(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、
制限なしに作動させたときに、屈曲し、直線状に延び、収縮し、捻れ、またはそれらの組み合わせとなるように構成された少なくとも１つのソフトアクチュエータ本体と、
前記ソフトアクチュエータ本体を作動させるように構成された作動機構と、
前記ソフトアクチュエータ本体の少なくとも一部分の周りに配置されるとともに、作動させたときにスリーブの内側で前記ソフトアクチュエータ本体を拘束しかつ前記ソフトアクチュエータ本体が前記スリーブで覆われていない場所で前記ソフトアクチュエータ本体が変形することを可能にするように構成された少なくとも１つのスリーブと
を備えており、
前記スリーブが、前記ソフトアクチュエータ本体が覆われない少なくとも１つの開口を規定する単一片の材料を備えており、
前記単一片の材料が、前記開口と反対側を前記ソフトアクチュエータ本体に沿って連続的に延在することを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記ソフトアクチュエータ本体が内部室を画定し、かつ前記作動機構が、前記ソフトアクチュエータ本体を変形させるために前記内部室内に流体を圧送するように構成されたポンプを含むことを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記ソフトアクチュエータ本体が、可撓性およびエラストマー性の少なくともいずれかである少なくとも１つの材料であって、超弾性シリコーン、熱可塑性ウレタン、熱可塑性エラストマー、ゴム、ナイロン、織布材料、不織布材料、弾性ポリウレタン、およびポリエチレンから選択される前記少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記ソフトアクチュエータ本体が、前記ソフトアクチュエータ本体の側部に沿った歪み抑制層を含み、かつ前記ソフトアクチュエータ本体が、前記ソフトアクチュエータ本体の側部の膨張を抑えることにより前記ソフトアクチュエータ本体の屈曲をもたらすように構成されることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、複数のスリーブが前記ソフトアクチュエータ本体のそれぞれの部分の周りに配置され、前記スリーブの少なくとも１つが、（ａ）前記スリーブの別のスリーブと異なる組成を有し、かつ（ｂ）前記スリーブが、前記スリーブの別のスリーブと異なる異方性機械的特性を有することを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記スリーブの少なくとも２つの間に間隙が設けられ、前記ソフトアクチュエータ本体を前記スリーブ間の前記間隙において変形させることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記スリーブが開口を画定し、前記ソフトアクチュエータ本体を前記開口において変形させることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項８】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記スリーブが複数の開口を含み、前記ソフトアクチュエータ本体を前記開口において変形させることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項９】
請求項８に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記開口が、前記スリーブにおける異なる長手方向位置および径方向位置に画定されることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記スリーブが、電子機器、センサ、磁石、配索機構、および連結機構から選択されるインターフェースを含むことを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記スリーブが、複数の前記ソフトアクチュエータ本体間の連結具としての役割を果たすことを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、複数のスリーブが、互いに連結されるとともに、それぞれのソフトアクチュエータ本体の部分を収容することを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記スリーブが、前記スリーブに収容される前記ソフトアクチュエータ本体の体積量を変化させるために調節可能な長さを有するように構成されることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、硬化材または硬化剤を用いて前記スリーブの少なくとも一部が剛性化されることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記スリーブが、剛性部分を前記ソフトアクチュエータ本体に固定することを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記スリーブが取り外し可能であることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記ソフトアクチュエータ本体よりも高い剛性を有する少なくとも１つの要素が、前記ソフトアクチュエータ本体の変形を更に制御するために前記スリーブ上または前記スリーブの内側に配置されることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１に記載の機械的にプログラムされたアクチュエータにおいて、前記アクチュエータが、前記ソフトアクチュエータ本体の周りに同心状に配置された内側スリーブと外側スリーブとを含み、間隙または開口が前記外側スリーブに設けられ、前記内側スリーブの一部を露出させることを特徴とする機械的にプログラムされたアクチュエータ。
【請求項１９】
機械的作動方法において、
室を画定する少なくとも１つのソフトアクチュエータ本体と、前記ソフトアクチュエータ本体の一部分の周りに配置された少なくとも１つのスリーブとを含む機械的にプログラムされたアクチュエータを使用するステップであって、前記スリーブが、前記ソフトアクチュエータ本体が覆われない少なくとも１つの開口を規定する単一片の材料を備えており、前記単一片の材料が、前記開口と反対側を前記ソフトアクチュエータ本体に沿って連続的に延在する、ステップと、
前記ソフトアクチュエータ本体により画定された室内に流体を圧送し、前記ソフトアクチュエータ本体が前記スリーブで覆われていない場所で前記ソフトアクチュエータ本体を変形させ、その一方で、前記スリーブが前記ソフトアクチュエータ本体を覆っている場所で前記スリーブが前記ソフトアクチュエータ本体の変形を抑制するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記アクチュエータが、少なくとも２つのソフトアクチュエータ本体を含み、各ソフトアクチュエータ本体が、各ソフトアクチュエータ本体の一部分の周りに配置された少なくとも１つのスリーブを備えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記ソフトアクチュエータ本体間に物体を掴むように前記ソフトアクチュエータ本体を作動させるステップを更に含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府支援
本発明は、国防高等研究計画局（Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｐｒｏｊｅｃｔｓ  Ａｇｅｎｃｙ）により与えられた助成番号Ｗ９１１ＮＦ−１１−１−００９４に基づく政府支援によりなされたものである。米国政府は、本発明において一定の権利を保有する。
【背景技術】
【０００２】
ソフトアクチュエータは、複雑な動作を一体構造に組み込む能力と、エラストマー材料および加圧流体に起因した本来の柔軟性とを含む、剛性の機械システムに見られないいくつかの望ましい特徴を提供する。コンピュータ支援製図（ＣＡＤ）プログラムおよび３次元（３Ｄ）プリンタは、アクチュエータ製造のための金型設計の（数日程度での）比較的迅速な繰り返しを可能にするが、これらの手法は、ソフトアクチュエータの出力動作、接続インターフェース、および表面特性の「オンザフライ」修正を可能にしない場合がある。この能力は、患者のニーズが変化する場所、ロボット操作またはリハビリテーションのための作業場などで、即時のカスタマイズが必要とされる場合に有利である。
【発明の概要】
【０００３】
機械的にプログラムされたソフトアクチュエータならびにその製造方法および使用方法が本明細書で説明される。装置および方法の種々の実施形態は、以下に説明する要素、特徴、およびステップの一部または全てを含み得る。
【０００４】
機械的にプログラムされたソフトアクチュエータは、制限なしに作動させたときに、ソフトアクチュエータ本体の少なくとも一部が、屈曲し、直線状に延び、収縮し、捻れ、またはそれらの組み合わせとなるように構成される少なくとも１つのソフトアクチュエータ本体と、ソフトアクチュエータ本体を作動させるように構成された作動機構（例えば、流体ポンプ）と、ソフトアクチュエータ本体の一部分の周りに配置されるとともに、作動させたときにスリーブの内側でソフトアクチュエータ本体を拘束しかつスリーブで覆われていない場所でソフトアクチュエータ本体を屈曲させるように構成された少なくとも１つの適合スリーブとを含む。
【０００５】
機械的作動方法では、流体（例えば、空気または液体）がソフトアクチュエータ本体により画定された室内に圧送され、ソフトアクチュエータ本体がスリーブで覆われていない場所でソフトアクチュエータ本体を屈曲させ、その一方で、スリーブがソフトアクチュエータ本体を覆っている場所でスリーブがソフトアクチュエータ本体の屈曲を制限する。
【０００６】
これらのアクチュエータの実施形態は、快適性を向上させかつ使用者に対する負傷の危険性を低減するために軟組織（例えば、皮膚）が軟質でかつ柔軟性があるロボットアクチュエータと相互作用可能である、人間とロボットとの安全な相互作用をもたらすことができる。これらのソフトアクチュエータは、人間の動きを補助するためのロボットアクチュエータとしての使用、物体を取り扱うための形状適合性グリッパとしての使用、玩具での（例えば、ビデオゲーム用のインターフェースとしての）使用を含む様々な使用に適している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、スリーブのない湾曲するソフトアクチュエータ本体１４の撮影画像である。
【図２】図２は、アクチュエータ本体１４内の圧力変化後の図１の湾曲するソフトアクチュエータ本体１４の撮影画像である。
【図３】図３は、ソフトアクチュエータ本体１４の基部と遠位端部がそれぞれスリーブ１６で取り囲まれた図１のソフトアクチュエータ本体１４の撮影画像である。
【図４】図４は、アクチュエータ本体１４内の圧力変化後の図３のアクチュエータ１２の撮影画像である。
【図５】図５は、歪み抑制層５４がソフトアクチュエータ本体１４の右側にあるソフトアクチュエータ本体１４の図であり、アクチュエータ本体１４の初期位置が左に示され、その一方で、アクチュエータ本体１４内の圧力変化後の、歪み抑制層５４によるアクチュエータ本体１４の湾曲が右に示される。
【図６】図６は、ソフトアクチュエータ本体１４の基部がそれぞれスリーブ１６で取り囲まれかつ歪み抑制層５４がソフトアクチュエータ本体１４の右側にあるソフトアクチュエータ本体１４の図であり、アクチュエータ本体１４の初期位置が左に示され、その一方で、アクチュエータ本体１４内の圧力変化後の、スリーブ１６の上方の歪み抑制層５４によるアクチュエータ本体１４の湾曲が右に示される。
【図７】図７は、ソフトアクチュエータ本体１４の基部と遠位端部がそれぞれスリーブ１６で取り囲まれかつ歪み抑制層５４がソフトアクチュエータ本体１４の右側にあるソフトアクチュエータ本体１４の図であり、アクチュエータ本体１４の初期位置が左に示され、その一方で、アクチュエータ本体１４内の圧力変化後の、スリーブ１６間の歪み抑制層５４によるアクチュエータ本体１４の屈曲が右に示される。
【図８】図８は、加熱によりソフトアクチュエータ本体１４に熱成形されるスリーブ１６を示す。
【図９】図９は、スリーブ１６が熱成形されたソフトアクチュエータ本体１４を示す。
【図１０】図１０は、スリーブ１６の周囲に固定された締め付けクランプ２４’によりソフトアクチュエータ本体１４に取り付けられたスリーブ１６を示す。
【図１１】図１１は、スリーブ１６の周囲に固定されたジップタイ２４’’によりソフトアクチュエータ本体１４に取り付けられたスリーブ１６を示す。
【図１２】図１２は、スリーブ１６の一端部の上側面とスリーブ１６の対向端部の底側面とにおけるフックとループ２４’’’のそれぞれの表面によりソフトアクチュエータ本体１４に固定されたスリーブ１６を示す。
【図１３】図１３は、スリーブ１６の互いに対向する端部の各々に沿った開口に通されたレース２４’’’’によりソフトアクチュエータ本体１４に固定されたスリーブ１６を示す。
【図１４】図１４は、スリーブ１６とソフトアクチュエータ本体１４との間に挿入された接着剤２４’’’’’によりソフトアクチュエータ本体１４に固定されたスリーブ１６を示す。
【図１５】図１５は、３つ以上のスリーブ１６間に形成された複数の関節部がアクチュエータ１２の長さに沿って離間したアクチュエータ１２を示す。
【図１６】図１６は、ソフトアクチュエータ本体１４がスリーブ１６間で屈曲している、ソフトアクチュエータ本体１４内の圧力変化後の図１５のアクチュエータ１２を示す。
【図１７】図１７は、ソフトアクチュエータ本体１４が１つ、２つまたは３つのスリーブセクション１６で覆われ、かつスリーブ１６がソフトアクチュエータ本体１４にわたって異なる距離だけ延びているアクチュエータの様々な実施形態を示す。
【図１８】図１８は、電子機器用の実装基板（例えば、接触センサ２６および回路基板２８）として機能できるスリーブ１６を示す。
【図１９】図１９は、（例えば、フックとループにより接続する、縫合される、接着されるなど）歪みゲージ３０などのソフトセンサ用の固定点として機能できるスリーブ１６を示す。
【図２０】図２０は、（例えば、フックとループにより接続する、縫合される、接着されるなど）歪みゲージ３０などのソフトセンサ用の固定点として機能できるスリーブ１６を示す。
【図２１】図２１は、剛性装置を軟質コネクタに接続するためのインターフェース（例えば、スクープ、レバー、ばね、または作動させる任意の機構）として機能できるスリーブ１６を示す。本実施形態において、スリーブ１６は、インターフェースとしての役割を果たすねじ付き支柱３２を含む。
【図２２】図２２は、剛性装置を軟質コネクタに接続するためのインターフェース（例えば、スクープ、レバー、ばね、または作動させる任意の機構）として機能できるスリーブ１６を示す。本実施形態において、スリーブ１６は、インターフェースとしての役割を果たすねじ付き支柱３２を含む。
【図２３】図２３は、剛性装置を軟質コネクタに接続するためのインターフェース（例えば、スクープ、レバー、ばね、または作動させる任意の機構）として機能できるスリーブ１６を示す。本実施形態において、スリーブ１６は、インターフェースとしての役割を果たすねじ付き支柱３２を含む。
【図２４】図２４は、剛性装置を軟質コネクタに接続するためのインターフェース（例えば、スクープ、レバー、ばね、または作動させる任意の機構）として機能できるスリーブ１６を示す。本実施形態において、スリーブ１６は、インターフェースとしての役割を果たすねじ付き支柱３２を含む。
【図２５】図２５は、（例えば、掴むときに位置合わせを容易にするための、工具を取り付けるための、または鉄系金属物体の迅速な収集に使用するための）磁石３８の一体化または埋設を示す。
【図２６】図２６は、（例えば、掴むときに位置合わせを容易にするための、工具を取り付けるための、または鉄系金属物体の迅速な収集に使用するための）磁石３８の一体化または埋設を示す。
【図２７】図２７は、（例えば、掴むときに位置合わせを容易にするための、工具を取り付けるための、または鉄系金属物体の迅速な収集に使用するための）磁石３８の一体化または埋設を示す。
【図２８】図２８は、アクチュエータ本体１４を直列に接続するための連結具としてのスリーブ１６の使用を示す。
【図２９】図２９は、アクチュエータ本体１４を直列に接続するための連結具としてのスリーブ１６の使用を示す。
【図３０】図３０は、ソフトアクチュエータ本体１４を互いに並列に連結するために並列に接続されたスリーブ１６の使用を示す。
【図３１】図３１は、ソフトアクチュエータ本体１４を互いに並列に連結するために並列に接続されたスリーブ１６の使用を示す。
【図３２】図３２は、４つのソフトアクチュエータ本体１４を接合して「Ｘ形関節」を形成するスリーブ１６の使用を示す。
【図３３】図３３は、３つのソフトアクチュエータ本体１４を接合して「Ｔ形関節」を形成するスリーブ１６の使用を示す。
【図３４】図３４は、２つのソフトアクチュエータ本体１４の端部同士を接合するスリーブ１６の使用を示す。
【図３５】図３５は、スリーブ１６の表面から延びるブラシ４４を示す。
【図３６】図３６は、スリーブ１６の表面上に突出する突起４６を示す。
【図３７】図３７は、スリーブ１６の表面上のループ４８（代替的または追加的に、フックが設けられる）を示す。
【図３８】図３８は、引っ掛かりや絡まりを最小限に抑えるように管およびワイヤを配索するための周辺チャネル５０を備えたスリーブ１６を示す。
【図３９】図３９は、周辺チャネル５０に通された管およびワイヤ５２と、ソフトアクチュエータ本体１４上に装着されたスリーブ１６とを備えた図３８のスリーブ１６を示す。
【図４０】図４０は、下層のソフトアクチュエータ本体１４に多数の屈曲位置を設けるために幅が狭くかつ剛性の接続ストリップに沿って間隔を置いて配置されるスリーブリング１６を示す。
【図４１】図４１は、下層のソフトアクチュエータ本体１４に多数の屈曲位置を設けるために幅が狭くかつ剛性の接続ストリップに沿って間隔を置いて配置されるスリーブリング１６を示す。
【図４２】図４２は、０ｍｍのスリーブ間隔でのソフトアクチュエータ本体１４の屈曲を示し、影画像は、異なる圧力で屈曲するアクチュエータを示す。
【図４３】図４３は、１５ｍｍのスリーブ間隔でのソフトアクチュエータ本体１４の屈曲を示し、影画像は、異なる圧力で屈曲するアクチュエータを示す。
【図４４】図４４は、３０ｍｍのスリーブ間隔でのソフトアクチュエータ本体１４の屈曲を示し、影画像は、異なる圧力で屈曲するアクチュエータを示す。
【図４５】図４５は、開口２２において下層のソフトアクチュエータ本体の屈曲を可能にするための開口２２を備えたスリーブ１６を示す。
【図４６】図４６は、異なる箇所にかつ異なる向きに沿った異なる軸線の周囲で屈曲をもたらすために、スリーブ１６上の異なる長手位置および方位角位置に位置決めされた複数の開口２２を備えたスリーブ１６を示す。
【図４７】図４７は、異なる箇所にかつ異なる向きに沿った異なる軸線の周囲で屈曲をもたらすために、スリーブ１６上の異なる長手位置および方位角位置に位置決めされた複数の開口２２を備えたスリーブ１６を示す。
【図４８】図４８は、異なる箇所にかつ異なる向きに沿った異なる軸線の周囲で屈曲をもたらすために、スリーブ１６上の異なる長手位置および方位角位置に位置決めされた複数の開口２２を備えたスリーブ１６を示す。
【図４９】図４９は、埋設された電気回路および配線６２を備えたスリーブ１６を示す。
【図５０】図５０は、ソフトアクチュエータ１２を身体部分６３（ここでは、指）に接続できるスリーブ１６を示す。
【図５１】図５１は、スリーブのない湾曲するソフトアクチュエータ１２を含むマニピュレータを用いて正方形の物体６６を掴む様子を示す。
【図５２】図５２は、掴むべき物体６６の側面の長さに一致する長さを有するスリーブ１６で覆われた湾曲するソフトアクチュエータ１２を備えたマニピュレータを示す。
【図５３】図５３は、物体６６を掴む、図５２のマニピュレータのスリーブ付きソフトアクチュエータ１２を示す。
【図５４】図５４は、荷重がかかった状態で物体６６を支持する、スリーブのないソフトアクチュエータ本体１４を示す。
【図５５】図５５は、より大きな荷重がかかった状態で物体６６を支持する、スリーブ１６を備えたソフトアクチュエータを示す。
【図５６】図５６は、更に大きな荷重がかかった状態で物体６６を支持する、繊維強化積層構造を有するスリーブ１６を備えたソフトアクチュエータを示す。
【図５７】図５７は、物体６６を掴む、スリーブ１６のないソフトアクチュエータ本体１４の追加の実施形態を示す。
【図５８】図５８は、物体６６を掴む、スリーブ１６を備えたソフトアクチュエータ本体１４の追加の実施形態を示す。
【図５９】図５９は、湾曲するソフトアクチュエータ本体１４上のスリーブ１６とスリーブのない湾曲する第２のアクチュエータとを備えた形状適合マニピュレータを示す。
【図６０】図６０は、湾曲するソフトアクチュエータ本体１４上のスリーブ１６とスリーブのない湾曲する第２のアクチュエータとを備えた形状適合マニピュレータを示す。
【図６１】図６１は、下層のソフトアクチュエータ本体１４上に調節可能な長さでの屈曲制限をもたらすために巻き広げることができるスリーブ１６を示す。
【図６２】図６２は、下層のソフトアクチュエータ本体１４上に調節可能な長さでの屈曲制限をもたらすために巻き広げることができるスリーブ１６を示す。
【図６３】図６３は、下層のソフトアクチュエータ本体１４上に調節可能な長さでの屈曲制限をもたらすために巻き広げることができるスリーブ１６を示す。
【図６４】図６４は、下層のソフトアクチュエータ本体１４上に調節可能な長さでの屈曲制限をもたらすために巻き広げることができるスリーブ１６を示す。
【図６５】図６５は、下層のソフトアクチュエータ本体１４上に調節可能な長さでの屈曲制限をもたらすために延出させることができるセグメントを含むスリーブ１６を示す。
【図６６】図６６は、下層のソフトアクチュエータ本体１４上に調節可能な長さでの屈曲制限をもたらすために延出させることができるセグメントを含むスリーブ１６を示す。
【図６７】図６７は、下層のソフトアクチュエータ本体１４上に調節可能な長さでの屈曲制限をもたらすために延出させることができるセグメントを含むスリーブ１６を示す。
【図６８】図６８は、ソフトアクチュエータ本体１４の両端部に図６１および図６４の長さ調整可能なスリーブ１６を備えたソフトアクチュエータ本体１４を示し、スリーブ１６が更なる巻き広げにより長くなるにつれてソフトアクチュエータ本体１４の屈曲半径が減少することを示す。
【図６９】図６９は、ソフトアクチュエータ本体１４の両端部に図６１および図６４の長さ調整可能なスリーブ１６を備えたソフトアクチュエータ本体１４を示し、スリーブ１６が更なる巻き広げにより長くなるにつれてソフトアクチュエータ本体１４の屈曲半径が減少することを示す。
【図７０】図７０は、非弾性（歪み抑制）繊維強化積層構造５４を備えた（ｃとｄ）および非弾性（歪み抑制）繊維強化積層構造５４のない（ａとｂ）、繊維強化アクチュエータ本体１４の断面比較を示し、図７０（ａ）は、未加圧の繊維強化アクチュエータ本体１４の図示の断面図および実際の側面図を示し、図７０（ｂ）は、流体加圧に起因したアクチュエータ本体１４の壁の膨張を示し、図７０（ｃ）は、繊維強化アクチュエータ本体１４上の非弾性繊維強化積層体５４の配置を示し、かつ図７０（ｄ）は、スリーブ１６が追加されたときのアクチュエータの図示の断面図を示す。
【図７１ａ】図７１ａは、０ｍｍのスリーブ１６間隔を有する、ソフトアクチュエータの平坦表面上に非弾性繊維強化積層体を備えた屈曲するソフトアクチュエータの動作の範囲を示す。
【図７１ｂ】図７１ｂは、１５ｍｍのスリーブ１６間隔を有する、ソフトアクチュエータの平坦表面上に非弾性繊維強化積層体を備えた屈曲するソフトアクチュエータの動作の範囲を示す。
【図７１ｃ】図７１ｃは、３０ｍｍのスリーブ１６間隔を有する、ソフトアクチュエータの平坦表面上に非弾性繊維強化積層体を備えた屈曲するソフトアクチュエータの動作の範囲を示す。
【図７２】図７２は、屈曲関節としての役割を果たす両方のスリーブ１６を貫通する開口２２と、内側スリーブ１６’が長手方向に延びることができる延在セグメント７０としての役割を果たす外側スリーブ１６’’における間隙とを備えた、内側スリーブ１６’と外側スリーブ１６’’を備えた未作動の直線状に延びるソフトアクチュエータ１２を示す。スリーブは多セグメント動作を可能にする。
【図７３】図７３は、作動状態にある図７２のソフトアクチュエータ１２を示す。
【図７４】図７４は、アクチュエータの屈曲を生じさせるためのスリットの形態の開口を備えたスリーブ１６内に収容された直線状に延びるソフトアクチュエータ本体１４の撮影画像である。
【図７５】図７５は、ソフトアクチュエータ本体１４内に圧送された流体により作動させたときの図７４の直線状に延びるソフトアクチュエータの撮影画像である。
【図７６】図７６は、開口の向きにより各開口におけるアクチュエータの屈曲を互いに逆方向に生じさせる２つの開口を備えたスリーブ１６内に収容された直線状に延びるソフトアクチュエータ本体１４の撮影画像である。
【図７７】図７７は、スリーブ１６の複数の開口および非切断部６９が異なる向きの複数の軸線の周囲でアクチュエータの屈曲を生じさせるように構成された、スリーブ１６内に収容された直線状に延びるソフトアクチュエータの撮影画像である。
【図７８】図７８は、共通の向きと一定の間隔とを共有する複数の開口と非切断部６９とを備えたスリーブ１６により屈曲するアクチュエータに変換された直線状に延びるソフトアクチュエータの撮像画像である。
【図７９】図７９は、各アクチュエータが、ソフトアクチュエータの直線作動を屈曲／湾曲動作に変換するための複数の開口を有するスリーブ１６内に収容された直線状に延びるソフトアクチュエータを含む、湾曲するソフトアクチュエータを各指に含むパワーグリップグローブの撮像画像である。
【図８０】図８０は、各アクチュエータが、ソフトアクチュエータの直線作動を屈曲／湾曲動作に変換するための複数の開口を有するスリーブ１６内に収容された直線状に延びるソフトアクチュエータを含む、湾曲するソフトアクチュエータを各指に含むパワーグリップグローブの撮像画像である。
【図８１】図８１は、リールから繰り出されかつ所望の長さをもたらすために切断可能なソフトアクチュエータ本体１４を示す。
【図８２】図８２は、各端部に挿入されるキャップ６８と、ソフトアクチュエータ本体１４内への流体の導入を可能にするための、端部キャップの一方における空気圧または油圧接続部６０とを備えた、図８１のソフトアクチュエータ本体１４の切断されたセグメントを示す。
【図８３】図８３は、把持特徴部４９を含むスリーブ１６を先端部に備えたソフトアクチュエータ本体１４の斜視図を提示する。
【図８４】図８４は、把持特徴部４９を含むスリーブ１６を先端部に備えたソフトアクチュエータ本体１４の斜視図を提示する。
【図８５】図８５は、把持特徴部４９を含むスリーブ１６を先端部に備えたソフトアクチュエータ本体１４の斜視図を提示する。
【図８６】図８６は、スリーブ１６上に装着された真空ジャミングポーチ８０の作動により強固となり得る（それゆえ、これにより変形を制御できる）セグメントを備えたアクチュエータ１２の実施形態を図示する。
【図８７】図８７は、スリーブ１６上に装着された真空ジャミングポーチ８０の作動により強固となり得る（それゆえ、これにより変形を制御できる）セグメントを備えたアクチュエータ１２の実施形態を図示する。
【図８８】図８８は、スリーブ１６上に装着された真空ジャミングポーチ８０の作動により強固となり得る（それゆえ、これにより変形を制御できる）セグメントを備えたアクチュエータ１２の実施形態を図示する。
【図８９】図８９は、スリーブ１６上に装着された真空ジャミンググリッパ８２を含むアクチュエータ１２を図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付図面において、類似の参照記号は異なる図を通じて同じまたは同様の部分を指し、また、アポストロフィは、同じ参照番号を共用する同じまたは同様の物品の複数の例を区別するために使用される。図面は、必ずしも原寸に比例したものではなく、むしろ、以下に述べる特定の原理を例示することに重点が置かれている。
【０００９】
本発明の種々の態様の前述および他の特徴ならびに利点が、以下の、種々の概念のより詳細な説明と、本発明のより広い範囲内の特定の実施形態とから明らかになるであろう。上で紹介しかつ以下により詳細に述べる主題の種々の態様は、その主題がいかなる特定の実施態様にも限定されないので、多数の方法のいずれかで実施してもよい。特定の実施態様および用途の例は、主として例示の目的で提供される。
【００１０】
本明細書において別段の定義、使用、または特徴付けがない限り、本明細書で使用される用語（技術的および科学的用語を含む）は、関連技術の文脈において許容されるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において明示的に定義されない限り、理想化された意味または過度に形式的な意味に解釈されるべきではない。例えば、特定の組成について言及する場合には、現実に実用的だが不完全なものが適用される場合があるので、組成は、完全にではないが実質的に純粋なものであってもよく、例えば、少なくとも微量（例えば、１または２％未満）の不純物が存在し得ることも本説明の範囲内にあると理解することができ、同様に、特定の形状について言及する場合には、その形状は、例えば、製造公差による、理想的な形状でない不完全な変形を含むように意図される。本明細書に示される百分率または濃度は、重量または体積のいずれかで表すことができる。
【００１１】
本明細書では、種々の要素を説明するために、第１の、第２の、第３のなどの用語が使用されることがあるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるものではない。これらの用語は、単に１つの要素を別の要素と区別するために使用される。したがって、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、以下に述べる第１の要素を第２の要素と呼ぶことができる。
【００１２】
「上方（ａｂｏｖｅ）」「下方（ｂｅｌｏｗ）」「左側（ｌｅｆｔ）」「右側（ｒｉｇｈｔ）」「前方（ｉｎ  ｆｒｏｎｔ）」および「後方（ｂｅｈｉｎｄ）」などの空間的な相対用語は、本明細書では、図に示すように、１つの要素と別の要素との関係を説明するのに説明し易くするために使用され得る。当然のことながら、空間的な相対用語および図示の構成は、本明細書で説明されかつ図に描かれた向きに加えて、使用時または動作時の装置の異なる向きを包含するように意図されている。例えば、図中の装置を反転させた場合には、他の要素または特徴の「下方」または「真下」にあると説明された要素が他の要素または特徴の「上方」に位置することになる。したがって、「上方」という例示的な用語は、上方と下方の両方の向きを包含する場合がある。装置を別の方向に向け（例えば、９０度または他の向きに回転させ）てもよく、本明細書で使用される空間的な相対的記述用語は、それに応じて解釈される。
【００１３】
更にまた、本開示では、ある要素が、別の要素「の上にある（ｏｎ）」、「に接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」、「に連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」、「に接触する（ｉｎ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ）」などと称される場合、別段の規定がない限り、要素は、他の要素の直ぐ上にあるか、他の要素に直接接続されるか、直接連結されるか、直接接触してもよく、または、介在要素が存在してもよい。
【００１４】
本明細書で使用する専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものであり、例示的な実施形態を限定するものとは意図されていない。本明細書で使用する場合、「ａ」および「ａｎ」などの単数形は、文脈からそうでないと分かる場合を除き、複数形も含むものと意図されている。加えて、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、言及された要素またはステップの存在を規定するが、１つもしくは複数の他の要素またはステップの存在または追加を排除するものではない。
【００１５】
本明細書では、開示する方法およびアクチュエータ設計は、ソフトアクチュエータのカスタマイズの権限を使用者の手に委ねることができ、かつ特定の用途に適合するように新たなソフトアクチュエータを成形する必要をなくすことができる。本明細書で説明するように、スリーブ１６を使用してソフトアクチュエータ１２を機械的にプログラムすることができ、このことは、ソフトアクチュエータの動作および性能の（例えば、数分程度での）迅速な修正を可能にする。例として、図１および図２は、作動機構１８により作動させたとき（例えば、ポンプがソフトアクチュエータ本体１４に流体を充填したとき）の湾曲するソフトアクチュエータ１２の動作を示している。湾曲動作を生じさせる１つの手段は、（ソフトアクチュエータ本体１４の非拘束部に対して）歪み抑制層５４の長さに沿って弾性変形または塑性変形に抗する歪み抑制層５４を接着し、それにより、応力を受けた（例えば、内圧が上昇した）ときに、図５に示すように、アクチュエータ１２の湾曲を生じさせることである。この動作は、図３および図４に示すように、スリーブ１６（収縮管など）をソフトアクチュエータ本体１４に適用し、屈曲動作が望ましい場所に完全またな部分的な開口を残すことにより、調節することができる。このようなスリーブ１６でソフトアクチュエータ本体１４を包むことにより、湾曲するソフトアクチュエータ本体１４をより鋭角に屈曲するアクチュエータに変換することができ、（または、以下に述べるようにまた図７２〜図８０に示すように、直線状のアクチュエータを屈曲するアクチュエータに変換することができ、）かつ明らかに異なる動作（例えば、関節のような屈曲）をもたらすことができる。スリーブ１６の使用はまた、センサ２６、電子機器、機械工具、および他のソフトアクチュエータとのインターフェース接続、および実装されるプリント回路基板２８を含めることなどの、様々な特徴および性能をソフトアクチュエータ本体１４に追加する新たな機会を可能にする（図１８〜図２４、図３５〜図３９、および図４９を参照）。図２１および図２２に示すように、スリーブはまた、他の物体３３をスリーブ１６に装着するためまたはスリーブ１６を他の構造に装着するための（本実施形態ではねじ付き支柱の形態の）取付具３２を含むことができる。図２３および図２４に示すように、アクチュエータ１２を剛性リンク３４に装着することができ、この剛性リンク３４は、作動する枢動構造を形成するために枢動軸３６において接合される。
【００１６】
本開示のソフトアクチュエータ本体１４は、例えば、超弾性シリコーン、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ウレタン、ゴム、弾性ポリウレタン、またはポリエチレンで形成することができる、室２０を画定する壁を含む。よって、ソフトアクチュエータ本体１４は、破損するまでに、例えば、その元の寸法の２００％まで寸法を膨張させるように設計でき、その一方で、ソフトアクチュエータ本体１４を内側で拘束するスリーブ１６を（例えば、ソフトアクチュエータ本体１４の、例えば、１０分の１以下の弾性を有する非膨張性布帛の形態の）可撓性材料、剛性材料、および／またはエラストマー材料で形成でき、その結果、スリーブ１６がソフトアクチュエータ本体１４を拘束し、かつソフトアクチュエータ本体１４が（例えば、内圧の上昇により）膨張したときにソフトアクチュエータ本体１４がスリーブ１６を押圧する。
【００１７】
ソフトアクチュエータ本体１４と拘束スリーブ１６の組み合わせは、以下の特徴のいずれかまたは全てを含むことができる。まず、スリーブ１６は、ソフトアクチュエータ本体１４の動作を変化させることができる。図６に示すように、スリーブ１６に取り囲まれるソフトアクチュエータ本体１４の任意の部分の変形を抑制することと、スリーブ１６における（図４５に示すような、例えば、スリット状または切り欠き状の）開口２２において変形を促進することにより、ソフトアクチュエータ本体１４の長さに沿った任意の場所に屈曲位置を移動させるために、単一のスリーブ１６を使用することができる。追加の実施形態では、図３、図４、および図７に示すように、屈曲位置を移動させ、アクチュエータの曲率半径を変化させて、関節のような屈曲を生じさせるために、２つのスリーブを離間して位置決めし配置することができる。加えて、図８〜図１４に示すように、スリーブ１６は、熱成形することができ、または締め付けクランプ２４’、（例えば、ケーブルタイを備えた）レース２４’’、ゴム帯２４’’’、ジップタイ２４’’’’、相互係止するフックとループ構造２４’’’’’（例えば、ＶＥＬＣＲＯ接着）、または縫製糸などの、固定機構２４で固定することができ、またはソフトアクチュエータ本体１４に巻き付け、熱溶着し、もしくは接着することができる。ソフトアクチュエータ１２が医療用途に使用される特定の実施形態では、ソフトアクチュエータ本体１４とスリーブ１６の両方を、シリコーンまたはパリレンポリマーなどの、生体適合性材料で形成または被覆することができる。追加の実施形態では、ソフトアクチュエータ１２に作製される「関節」の箇所および屈曲半径を変更するために、スリーブ１６を異なる長さに切断することができる。加えて、スリーブ１６は、再使用のためにソフトアクチュエータ本体１４を解放するためにソフトアクチュエータ本体１４から取り外し可能であるように設計することができる（例えば、スリーブ１６を、切り取り、滑落させ、解き、引き離し（詳細には、フックとループ構造を使用する場合）、加熱により除去することができる）。
【００１８】
更に多くの実施形態では、図１５〜図１７および図４６〜図４８に示すように、単一のソフトアクチュエータ本体１４における多数の軸線の周りに異なる曲率半径を有する多数の関節を作製するためにスリーブ１６を使用することができる。ソフトアクチュエータ本体１４は、必ずしも歪み抑制層を含まなくてもよい。代替的に、ソフトアクチュエータ本体は、直線状の延びるソフトアクチュエータまたは任意のエラストマー性袋体とすることができ、かつ開口２２の後ろのスリーブ材料の非切断帯は、図７３〜図８０に示すように、歪み抑制層５４の機能を果たすことができる。
【００１９】
スリーブ１６はまた、以下、すなわち、電子機器（例えば、慣性計測ユニットおよび機械式接点スイッチ）用の固定点として機能することと、ソフトセンサ２６および３０（例えば、フックとループ構造を相互係止させることにより固定され、互いに縫合され、互いに接着され得るなど）用の固定点として機能することと、剛性装置をソフトアクチュエータ本体１４に接続する（例えば、取付具３２、スクープ、レバー、ばね、または作動させる必要がある任意の機構により、アクチュエータ１２に連結する）ためのインターフェースとして機能することと、図２５〜図２７に示すように、（例えば、掴むときに位置合わせを容易にするために、工具３９を取り付けるために、または鉄系金属物体４０の迅速な収集に使用するために）磁石３８を一体化させるかまたは埋設することと、３Ｄ構造を作製するためにスリーブ１６を使用できる、図３０および図３１に示すように、多数のソフトアクチュエータ本体１４を並列に接続するかまたは直列に接続する（例えば、図２８、２９、および図３２〜図３４に示すように、Ｘ形関節、Ｔ形関節、およびＬ形関節または端部同士の関節としての役割を果たす）ことと、（例えば、図３５〜図３７に示すように、ブラシ４４、粘着性表面、凸凹表面４６により、ならびに、フックおよび／またはループ４８などの取付機構により）物体を把持する、捻る、摺動させる、または転動させるための様々なテクスチャのいずれかを提供することと、図３８および図３９に示すように、管およびワイヤ５２の引っ掛かりや絡まりを最小限に抑えるために周辺チャネル５０を通して管および配線５２を配索することと、を含む全ての一連の用途に対してインターフェース接続する媒体として機能することができる。
【００２０】
図８３〜図８５には、物体とインターフェース接続するための把持特徴部４９を含むスリーブ１６が示されており、スリーブ１６はまた、ソフトアクチュエータ本体１４を横切って更に延び、かつ他の実施形態に示すように、屈曲または他の形態の作動のための開口２２または他の特徴部を含む。
【００２１】
他の実施形態において、図４０および図４１に示すように、幅が狭くかつ歪み抑制層５４に沿って間隔を置いて配置される接続されたリング状のスリーブ１６セクションは、上で説明したように、アクチュエータ１２の湾曲動作を大幅に変更することなく、多くのインターフェース用途を達成することができる。
【００２２】
スリーブ１６は、図４６〜図４８、図７６および図７７に示すように、多数の軸線に沿った多数の屈曲位置を画定する、スリーブ１６に沿ってかつスリーブ１６の周囲に異なる長手方向位置および径方向位置に切り欠きまたはスリット２２を備えた単一片の材料で形成することができ、かつ、図３２〜図３４に示すように、複数のソフトアクチュエータ本体１４を接合するために使用できる（例えば、相互接続された多数のスリーブ端部を備えた）単一片の材料で形成することができる。
【００２３】
図４２〜図４４に示すように、スリーブ１６の一端部には、ソフトアクチュエータ本体１４に取り付けられかつ空気圧接続部６０を含む固定具５８が存在し、その空気圧接続部６０は、ポンプ１８と、ソフトアクチュエータ本体１４の壁により画定された室２０との間に流体連通をもたらす。（ａ）０ｍｍ、（ｂ）１５ｍｍ、および（ｃ）３０ｍｍのスリーブ間隔における２８Ａデュロメータ（２８Ａ  ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ）スリーブ付きの屈曲するソフトアクチュエータ１２の動作の範囲が、図４２〜図４４に比較のためにそれぞれ示されている。影画像５６は、異なる圧力で屈曲するアクチュエータ１２を示している。
【００２４】
スリーブ１６は、ソフトアクチュエータ本体１４の表面上の機械的特徴部（例えば、突起、ベローズ、ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）リブ、他の幾何学的係止特徴部など）によりソフトアクチュエータ本体１４の表面にしっかりと固定することができ、かつスリーブ１６は、繊維強化材を用いて形成することができる。スリーブ１６はまた、（図４９に示すような）集積電気配線６２、回路基板２８、加熱要素、冷却要素、温度センサ、配索チャネル５０、容量センサ、力センサ２６、歪みセンサ３０およびその他を有することができる。
【００２５】
特定の用途において、スリーブ１６は、図５０（ここでは、アクチュエータ１２は、例えば０．５〜２ｃｍの厚みを有し、例えば長さが３〜１５ｃｍであり得る）に示すように、ソフトアクチュエータ本体１４を人間（または他の動物）の身体部分６３、指など、または任意の他の関節のある身体部分に接続することができる。他の実施形態において、スリーブ１６は、ソフトアクチュエータ本体１４を衣類に接続することができる。
【００２６】
追加の実施形態では、図５２、図５３、図５５、図５５、および図５８〜図６０に示すように、ソフトアクチュエータ１２をマニピュレータ本体６４に組み付けることができ、ここでは、掴むべき物体６６の形状／寸法に（例えば、５％の範囲内で）一致するように、スリーブ１６を異なる長さに切断することができる。比較のために、スリーブのない湾曲するソフトアクチュエータ本体１４を備えたマニピュレータが図５１、図５４、および図５７に示されており、ここでは、湾曲したソフトアクチュエータ１２が、取り扱うべき物体６６の表面に密着していないことが分かる。図５４〜図５６の実施形態では、追加の下向きの力が、物体６６から延びるフック６７を介して物体６６に加えられる。提案されたスリーブ１６の使用は、角張った物体６６に一致する改善された形状と、向上した保持強度とを可能にする。これらの実施形態において、スリーブの長さは、図６１〜図６９に示すように、取り扱うべき物体６６の側面の長さに一致するように（例えば、転動、摺動、螺合／螺合解除などにより）調整／調節することができ、かつスリーブ１６は、剛性と可撓性とエラストマー性とを有する材料から構成するかまたはこれら材料と組み合わせることができる。例えば、スリーブ１６は、図７０および図７１に示すように、柔軟性のある関節部を作るために２つの剛性の構成要素５４を接合することができる。
【００２７】
図７０は、繊維強化積層体を備えた繊維強化アクチュエータ１２および繊維強化積層体のない繊維強化アクチュエータ１２の断面比較を示し、図７０（ａ）は、未加圧の繊維強化アクチュエータ１２の図示の断面図および実際の側面図を示し、図７０（ｂ）は、流体加圧に起因したアクチュエータ壁の膨張を示し（平坦面１５の外側への撓みに留意）、図７０（ｃ）は、繊維強化アクチュエータ１２上の繊維強化積層体の配置を示し、かつ図７０（ｄ）は、スリーブ１６が追加されたときのアクチュエータ１２の図示の断面図を示す。スリーブ１６と繊維強化積層体との組み合わせは、平坦面１５を補強しかつ視覚的に表れる撓みを排除または低減する。
【００２８】
図８６は、図７０の実施形態（ｃ）の設計に対する代替案を提示しており、ここでは、アクチュエータの部分を補強するために剛性要素５４をスリーブ１６と一体化させる代わりに、真空ジャミングポーチ８０がスリーブ１６に一体化される。本実施形態において、流体ライン６０は真空源に接続する。最初、大気圧においては遊離した粒子または積層層が真空ジャミングポーチ８０内に収容されている。しかしながら、これらのセクションが真空にさらされると、ポーチ壁が、内容物を包囲して、内容物の移動を抑え、より剛性の状態へのポーチ８０の相転移（すなわち、ジャミング）を生じさせる。この構成の有利な特徴は、真空圧力を調節することによりポーチ８０の剛性を調節する能力と、真空を解除することによりポーチ８０の初期の可撓状態に戻すことができる可逆性とを含む。
【００２９】
図８７は、開口２２におけるアクチュエータ１２の変形を能動的に制御するために、真空ジャミングポーチ８０が開口２２と反対側に配置される、スリーブ１６の構成を提示している。図８８は、ソフトアクチュエータ本体１４が加圧されるその概念の図を提示しているが、真空ジャミングポーチ８０’は真空下にあり、大気圧下にある外側ポーチ８０よりも硬くなるので、１つの開口２２（最も右側）におけるソフトアクチュエータ本体１４の一部が拘束される。
【００３０】
Ｃｏｒｎｅｌｌ  ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙおよびＥｍｐｉｒｅ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．により実証されているように、真空ジャミングはまた物体を把持する有効な手段を提供することも判明している（例えば、米国特許出願公開第２０１３０１０６１２７Ａ１号明細書を参照）。図８９に示すように、大気中において内圧で物体を拾い上げるために、真空ジャミンググリッパ（ｖａｃｕｕｍ  ｊａｍｍｉｎｇ  ｇｒｉｐｐｅｒ）８２は、物体の上部に配置され、かつ物体に適合する。グリッパ８２を硬化させるために真空が適用され、挟持による摩擦、取り込みおよび真空吸引により把持力を発生させる。更に、グリッパ８２内に空気を注入して真空を解除することにより物体を解放することができる。図８９は、目下の作業に応じて、この把持性能を任意にアクチュエータ１２に追加するかまたはアクチュエータ１２から除去することができるように、真空ジャミンググリッパ８２をスリーブ１６と一体化させることができる概念を提示している。
【００３１】
図７１は、ソフトアクチュエータ本体１４の平坦表面１５上に０．８ｍｍの厚さの繊維強化積層体を備えかつスリーブ１６における開口２２を横切る（ａ）０ｍｍ、（ｂ）１５ｍｍ、および（ｃ）３０ｍｍの間隔を有する２８Ａデュロメータの屈曲するソフトアクチュエータ１２の動作の範囲を図示している。局所的な延出を許容する延在セグメント７０を備えたソフトアクチュエータ１２が、図７２および図７３に示されている。本実施形態では、実質的に非弾性の外側スリーブ１６’’のセクション間の間隙と、ソフトアクチュエータ本体１４を覆う膨張可能な内側スリーブ１６’とにより延出を容易にする。外側スリーブ１６’’が除去された（間隙をもたらす）場所では、露出した内側スリーブ１６’が径方向に膨張して、ソフトアクチュエータ１２に対して流入および流出する流体流れに接触することができる。屈曲関節では、これらの箇所でのソフトアクチュエータ１２の屈曲を容易にするために、スリーブ１６’および１６’’を完全に切断せずにスリーブ１６’と１６’’の両方に開口２２を作ることができる。更に、（数例を挙げると、屈曲、延出、収縮、捻り延出、および捻り屈曲などの）２つ以上のタイプの動作をもたらすアクチュエータ１２については、これらの動作をロックまたはアンロックする手段としてスリーブ１６を使用することができる。
【００３２】
図７４〜図７６に示すように、スリーブ１６は、屈曲／枢動箇所の各々に連続した長さのスリーブ材料を提供するために開口２２の後ろに非切断部６９を含む。図７７には、異なる向きの複数の軸線の周囲でアクチュエータの屈曲を生じさせるように構成された複数の開口（スリット）２２を備えたスリーブ１６内に収容された直線状に延びるソフトアクチュエータ本体１４が示されており、かつ図７８には、共通の向きと一定の間隔とを共有する複数の開口２２を備えたスリーブ１６により屈曲するアクチュエータに変換された直線状に延びるソフトアクチュエータ本体１４が示されている。
【００３３】
各アクチュエータ１２が、ソフトアクチュエータ本体１４の直線作動を屈曲／湾曲動作に変換するための複数の開口２２を有するスリーブ１６内に収容された直線状に延びるソフトアクチュエータ本体１４を含む、湾曲するソフトアクチュエータ１２を各指に含むパワーグリップグローブ（ｐｏｗｅｒ  ｇｒｉｐ  ｇｌｏｖｅ）７２が、図７９および図８０に示されている。装着者の関節の箇所に一致するように開口２２の位置をカスタマイズすることができる。ソフトアクチュエータ本体１４の弾性は、例えば、アクチュエータ１２が接触する屈曲する指との接触を（滑らすことなく）維持するために、アクチュエータ１２が関節において延びることを可能にする。他の実施形態では、アクチュエータ１２を別のタイプの着用可能な衣服に組み込むことができ、ここでは、アクチュエータ１２を、他の関節に沿って構成し、かつ必要に応じて、より大きな力またはより小さな力を生じさせるように設計することができる。また、ポンプ１８を制御し、それによりアクチュエータ１２の作動を制御するために、制御電子機器を衣服に組み込むことができる。
【００３４】
いくつかの用途では、長期間の再使用のためにポンプ１８が保持される一方で、アクチュエータ１２を使い捨て可能として（例えば、１カ月間の使用後など、一定期間の使用後に廃棄して）取り替えることができる。
【００３５】
他の実施形態において、ソフトアクチュエータ１２は、人間または他の生物の身体部分にソフトアクチュエータ１２を接続することなく（例えば、ロボットハンドを作製するために）単独で使用することができる。例えば、複数のアクチュエータ１２は、人間が立ち入れない環境（例えば、海底２００メートル以上の深さなどの、かなりの深度）において物体を拾い上げて取り扱うことができる掴み器を形成するために、ハブから延びることができる。
【００３６】
特定の実施形態では、ソフトアクチュエータ本体１４を、図８１に示すようにリールで提供し、所望の長さに切断することができる。本実施形態を使用して、リールから所望の長さのソフトアクチュエータ本体１４を切断し、次いで、図８２に示すようにソフトアクチュエータ本体１４の端部にキャップを被せることにより、ソフトアクチュエータ１２を迅速に組み立てることができる。図８２に図示する端部キャップ６８の少なくとも一方は、アクチュエータ本体１４の作動のための動力を供給するためにソフトアクチュエータ本体１４内への流体の圧送を可能にするための、端部キャップ６８を貫通する組み込み式の空気圧または油圧接続部であって（流体源に連結された空気圧または油圧ポンプ１８が接続される）空気圧または油圧接続部を含み、かつ所望通りにアクチュエータ、１２の屈曲または湾曲を可能にするための開口２２を備えたスリーブ１６をソフトアクチュエータ本体１４に外嵌することができる。
【００３７】
追加の実施形態において、スリーブ１６は、異なる軸線に沿った異なる特性（例えば、異なる歪み特性）をアクチュエータ１２に付与するために異方性材料で形成することができる。加えて、スリーブ１６は、後にスリーブ１６をエポキシまたはポリウレタンで被覆することにより剛性化できる織布材料で形成することができる。更にまた、スリーブ１６は、複数の空気室を収容する一体型ソフトアクチュエータ本体１４に適用することができる。更に多くの実施形態において、スリーブ１６は、本開示のソフトアクチュエータ１２により機械的に補助できる、動作を生じさせるために筋肉を動かす人間の活動に付随して生じる信号（例えば、電気信号、筋活動）を検出するように構成された電子センサ（例えば、筋電図（ＥＭＧ））を含むことができる。
【００３８】
本発明の実施形態を説明する際に、明確にするために特定の専門用語が使用される。説明の目的で、特定の用語は、同様の結果を実現するために同じように動作する技術的および機能的等価物を少なくとも含むように意図されている。加えて、本発明の特定の実施形態が複数のシステム要素または方法ステップを含むいくつかの例では、それらの要素またはステップを単一の要素またはステップに置き換えてもよく、同様に、単一の要素またはステップを同じ目的を果たす複数の要素またはステップに置き換えてもよい。更に、本発明の実施形態に関して種々の特性に関するパラメータまたは他の値が本明細書に規定されている場合、別段の規定がない限り、それらのパラメータまたは値を、１００分の１、５０分の１、２０分の１、１０分の１、５分の１、３分の１、２分の１、３分の２、４分の３、５分の４、１０分の９、２０分の１９、５０分の４９、１００分の９９などだけ上方もしくは下方に（または１、２、３、４、５、６、８、１０、２０、５０、１００倍などだけ上方に）、または四捨五入したそれらの近似値により調整することができる。その上、本発明についてその特定の実施形態を参照して示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、形態と細部における種々の置換および変更を施してもよいことを理解するであろう。更にまた、他の態様、機能、および利点も本発明の範囲内にあり、かつ、本発明の全ての実施形態は、必ずしも上で説明した利点の全てを達成する必要はないし、上で説明した特徴の全てを有する必要もない。加えて、ステップ、要素および特徴を、他の実施形態との関連で同様に使用することができる。本文の全体を通じて引用された参考文献のテキスト、雑誌論文、特許、特許出願などを含む参考文献の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、これらの参考文献からの適切な構成要素、ステップ、および特徴は、本発明の実施形態に含まれても、含まれなくてもよい。また更に、「背景技術」の項で特定された構成要素およびステップは、本開示に不可欠なものであり、本発明の範囲内における本開示の別の箇所で説明された構成要素およびステップとの関連でまたはそれらの代わりに使用することができる。方法請求項において、段階が特定の順序で列挙される場合には（参照を容易にするために加えられた順序付け先頭文字の有無にかかわらず）、それら段階は、用語および語句により別段の規定または暗示がない限り、列挙される順序に時間的に限定されるものと解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８−３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４８】
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【図５８】
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【図６０】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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