，因此由 于各自表面的各向异性，在两个物体之间存在更高的第二摩擦力。在该 特定的实施方案中，例如，轴向垂直于波紋的摩擦力水平可以从第一接 触物体220的波紋228平行于第二接触物体240的波紋248时的最高摩 擦系数变为第一接触物体220的波纹228与第二接触物体240的波紋 248成一定角度重新取向时的最低摩擦系数(如图9所示)。
此外，两个接触物体之间的界面摩擦力可以进一步随着第 一和/或第 二接触物体220、 240的表面紋理的改变而改变。如与上述类似的方法 中所述，该第一和/或第二接触表面224、 244可以改变紋理，例如形状， 以影响界面摩擦。可以通过可逆地调节各波紋状接触表面的波紋228 、 248的波长和/或振幅来改变界面摩擦力。此外，在其他示例性的实施方 案中，第一接触物体220的活性材料可以改变相对于第二接触物体240 的取向，使得第一接触表面224的不同部分与第二接触表面244的不同 部分接触。例如，第一接触物体220的重新取向可能造成第一接触表面 224的表面紋理与先前接触第二接触表面244的那部分的表面紋理不同 的部分接触第二物体，由此改变摩擦力水平。
在一个特定的应用领域中(其并不意于限制此处所述的装置的应 用)，其可以有利地用作活性材料基夹具。夹具或其他类似的夹持工具 (例如但不局限于虎钳、虎钳夹口、钳子等)可以利用活性材料通过活 性材料的活化改变设置在第一和第二接触物体之间的物体的夹持力。在 一种示例性的实施方案中，夹具可以包括具有接触表面的第 一接触物 体，与第 一接触物体相反设置且具有朝向该第 一接触物体的接触表面的 接触表面的第二接触物体，其中该第一和第二接触物体的组合经构造以 夹持对象，例如图l中所示的装置。活性材料可以与选自第一接触物体 和第二接触物体的 一 个或两个操作连接，其中该活性材料经构造以 一旦
接收到激活信号就发生性质的改变。该性质的改变有效地改变了第一和 第二接触物体和该对象(未示出)之间的摩擦力水平，由此改变对该对 象的夹持力。因此，该活性材料基夹具可以通过改进接触物体和该对象 之间的摩擦力选择性改进对对象的握紧。而且，对于用接触物体的表面 紋理改变来改变摩擦力的实施方案，该夹具可以经构造以在夹持软对象 或该对象是敏感的或容易破碎的时，没有紋理(即平滑的表面)。当需 要夹持较坚固的对象，例如管子时，可以提高表面紋理以形成更适用于 紧固硬对象的粗糙紋理。
如前所述，适用于上述可以改变表面之间界面摩擦力水平的接触物
体的活性材料包括但不局限于形状记忆合金("SMA",例如热和应 力活化的形状记忆合金和磁性形状记忆合金(MSMA))、电活性聚合 物(EAP),例如介电弹性体、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、压 电材料(例如聚合物、陶瓷)和形状记忆聚合物(SMP)、形状记忆陶 瓷(SMC)、压力塑料、磁流变(MR)材料(例如流体和弹性体)、 电流变(ER)材料(例如流体和弹性体)、磁致伸缩和电致伸缩材料， 以及前述活性材料和非活性材料的复合材料、包含前述活性材料中至少 一种的系统、和包含前述活性材料中至少一种的组合。为简便起见并通 过实例，此处将参考形状记忆合金和形状记忆聚合物。形状记忆陶资、 压力塑料等也可以以类似方式应用。例如，用压力塑料材料时，高和低 玻璃转化温度(Tg)组分的纳米相畴的压力诱导混合实现形状改变。压 力塑料可以以较低温度重复加工而不会降解。SMC与SMA类似，但比 其他形状记忆材料能忍受更高得多的操作温度。SMC的实例是压电材 料。
形状记忆合金一旦应用或去除外部激励就会恢复其最初形状的能 力导致其在施加力导致所需运动的致动器中的应用。活性材料致动器与 传统的电动和液压致动装置相比，有潜力降低致动器尺寸、重量、体积、 成本、噪声，并提高坚固性。例如，铁磁性SMA's表现出对施加磁场响 应(并与其强度成比例)的高至百分之几的快速尺寸改变。然而，这些 改变是单向改变，使用偏置力或场逆转使该铁磁性SMA返回其起始结 构。
形状记忆合金是具有至少两个不同温度依赖相或极性的合金组合 物。最常使用的这些相是所谓的马氏体和奥氏体相。在以下讨论中，马
氏体相通常是指更容易变形的、更低温度的相，而奥氏体相通常是指更 具刚性的、更高温度的相。当该形状记忆合金处于马氏体相且加热时， 其开始转化为奥氏体相。这种现象开始的温度通常称作奥氏体起始温度
(As)。这种现象结束的温度通常称作奥氏体结束温度(Af)。当该形
状记忆合金处于奥氏体相且冷却时，其开始转化为马氏体相。这种现象
开始的温度通常称作马氏体起始温度(Ms)。奥氏体结束转化为马氏体 的温度通常称作马氏体结束温度(Mf) 。 As和Af之间的范围通常称作 马氏体到奥氏体的转化温度范围，而Ms和Mf之间的范围通常称作奥 氏体到马氏体的转化温度范围。应当注意上述转化范围是SMA样品经 受的应力的函数。通常，随着应力增大，这些温度也随之升高。由于前 述的性质，该形状记忆合金的形变优选在奥氏体起始温度或在该温度之 下(等于或低于As)进行。后续加热到上述奥氏体起始温度之上造成该 变形的形状记忆材料样品开始恢复到其最初(未受应力的)永久形状， 直至在奥氏体完成温度时结束。因此，和形状记忆合金一起使用的适合 的激活输入或信号是具有足以造成在马氏体和奥氏体相之间转化的量 级的热激活信号。
可以通过略微改变合金组成和通过热机才成加工，来调节形状记忆合 金在加热时记住其高温形态(即其最初的未受应力的形状)的温度。例 如，在镍-钛形状记忆合金中，其可以从高于约100。C到低于约-100。C变 化。该形状恢复过程可以发生在只有几度的范围内，或者在更宽的温度 范围上表现出更渐进性的恢复。根据所需的应用和合金组合物，该转化 的起始或结束可以控制到几度之内。形状记忆合金的机械性质在跨越其 转化的温度范围内变化很大，通常提供了形状记忆作用和超弹性作用。 例如，在马氏体相中，观察到比奥氏体相更低的弹性模量。通过用施加 的应力对晶体结构排列进行重排，马氏体相的形状记忆合金可以经受大 的变形。在应力去除后该材料将保持这一形状。换言之，在SMA中的 应力诱导相变本身是双向的，当SMA处于奥氏体相时施加足够的应力 将使其转变到较低模量的马氏体相。施加应力的去除将使SMA返回到
其奥氏体相，这样就恢复了其初始形状和更高的^t量。
示例性的形状记忆合金材料包括镍-钛基合金、铟-钛基合金、镍-铝 基合金、镍-镓基合金、铜基合金(例如铜-锌合金、铜-铝合金、铜-金和 铜-锡合金)、金-镉基合金、银-镉基合金、铟-镉基合金、锰-铜基合金、 铁-铂基合金、铁-钯基合金等。该合金可以是二元、三元或任何更高元 的，只要该合金组合物具有形状记忆作用，例如形状、取向、屈服强度、 挠曲模量、阻尼容量、超弹性和/或类似性质的改变即刻。适合的形状记 忆合金组合物的选择部分取决于目标应用的温度范围。
在较高温度下恢复到奥氏体相伴随着非常大的应力(与使该材料变 形所需的相比)，其可以高至奥氏体相材料的固有屈服强度，有时高至 该变形的马氏体相的三倍或更多倍。对于需要大量操作循环的应用，可
以得到小于或等于所用线的变形长度的约4%的应变。在用0.5毫米 (mm)直径的SMA线进行的实验中，得到了约为4%的最大应变。对 于更细的线或对于少量循环的应用，这一百分比可以提高到直至8%。 对可得到的应变的这种限制显著限制SMA致动器在空间有限的情况下
的应用。
FSMA是SMA的子类。FSMA的行为可以与常规SMA材料相似， 在马氏体和奥氏体之间具有应力或热诱导相转化。此外，FSMA具有铁 磁性，具有强的磁晶各向异性，这使得外磁场可以影响场排列的马氏体 变体(field aligned martensitic variant)的取向/部分。在去除了》兹场时， 该材料可以具有完全双向、部分双向或单向的形状记忆。对于部分或单 向形状记忆，外部激励、温度、磁场或应力会使该材料可以恢复到其初 始状态。完美的双向形状记忆可以用于使用所施加的连续功率成比例控 制。单向形状记忆最适用于其中延时的恢复激励可以执行闭锁功能的闭 锁型应用。在汽车应用中，外磁场通常是通过软磁芯电磁体产生的，尽 管也可以使用 一对Helmholtz芯用于快速响应。
示例性的铁磁性形状记忆合金是镍-锰-镓基合金、铁-鉑基合金、铁 -钯基合金、钴-镍-铝基合金、钴-镍-镓基合金。与SMA相似，这些合金 可以是二元、三元或任何更多元的，只要该合金组合物具有形状记忆作 用，例如形状、取向、屈服强度、挠曲模量、阻尼容量、超弹性和/或类 似性质的改变即可。适合的形状记忆合金组合物的选择部分取决于预期 应用的温度范围和响应类型。
如前所述，其他示例性的形状记忆材料是形状记忆聚合物(SMP )。 "形状记忆聚合物"通常是指一旦施加激励信号就会具有性质(例如模 量、尺寸、热膨胀系数、透湿性、光学性质(例如透射率)或包含前述 性质中至少一种和微观结构和/或形态变化相结合的组合)的改变的聚合
物材料。形状记忆聚合物可以是热响应的(即性质的改变是直接通过热 提供或去除，或间接通过适于激发分子水平上高振幅振动导致产生内热 的频率振动传送的热激活信号造成的)、光响应的(即性质的改变是通 过电磁辐射激励信号造成的)、湿度响应的(即性质的改变是通过液体 激活信号，例如湿度、水蒸气或水造成的)、化学响应的(即对环境中
的一种或多种化学物种的浓度改变响应的；例如H+离子的浓度一环境 的pH值)或包含前述至少一种的组合。
通常，SMP是包含至少两种不同单元的相偏析共聚物
(phase-segregated copolymer),所述单元可以描述为卩艮定SMP内的不 同片段，各片段对SMP的总性能贡献不同。此处所述的术语"片段" 是指相同或相似单体或低聚单元的嵌段、接枝或序列，其共聚构成SMP。 每个片段可以是(半)晶质的或无定形的，将分别具有相应的熔点或玻 璃态转化温度(Tg)。此处所用的术语"热转化温度"用于便于一般表 示取决于该片段是无定形片段或晶质片段的Tg或熔点。对于包含(n) 个片段的SMP,该SMP据称具有一个硬片段和(n-l )个软片段，其中 该硬片段具有比任何软片段更高的热转化温度。因此，该SMP具有(n) 个热转化温度。该硬片段的热转化温度称作"最终转化温度"，所谓的
"软片段"的最低热转化温度称作"第一转化温度"。重要的是注意到， 如果SMP具有多个特征在于相同热转化温度(也是最终转化温度)的 片段，那么SMP称作具有多个硬片段。
当SMP加热到最终转化温度之上时，该SMP材料可以获得永久的 形状。可以通过后续将SMP冷却到该温度之下来设定或记忆SMP的永 久形状。此处所用的术语"初始形状"、"前面限定的形状，，、"预设 形状"和"永久形状"是同义词，用于可互换使用。可以通过将该材料 加热到高于任何软片段的热转化温度但低于最终转化温度的温度，施加 外应力或负载以使SMP变形，然后冷却到软片段的特定热转化温度之 下同时保持该变形外应力或负载，来固化临时形状。
可以通过在去除该应力或负载的情况下，将该材料加热到软片段的 特定热转化温度但低于最终转化温度，来恢复该永久形状。因此，应当 清楚通过结合多个软片段，是能够显示多个临时形状的，通过使用多个 硬片段，能够显示多个永久形状。类似地，使用分层或复合方法，多种 SMP的组合将显示在多个临时和永久形状之间的转化。
该形状记忆材料也可以包含压电材料。而且，在某些实施方案中，
该压电材料可以构造为用于提供快速展开(rapid deployment)的致动器。 此处所用的术语"压电"用于描述当施加电压电势时发生机械变形(改 变形状)或者相反当机械变形时会产生电荷的材料。压电材料当受到施 加的电压时显示小的尺寸改变，所述响应与施加电场的强度成比例而是 是相当快的(能够容易地达到千赫范围)。因为其尺寸改变小(例如小 于0.1%),所以为了大大提高尺寸改变的量级，通常以压电陶瓷单压 电晶片或双压电晶片平片致动器(unimorph and bi-morph flat patch actuator)的形式使用，所述致动器经构造以一旦施加相对小的电压就弯 曲呈凹入或凸起形状。在该夹具的衬里内的这种片的变形/弯曲适用于夹 持物体的抓紧/释放。
单压电晶片的 一种类型是由与柔性金属箔或条外部连接的单一压 电元件构成的结构，当用变化电压激活时受到该压电元件的激励并由于 它与压电元件的运动相反而产生轴向弯曲或偏转。单压电晶片类型的致 动器运动能够通过收缩或膨胀进行。单压电晶片能够具有高至约10 %的 应变，但相对于单压电晶片结构的总体尺寸通常仅能够支持低的负载。
与单压电晶片压电装置相比，双压电晶片装置包括夹在两个压电元 件之间的中间柔性金属箔。双压电晶片比单压电晶片具有更大的位移， 因为在施加电压作用下， 一个陶瓷元件将收缩，而另一个则膨胀。双压 电晶片可以具有高至约20%的应变，但与单压电晶片类似，相对于单压 电晶片结构的总体尺寸通常不能支持高的负载。
示例性的压电材料包括无机化合物、有机化合物和金属。对于有机 化合物而言，可以使用所有具有非中心对称结构和在分子内的主链上或 在侧链上或两种链上具有大偶极距基团的聚合材料作为压电膜的候选 材料。聚合物的实例包括聚(4-苯乙烯磺酸钠)("PPS")、聚S-119 (聚(乙烯胺)主链偶氮发色团)及其衍生物；聚氟烃 (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 氯烃，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，和膜蛋白质，
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 亚胺，包括Kapton⑧分子和聚醚酰亚胺("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， 和无规PVP-共-乙酸乙烯酯("PVAc")共聚物；和所有在主链或侧链 或在主链和侧链上都具有偶极距基团的芳香族聚合物；以及包含前述至 少一种的所有组合。
此外，压电材料可以包括Pt、 Pd、 Ni、 T、 Cr、 Fe、 Ag、 Au、 Cu 和包含前述至少一种的金属合金，以及包含前述至少一种的组合。这些 压电材料还可以包括例如金属氧化物，例如Si02、 A1203、 Zr02、 Ti02、 SrTi03、 PbTi03、 BaTi03、 Fe03、 Fe304、 ZnO，包含前述前述至少一 种的组合；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种的组合。
示例性的可变模量材料还包括磁流变(MR)和ER聚合物。MR聚 合物是微米尺寸的可磁极化的颗粒(例如如下所述的铁磁性或顺磁性颗 粒)在聚合物(例如热固性弹性聚合物或橡胶)中的悬浮体。示例性的 聚合物基质包括聚a-烯烃、天然橡胶、硅酮、聚丁二烯、聚乙烯、聚异 戊二烯以及包含前述至少一种的组合。
通过改变施加磁场的强度而改变剪切和压缩/拉伸模量来实现该聚 合物结构的刚度和潜在的形状。该MR聚合物通常在磁场中暴露短至几 毫秒的时间时就显现其结构，其刚度和形状随施加场的强度呈比例变 化。MR聚合物停止暴露于磁场使该过程反转，使弹性体恢复到其较低 ^t量状态。然而，场生成线圈(field generating coil)的包装会带来挑战。
电子电活性聚合物(EAP)是具有低弹性模量的介电材料中间层的 一对电极的层压物。在电极之间施加电势挤压中间层，使其在平面内膨 胀。它们对施加的场呈比例响应，可以在高频下激活。EAP渐变层压片 (EAP morphing laminate sheet)已经得到证实。其主要缺点在于其需要 施加的电压是压电材料所需的约三个数量级高。
电活性聚合物包括对电或机械场响应的压电、热电或电致伸缩性质 的聚合物材料。电致伸缩的接枝弹性体和压电聚(1, 1-二氟乙烯-三氟 乙丈希)共聚4勿的实<列(An example of an electrostrictive-grafted elastomer with a piezoelectric poly(vinylidene fluoride-trifluoro-ethylene) copolymer)。这种组合具有产生各种量的铁电-电致伸缩分子复合体系
的能力。
适用作电活性聚合物的材料可以包括任何基本绝缘的聚合物和/或 橡胶，其对静电场响应而变形，或者其变形导致电场的改变。示例性的 适用作预应变聚合物的材料包括硅酮弹性体、丙烯酸弹性体、聚氨酯、
热塑性弹性体、包含PVDF的共聚物、压敏粘合剂、含氟弹性体、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 含硅酮弹性体和丙烯酸弹性体的聚合物混合物，等)。
用作电活性聚合物的材料可以根据材料性质选择，所述性质例如高 电击穿强度、低弹性模量(例如用于大的或小的变形)、高介电常数等。 在一种实施方案中，该聚合物的选择可以使得其具有小于或等于约100 MPa的弹性模量。在另一实施方案中，该聚合物的选择可以使得其具有 约0.05兆巾白(MPa) ~约10MPa(或者更特别地，约0.3MPa ~约3MPa) 的最大激励压力。在另一实施方案中，该聚合物的选择可以使得其具有 约2~约20 (或者更特别地，约2.5 约12)的介电常数。本发明并不 旨在限定到这些范围。理想地，如果材料具有高介电常数和高介电强度， 那么具有高于上述给出范围的介电常数的所述材料会是合意的。在很多 情况中，电活性聚合物可以制造和实施为薄膜形式，例如具有小于或等 于约50微米的厚度。
由于电活性聚合物可以在高应变下偏转，因此与该聚合物连接的电 极也应当偏转，而不会损害机械或电性能。通常，适用的电极可以具有 任何形状和材料，只要其能够为电活性聚合物提供适合的电压或者接收 来自其的适合电压。该电压可以是恒定的或随时间改变的。在一种实施 方案中，该电极与该聚合物的表面粘合。与该聚合物粘合的电极可以是 顺应性的(compliant)并和该聚合物的变化中的形状共形。该电极可以 仅施加到电活性聚合物的一部分，并依照其几何形状限定活性区域。各 种类型的电极包括包含金属迹线和电荷分布层的结构化电极、包含不同 的面外尺寸(out of plane dimension)的织构化电极、导电油月旨(例如碳 油脂和银油脂)、胶状悬浮液、高纵横比的导电材料(例如碳纤维和碳 纳米管，和离子传导性材料的混合物)以及包含前述至少一种的组合。
示例性的电极材料可以包括石墨、碳黑、胶状悬浮液、金属(包括 银和金)、充填凝胶和聚合物(例如银充填和碳充填的凝胶和聚合物)、 和离子或电传导性聚合物，以及包含前述至少一种的组合。应当理解某些电极材料可能适用于特定的聚合物而可能不适用于其他聚合物。举例 而言，碳纤维适用于丙烯酸弹性体聚合物，而不适用于硅酮聚合物。
磁致伸缩材料是当受到外加磁场时具有大机械变形的固体。该磁致 伸缩现象归因于该材料中小磁畴的旋转，当该材料未暴露于磁场时所述 磁畴是无规取向的。该形状改变在铁磁体或铁磁性固体中是最大的。这 些材料具有非常快的响应能力，其应变与施加磁场的强度成比例， 一旦
将场去除，其就恢复到其最初尺寸。然而，这些材料具有约0.1~约0.2
%的最大应变。
尽管参照示例性实施方案对本发明进行了描述，但本领域的技术人 员理解在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变，而且可以使 用等同物替代其元素。此外，可以进行许多改变以将特定的情况或材料 适应本发明的教导而不脱离其基本范围。因此，旨在本发明不限定于作 为为实现本发明预期的最佳实施方案公开的特定实施方案，而是本发明 将包括所有落入后附权利要求范围内的实施方案。
权利要求
1.用于选择性控制和改变两个物体之间界面处的摩擦力水平的装置，包括具有至少一个表面的第一接触物体；与该第一接触物体物理连接的具有至少一个表面的第二接触物体；和与选自该第一接触物体和第二接触物体的一个或两个操作连接的活性材料，其中该活性材料经构造以一旦接收到激活信号就发生性质的改变，其中该性质的改变有效地改变了该第一接触物体的该至少一个表面和该第二接触物体的该至少一个表面之间界面处的摩擦力水平。
2. 权利要求1的装置，其中该活性材料包括形状记忆聚合物、形状 记忆合金、铁磁性形状记忆合金、电活性聚合物、压电材料、磁流变弹 性体、电流变弹性体、电致伸缩材料、磁致伸缩材料或包含前述活性材 料中至少一种的组合。
3. 权利要求1的装置，其中该性质的改变包括尺寸改变、形状改变、 取向改变、相改变、挠曲模量改变、弹性模量改变或包含前述性质中至 少一种的组合。
4. 权利要求l的装置，其中该激活信号包括热激活信号、电激活信 号、磁激活信号、化学激活信号、机械负载或包含前述激活信号中至少 一种的组合。
5. 权利要求1的装置，进一步包含经构造以为该活性材料提供该激 活信号的活化装置。
6. 权利要求1的装置，其中该活性材料的性质改变经构造以改变该 第 一 接触物体的该至少 一 个表面的形状。
7. 权利要求6的装置，其中该至少一个表面的形状改变经构造以将 该第 一接触物体的摩擦系数从滑动摩擦系数改变为滚动摩擦系数。
8. 权利要求l的装置，其中该第一接触物体包括经构造以使 一 旦接收到该激活信号就从第 一 刚度水平改变到第二 刚度水平的活性材料层；设置于该活性材料层中的第一摩擦元件；和设置于该活性材料层的表面上的第二摩擦元件，其中在该活性材料 层具有第一刚度水平且在第二接触物体上施加法向力时，该第一摩擦元 件与该第二接触物体物理连接，在该活性材料层具有第二刚度水平且在 该第二接触物体上施加法向力时，该第一和第二摩擦元件都与该第二接 触物体物理连接。
9. 权利要求l的装置，其中该第一接触物体包括该活性材料，且经 构造以在该活性材料发生性质改变时从第一硬度改变为第二硬度，其中 当该第 一接触物体具有该第 一硬度时，存在与第二物体的第 一摩擦系 数，当该第一接触物体具有该第二硬度时，该第二物体经构造以使该第 一接触物体发生塑性变形，在两者之间存在第二摩擦系数。
10. 权利要求l的装置，其中该第一接触物体包括第一层，包括该活性材料和具有第一摩擦系数的第一接触表面，其 中该第一层经构造以在该活性材料发生性质改变时从第一硬度改变为 第二硬度，其中在该第一层具有该第一硬度时，该第一接触表面与该第 二接触物体物理连接；和第二层，包括具有第二摩擦系数的第二接触表面，其中该第二接触 表面经构造以在该第 一层具有该第二硬度时使该第 一层弹性和/或塑性 变形且与该第二接触物体物理连接。
11. 权利要求l的装置，其中该活性材料的性质改变有效地改变了 该第一接触物体的该至少一个表面相对于该第二接触物体的该至少一 个表面的取向，由此改变该第 一接触物体和该第二接触物体之间的摩擦 力水平。
12. 权利要求l的装置，其中该第一接触物体包括 第一部分，经构造以与该第二接触物体物理连接；和第二部分，包含该活性材料，其中该第二部分经构造以在该活性材 料发生性质改变时从第一厚度改变为笫二厚度，其中在该第二部分具有 该第一厚度时，在该第一部分和该第二接触物体之间存在第一法向力， 和在该第二部分具有该第二厚度时，在该第一部分和该第二接触物体之 间存在第二法向力；其中从该笫一法向力到该第二法向力的改变有效地 改变了该第 一接触物体和该第二接触物体之间界面处的摩擦力水平。
13. 权利要求l的装置，其中该第一接触物体包括该活性材料和设置于该至少 一个表面上的开孔，其中该活性材料的 性质改变有效地选择性开启和关闭该开孔；与该至少 一 个表面操作连接的动力源，其中该动力源经构造以在该 第一接触物体的该至少一个表面和该第二接触物体的该至少一个表面 之间施加法向力，其中该开孔的选择性开启和关闭改变了两者之间的摩擦力水平；和与该第 一接触物体的该至少 一个表面以及该动力源流体连接的管道。
14. 权利要求14的装置，其中该动力源包括真空泵。
15. 权利要求l的装置，其中该第一接触物体包括 第一接触表面；设置于该第一接触表面之下的通道； i殳置于该通道内的流体；和与该第 一接触表面操作连接的该活性材料，其中该活性材料经构造 以使一旦接收到激活信号就发生性质的改变，其中该性质改变有效地控 制了流体到该第 一接触表面的流动，其中该流体到该第 一接触表面的流 动有效地改变了该第一接触物体和该第二接触物体之间的摩擦力水平。
16. 权利要求l的装置，其中该两个物体之间界面处的摩擦力水平 的改变有效地改变了轴颈外壳和轴承之间的径向间隙。
17. 权利要求l的装置，其中该两个物体之间界面处的摩擦力水平 的改变有效地控制了流体在该第一表面和该第二表面之间的流动。
18. 权利要求1的装置，其中该两个物体之间界面处的摩擦力水平 的改变有效地提高了该第 一 表面和该第二表面之间的牵引力。
19. 权利要求1的装置，其中该两个物体之间界面处的摩擦力水平 的改变有效地使控制旋钮选择性啮合和脱离。
20. 夹具，包括 具有接触表面的第 一接触物体；与该第 一接触物体相对设置的第二接触物体，具有朝向该第 一接触 物体的该接触表面的接触表面，其中该第一和第二接触物体的组合经构 造以夹持对象；和与选自该第 一接触物体和第二接触物体的一个或两个操作连接的 活性材料，其中该活性材料经构造以一旦接收到激活信号就发生性质的 改变，其中该性质的改变有效地改变了该第 一和第二接触物体和该对象 之间的摩擦力水平。
21. 用于控制第一接触物体和第二接触物体之间界面处的摩擦力水 平的方法，该方法包4舌将该第 一接触物体的第 一接触表面与该第二接触物体的笫二接触 表面相接触，以在该第 一接触表面和第二接触表面之间形成摩擦力水平；和对活性材料施加激活信号和造成该活性材料的性质改变，其中该活 性材料与选自该第 一接触物体和第二接触物体中的一个或两个操作连 接，该性质改变有效地改变该第一接触表面和第二接触表面之间的摩擦 力水平。
22. 权利要求21的方法，其中该活性材料包括形状记忆聚合物、形 状记忆合金、铁磁性形状记忆合金、电活性聚合物、压电材料、磁流变 弹性体、电流变弹性体、电致伸缩材料、磁致伸缩材料或包含前述活性 材料中至少一种的组合。
23. 权利要求21的方法，其中该性质的改变包括尺寸改变、形状改 变、取向改变、相改变、挠曲模量改变、弹性模量改变或包含前述性质 中至少一种的组合。
24. 权利要求21的方法，其中该激活信号包括热激活信号、电激活 信号、磁激活信号、化学激活信号、机械负载或包含前述激活信号中至 少一种的组合。
全文摘要
本发明涉及用于改变两个表面之间界面处的摩擦力水平的活性材料基物体，用于选择性控制和改变两个物体之间界面处的摩擦力水平的装置，包括具有至少一个表面的第一接触物体、与该第一接触物体物理连接的具有至少一个表面的第二接触物体，和与选自该第一接触物体和第二接触物体的一个或两个操作连接的活性材料，其中该活性材料经构造以一旦接收到激活信号就发生性质的改变，其中该性质的改变有效地改变了该第一接触物体的该至少一个表面和该第二接触物体的该至少一个表面之间界面处的摩擦力水平。
文档编号F16S1/06GK101368664SQ200810145680
公开日2009年2月18日 申请日期2008年8月15日 优先权日2007年8月16日
发明者A·C·基夫, A·L·布劳恩, C·P·亨利, G·A·埃雷拉, G·P·麦克奈特, N·D·曼凯姆, N·K·布克诺尔, N·L·约翰逊, W·巴沃萨-卡特 申请人:通用汽车环球科技运作公司