(57)【要約】可撓性を有するが伸張性を有しない埋め込みシートまたは繊維構造１４９（例えば紙や布）を有するエラストマー１３０からなる複合材をベースとする空気圧式ソフトアクチュエータについて説明する。空気圧による膨張の際、これらのアクチュエータは、複合体構造により可能となる動作に基づいて異方的に動く。これらのアクチュエータは安価で、製造が容易で、軽量で、容易に駆動する。この種の構造は多用途である。同じ設計原理により、加圧に応答して種々の動作（屈曲、伸張、収縮、捻れなど）を行うアクチュエータが得られる。紙は、エラストマーに異方性を導入するために用いる場合には、折り紙の原理に従って折り畳んで容易に三次元構造をとらせることができる。これらの折り畳み構造は、軽量を維持しつつエラストマーアクチュエータの剛性と異方性を増加させる。
2015509578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧チャンバを画定し、加圧可能な流体を包含するように構成された可撓性ポリマー、
前記可撓性ポリマーの少なくとも一部に埋め込まれた織布シートまたは不織布シート、ここで前記可撓性ポリマーは、前記布シートの形状に少なくとも部分的に適合するものであり、前記布シートは、折り畳まれたときに前記可撓性ポリマーに複数の折り畳み部を設けるように構成された複数の折り目であって、前記空気圧チャンバの加圧時に展開可能に構成された複数の折り目を含むものであり、
前記空気圧チャンバに接続され、前記加圧可能な流体を受ける入口
を備えた複合材アクチュエータ。
【請求項２】
前記空気圧チャンバを画定する可撓性ポリマーは、上端キャップと下端キャップとを有する円筒体を含む、
請求項１に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項３】
前記可撓性ポリマーの複数の折り畳み部のうちの少なくとも２つを連結し、前記可撓性ポリマーの展開時に前記複合材アクチュエータの動作を制御する接着部材を備えた、
請求項１または２に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項４】
前記接着部材は、前記複合材アクチュエータの面に沿って前記複数の折り畳み部のほぼすべてを連結する、
請求項３に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項５】
前記接着部材は、前記複合材アクチュエータの面に沿って前記複数の折り畳み部の一部を連結する、
請求項３に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項６】
前記接着部材は非伸張性の帯体である、
請求項３から５のいずれか１項に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項７】
前記接着部材は接着剤である、
請求項３から５のいずれか１項に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項８】
前記アクチュエータを折り畳み状態に戻すように配置されたばねを備えた、
請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項９】
前記ばねは、前記複合材アクチュエータの２つの隔離した折り畳み部に架かる伸張性ポリマー片であり、
前記伸張性ポリマー片は、該伸張性ポリマー片が展開しているときは膨張しており、該伸張性ポリマー片が折り畳まれているときには静止している、
請求項８に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材アクチュエータを準備する工程、
静止圧より大きい圧力で前記複合材アクチュエータを加圧して、前記可撓性ポリマーの１つまたは複数の折り畳み部を展開することにより該複合材アクチュエータを駆動する工程
を含む駆動方法。
【請求項１１】
前記駆動は、前記複合材アクチュエータの線形伸張を含む、
請求項１０に記載の駆動方法。
【請求項１２】
前記線形伸張を用いて物体を押しつけ、または持ち上げる、
請求項１１に記載の駆動方法。
【請求項１３】
前記複合材アクチュエータの折り曲げ部を該複合材アクチュエータの面に沿って連結し、
前記駆動は、前記複合材アクチュエータの屈曲を含む、
請求項１０に記載の駆動方法。
【請求項１４】
複合材アクチュエータであって、
空気圧チャンバを画定し、加圧可能な流体を包含するように構成された伸張性ポリマー、
前記伸張性ポリマーの少なくとも一部に埋め込まれた織布シートまたは不織布シート、ここで前記布シートは、前記複合材アクチュエータの中心軸周りに分布した複数のスリットを含むものであり、前記空気圧チャンバは、該空気圧チャンバの加圧時に、放射状に膨張して前記複合材アクチュエータを動かすように構成されており、
前記空気圧チャンバに接続され、前記加圧可能な流体を受ける入口
を備えた複合材アクチュエータ。
【請求項１５】
前記複数のスリットは、前記複合材アクチュエータの軸方向長さのほぼ全体に及んでいる、
請求項１４に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項１６】
前記複数のスリットは、前記複合材アクチュエータの軸方向の長さの９９％から６０％の部分に及んでいる、
請求項１４に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項１７】
前記空気圧チャンバは、上端キャップと下端キャップとを有する円筒部を含む、
請求項１４から１６のいずれか１項に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項１８】
前記布シートは、前記複数のスリットの上縁部を連結する上側バンドと、前記複数のスリットの下縁部を連結する下側バンドとを有し、
前記アクチュエータは、前記空気圧チャンバの加圧時に軸方向に沿って収縮するように構成された、
請求項１４から１７のいずれか１項に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項１９】
前記シートは紙を含む、
請求項１から９、１４から１８のいずれか１項に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項２０】
請求項１４から１９のいずれか１項に記載の複合材アクチュエータを準備する工程、
静止圧より大きい圧力で前記複合材アクチュエータを加圧して、該複合材アクチュエータを放射状に膨張させることにより該複合材アクチュエータを駆動する工程
を含む駆動方法。
【請求項２１】
前記複合材アクチュエータは、前記空気圧チャンバの加圧時に軸方向に沿って収縮する、
請求項２０に記載の駆動方法。
【請求項２２】
複合材アクチュエータであって、
空気圧チャンバを画定し、加圧可能な流体を包含するように構成された伸張性ポリマー、
前記伸張性ポリマーの少なくとも一部に埋め込まれた第１の織布シートまたは不織布シート、ここで前記第１の布シートは、前記伸張性ポリマーが駆動時に変形して所定の形状をとり、これにより前記複合材アクチュエータが動くように構成されており、
前記空気圧チャンバに接続され、前記複合材アクチュエータを駆動するために前記加圧可能な流体を受ける入口
を備えた複合材アクチュエータ。
【請求項２３】
前記第１の布シートは、前記伸張性ポリマーに蛇腹構造を与えるように構成された複数の折り目を含む、
請求項２２に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項２４】
前記複数の折り目は、前記布シートにわたって一様に設けられた、
請求項２２または２３に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項２５】
前記第１の布シートは、前記空気圧チャンバの中心軸周りに螺旋状に巻かれた帯体である、
請求項２２に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項２６】
前記伸張性ポリマーに埋め込まれた第２の布シートを備え、
前記第１のシートは、前記伸張性ポリマーの軸方向に沿って前記第２のシートから横方向に位置ずれてしており、
前記第１のシートと第２のシートは、少なくとも２つの位置で前記伸張性ポリマーの動作を規制して、前記空気圧チャンバの加圧時に２つの異なる方向に屈曲動作するように構成された、
請求項２２に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項２７】
前記第１のシートと第２のシートは、二次元平面で前記伸張性ポリマーの動作を規制する、
請求項２６に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項２８】
第３の布シートを備え、
前記第１のシート、第２のシートおよび第３のシートは、互いに横方向に位置ずれしている、
請求項２６に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項２９】
前記第１のシートと第２のシートとの間には、横方向に重なりがない、
請求項２６に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項３０】
前記第１のシートの一部は、前記第２のシートの一部と横方向で一部重なり合う、
請求項２６に記載の複合材アクチュエータ。
【請求項３１】
織布シートまたは不織布シートに事前に圧力を加え（折り畳んで）、複数の折り目を導入して膨張、収縮可能な複数の蛇腹を設ける工程、
事前に圧力を加えられたシートを平坦化すると共に該シートにエラストマー前駆体を注入する工程、
前記注入されたシートを折り畳んで、前記膨張、収縮可能な複数の蛇腹を有するアクチュエータを形成する工程、
エラストマー前駆体を硬化させ、静止状態にある複数の蛇腹を含むアクチュエータを得る工程
を含む複合材アクチュエータを製造する方法。
【請求項３２】
空気圧チャンバを画定する光透過性の可撓性ポリマー、ここで該チャンバ内には光源が格納され、
前記可撓性ポリマーに埋め込まれた織布シートまたは不織布シート、ここで前記布シートは、前記可撓性ポリマーの軸方向に沿って配置された複数のスリットを含むものであり、前記布シートは、前記空気圧チャンバの加圧時に、前記可撓性ポリマーに所定の変形を与え、これにより前記可撓性ポリマーを動かすように構成されており、
前記空気圧チャンバに接続され、加圧可能な流体を受ける入口
を備えた作動可能なランタン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０１２年２月２８日に出願され、Martinezに付与された"PROGRAMMABLE PAPER-ELASTOMER COMPOSITES AS PNEUMATIC ACTUATORS"と題する米国仮特許出願第６１／６０４，２７２号の優先日の利益を主張する。この仮特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（参照による組み込み）
本明細書内で引用される全ての特許、特許出願および公開は、本明細書で説明される本発明の時点で当業者に既知の技術水準をより完全に説明するために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００３】
（連邦政府の支援による研究開発に関する記述）
本発明は、米国国防総省により授与された認可番号Ｗ９１１ＮＦ−１１−１−００９４，Ｗ９１１ＮＦ−０９−１−０４７６と、全米科学財団により授与された認可番号ＰＨＹ−０６４６０９４，ＤＭＲ−０８２０４８４と、米国エネルギー省により授与された認可番号ＤＥ−ＦＧ０２−００ＥＲ４５８５２の下に、米国政府の支援によりなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００４】
ロボティック開発の大部分が、力を加えるため、人に優しくない(human-unfriendly)あるいは束縛された環境で動作するため、さらに高速で動作するために耐久性を目的とした構造を重要視したものとなっている。ハードロボットの構造の多くは、ほ乳類の体制（またはそれらの一部）に由来する構造をベースとしている。一般にそれらの骨格は剛性が高く、電気モータ（または、ときに水圧もしくは空気圧システム）により駆動する。いわゆる「ハード」ロボット（一般に金属からなる剛体構造要素、従来の機械的な継手軸受およびアクチュエータをベースとするロボット）が、制御環境（例えば製造における）において動作するように高度に発展している。しかし、それらは重量であり、さらに、非構造化環境、不安定環境、または流体環境（例えばゆるい砂利(loose gravel)、砂または泥）に充分に適合していない。細心の注意を要する仕事（例えば手術）を行うのに使用されるロボットは、動作に柔軟性がある可能性があるが、非常に特殊化されている。飛行ロボット（例えば自律型無人飛行機）は高度に発展しているが、起伏の多い地形の変化を扱う必要がない。
【０００５】
「ソフト」ロボット（可撓性構造要素またはエラストマー構造要素を用いて製造したロボット）が、ハードロボティクスが直面する課題を克服するための有用なアプローチを与える可能性がある。ソフトロボットは重心を低く設計できる。また、ソフトロボットは、地面の上で、あるいは相互作用する物体に対して、圧力を均一に分散させることができる。ソフトロボットは、多くの場合に駆動の非線形応答性が高いことを利用して、ハードロボットや従来のコントローラを用いては達成するのが非常に困難であろう種々の動作や仕事（例えば柔らかい物体をつかむこと）を、比較的に簡単に達成できる。
【０００６】
空気圧式ソフトロボット（例えばエラストマー材料に埋め込まれたマイクロ空気圧式アクチュエータにより駆動されるもの）により、ソフトロボット・ソフトマシーン群への充分に活用されていない入口を提供される。空気圧式駆動が充分に有用であるためには、以下の３つの条件を満たすべきである。
ｉ）方向と力の点で柔軟に制御可能であるべきである。
ｉｉ）非線形性の利点を活かして、線形アクチュエータでは困難な機能の達成を単純化するべきである。
ｉｉｉ）製造にとって実用的で、安価で、機能的な設計に容易に組み込まれるべきである。
【０００７】
筋肉（自然界ではありふれた構造である）は、物質科学、ロボティクスまたはアクチュエーション(actuation)において現実的な同等のものが依然として存在しない。ただし、幾つかの筋肉様特性を有する電磁アクチュエータや他の有用な構造（例えば「エアマッスル」(air muscle)）の例が存在する。ソフトロボティクス用の新しいタイプのコンポーネントとして、筋肉様構造を利用した幾つかのアプローチが開発されているが、広く利用され、または展開されているものは少ない。
【０００８】
生物学に影響を受けた多くのソフトロボットは、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）アクチュエータを用いて構築されている。例えば、Nieらは、イオン導電性ポリマーフィルム（ＩＣＰＦ）により駆動する脚を用いて、水中をはって泳ぐことができる亀のような可撓性マイクロロボットを開発した(SPIE 2007, 6423, 64232A)。信号を制御する、ＥＡＰをベースとするシステムの応答は、それらの可撓性構造が動作するためにイオンの拡散が必要となるので、通常は（それらが非常に小さくない限り）ゆっくりである。
【０００９】
本質的に異方性を持つ構造（例えば液晶）であるか、加工されて（例えば応力配向(stress orientation)により）異方性を生じるものでない限り、通常、有機高分子は応力への応答がほぼ等方的であり、従って駆動時に可能となる動作範囲が制限される。制御が容易で、安価で、ソフトアクチュエーション用途とソフトロボティック用途に適合する新規な材料と構造は、この機能的材料領域の可能性を広げることになる。エラストマー系ポリマーは、ソフトロボティクスにとって重要な材料になるであろう。
【発明の概要】
【００１０】
この開示は、制御された異方性をエラストマーに導入するソフトロボティクスについて説明しており、従って、それらの応力（特に空気圧式駆動で圧力により生じる応力）への応答性を調整できる。加圧により生じうる、ある範囲の動作（伸張、収縮、捻れ、屈曲など）を可能にするソフトロボティクスを提供する。
【００１１】
エラストマーと埋め込み可撓性シート（特に紙、ただし、他の種々のシートや繊維材料であってもよい）を含む複合構造の製造方法について説明する。
【００１２】
一態様では、複合材アクチュエータを提供する。
前記複合材アクチュエータは、空気圧チャンバを画定し、加圧可能な(pressurizable)流体を包含するように構成された可撓性ポリマー、前記可撓性ポリマーの少なくとも一部に埋め込まれた織布シートまたは不織布シートを備える。前記可撓性ポリマーは、前記布シートの形状に少なくとも部分的に適合するものであり、前記布シートは、折り畳まれたときに前記可撓性ポリマーに複数の折り畳み部(fold)を設けるように構成された複数の折り目であって、前記空気圧チャンバの加圧時に展開可能に構成された複数の折り目を含む。さらに、前記複合材アクチュエータは、前記空気圧チャンバに接続され、前記加圧可能な流体を受ける入口を備える。
【００１３】
１つまたは複数の実施形態で、前記空気圧チャンバを画定する可撓性ポリマーは、上端キャップと下端キャップとを有する円筒体を含む。
【００１４】
開示した実施形態のいずれかで、前記複合材アクチュエータは、前記可撓性ポリマーの複数の折り畳み部のうちの少なくとも２つを連結し、前記可撓性ポリマーの展開時に前記複合材アクチュエータの動作を制御する接着部材を備える。
【００１５】
開示した実施形態のいずれかで、前記接着部材は、前記複合材アクチュエータの面に沿って前記複数の折り畳み部のほぼすべてを連結する。
【００１６】
開示した実施形態のいずれかで、前記接着部材は、前記複合材アクチュエータの面に沿って前記複数の折り畳み部の一部を連結する。
【００１７】
開示した実施形態のいずれかで、前記接着部材は非伸張性の帯体である。
【００１８】
開示した実施形態のいずれかで、前記接着部材は接着剤である。
【００１９】
開示した実施形態のいずれかで、前記複合材アクチュエータは、前記アクチュエータを折り畳み状態に戻すように配置されたばねを備える。
【００２０】
開示した実施形態のいずれかで、前記ばねは、前記複合材アクチュエータの２つの隔離した折り畳み部に架かる伸張性ポリマー片であり、前記伸張性ポリマー片は、該伸張性ポリマー片が展開しているときは膨張しており、該伸張性ポリマー片が折り畳まれているときには静止している。
【００２１】
一態様では、駆動方法を提供する。前記方法は、複合材アクチュエータを準備する工程、静止圧より大きい圧力で前記複合材アクチュエータを加圧して、前記可撓性ポリマーの１つまたは複数の折り畳み部を展開することにより該複合材アクチュエータを駆動する工程を含む。
【００２２】
１つまたは複数の実施形態で、前記駆動は、前記複合材アクチュエータの線形伸張を含む。
【００２３】
開示した実施形態のいずれかで、前記線形伸張を用いて物体を押しつけ、または持ち上げる。
【００２４】
開示した実施形態のいずれかで、前記複合材アクチュエータの折り曲げ部を該複合材アクチュエータの面に沿って連結し、前記駆動は、前記複合材アクチュエータの屈曲を含む。
【００２５】
一態様では、複合材アクチュエータを提供する。前記複合材アクチュエータは、空気圧チャンバを画定し、加圧可能な流体を包含するように構成された伸張性ポリマー、前記伸張性ポリマーの少なくとも一部に埋め込まれた織布シートまたは不織布シートを備えてもよい。前記布シートは、前記複合材アクチュエータの中心軸周りに分布した複数のスリットを含むものであり、前記空気圧チャンバは、該空気圧チャンバの加圧時に、放射状に膨張して前記複合材アクチュエータを動かすように構成されている。さらに、前記複合材アクチュエータは、前記空気圧チャンバに接続され、前記加圧可能な流体を受ける入口を備えてもよい。
【００２６】
開示した実施形態のいずれかで、前記複数のスリットは、前記複合材アクチュエータの軸方向長さのほぼ全体に及んでいる。
【００２７】
開示した実施形態のいずれかで、前記複数のスリットは、前記複合材アクチュエータの軸方向の長さの９９％から６０％の部分に及んでいる。
【００２８】
開示した実施形態のいずれかで、前記空気圧チャンバは、上端キャップと下端キャップとを有する円筒部を含む。
【００２９】
開示した実施形態のいずれかで、前記布シートは、前記複数のスリットの上縁部を連結する上側バンドと、前記複数のスリットの下縁部を連結する下側バンドとを有し、前記アクチュエータは、前記空気圧チャンバの加圧時に軸方向に沿って収縮するように構成されている。
【００３０】
開示した実施形態のいずれかで、前記布のシートは紙を含む。
【００３１】
一態様では、作動方法を提供する。前記方法は、複合材アクチュエータを準備する工程、静止圧より大きい圧力で前記複合材アクチュエータを加圧して、該複合材アクチュエータを放射状に膨張させることにより該複合材アクチュエータを駆動する工程を含む。
【００３２】
開示した実施形態のいずれかで、前記複合材アクチュエータは、前記空気圧チャンバの加圧時に軸方向に沿って収縮する。
【００３３】
一態様では、複合材アクチュエータを提供する。前記複合材アクチュエータは、空気圧チャンバを画定し、加圧可能な流体を包含するように構成された伸張性ポリマー、前記伸張性ポリマーの少なくとも一部に埋め込まれた第１の織布シートまたは不織布シートを備える。前記第１の布シートは、前記伸張性ポリマーが駆動時に変形して所定の形状をとり、これにより前記複合材アクチュエータが動くように構成されている。さらに、前記複合材アクチュエータは、前記空気圧チャンバに接続され、前記複合材アクチュエータを駆動するために前記加圧可能な流体を受ける入口を備える。
【００３４】
開示した実施形態のいずれかで、前記第１の布シートは、前記伸張性ポリマーに蛇腹構造を与えるように構成された複数の折り目を含む。
【００３５】
開示した実施形態のいずれかで、前記複数の折り目は、前記布シートにわたって一様に設けられている。
【００３６】
開示した実施形態のいずれかで、前記第１の布シートは、前記空気圧チャンバの中心軸周りに螺旋状に巻かれた帯体である。
【００３７】
開示した実施形態のいずれかで、前記複合材アクチュエータは、前記伸張性ポリマーに埋め込まれた第２の布シートを備え、前記第１のシートは、前記伸張性ポリマーの軸方向に沿って前記第２のシートから横方向に位置ずれてしており、前記第１のシートと第２のシートは、少なくとも２つの位置で前記伸張性ポリマーの動作を規制して、前記空気圧チャンバの加圧時に２つの異なる方向に屈曲動作するように構成されている。
【００３８】
開示した実施形態のいずれかで、前記第１のシートと第２のシートは、二次元平面で前記伸張性ポリマーの動作を規制する。
【００３９】
開示した実施形態のいずれかで、前記複合材アクチュエータは、第３の布シートを備え、前記第１のシート、第２のシートおよび第３のシートは、互いに横方向に位置ずれしている。
【００４０】
開示した実施形態のいずれかで、前記第１のシートと第２のシートとの間には、横方向に重なりがない。
【００４１】
開示した実施形態のいずれかで、前記第１のシートの一部は、前記第２のシートの一部と横方向で一部重なり合う。
【００４２】
一態様では、複合材アクチュエータを製造する方法を提供する。前記方法は、織布シートまたは不織布シートに事前に圧力を加え(pre-stress)（折り畳んで）、複数の折り目を導入して膨張、収縮可能な複数の蛇腹を設ける工程、事前に圧力を加えられたシートを平坦化すると共に該シートにエラストマー前駆体を注入する工程、前記注入されたシートを折り畳んで、前記膨張、収縮可能な複数の蛇腹を有するアクチュエータを形成する工程を含む。さらに、前記方法は、エラストマー前駆体を硬化させ、静止状態にある複数の蛇腹を含むアクチュエータを得る工程を含む。
【００４３】
一態様では、作動可能な(actuatable)ランタンを提供する。前記作動可能なランタンは、空気圧チャンバを画定する光透過性の可撓性ポリマー（該チャンバ内には光源が格納され）、前記可撓性ポリマーに埋め込まれた織布シートまたは不織布シート（前記布シートは、前記可撓性ポリマーの軸方向に沿って配置された複数のスリットを含むものであり、前記布シートは、前記空気圧チャンバの加圧時に、前記可撓性ポリマーに所定の変形を与え、これにより前記可撓性ポリマーを動かすように構成されており）、前記空気圧チャンバに接続され、加圧可能な流体を受ける入口を備える。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】１つまたは複数の実施形態に係る空気圧式ソフトアクチュエータの製造を説明する概略図である。
【図２】大気圧（１，０１３．２５ｍｂａｒ＝１ａｔｍ）より１００ｍｂａｒ高い圧力下での、（Ａ）均質なエラストマー母材内での空気圧チャネルの駆動と、（Ｂ）紙−エラストマー複合材内での空気圧チャネルの駆動との比較である。
【図３】１つまたは複数の実施形態に係る、単一の空気圧チャネルを共有する多段屈曲式アクチュエータからなる収縮式アクチュエータであり、（Ａ）の設計図は空気圧チャネルと紙のレイアウトを示し、（Ｂ）は屈曲式アクチュエータの静止状態（Ｐａｔｍ）を示し、（Ｃ），（Ｄ）はデバイスの２つの異なる駆動状態（Ｐ１とＰ２）を示し、Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ大気圧より７０ｍｂａｒ高い圧力、大気圧より２２０ｍｂａｒ高い圧力である。矢印は、駆動用の圧縮空気を供給するために使用されるポリエチレンチューブを指す。
【図４】１つまたは複数の実施形態に係る、円筒状の空気圧チャネル（図５から図７を参照）の周りに巻かれた、長手方向にパターン化された紙片からなる収縮式アクチュエータを製造するために使用される、二次元パターン化された紙である。
【図５】１つまたは複数の実施形態に係る収縮式アクチュエータの製造プロセスの概略図であり、まず（Ａ）では、図４に示すパターンを有する紙を円筒体内に配置し、かつ円筒状の型内に挿入し、次に（Ｂ）では、混合前のエラストマーを型内に注ぎ、パターン化紙を埋め込んだ状態で硬化させ、（Ｃ）では、エラストマーに埋め込まれた円形の２片の紙に対し頂部と底部を封止することにより、空気圧チャンバを完成させる。
【図６】１つまたは複数の実施形態に係る紙／エラストマー収縮式アクチュエータの加圧時の時系列応答であり、（Ａ）は大気圧（Ｐａｔｍ）下でのデバイスの静止状態を示し、（Ｂ），（Ｃ）はデバイスの２つの異なる駆動状態（Ｐ１とＰ２）を示し、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ、大気圧より８０ｍｂａｒ高い圧力、大気圧より２００ｍｂａｒ高い圧力である。
【図７】加圧／減圧を５０サイクル実施した後の、収縮係数ε（式１で定義する）の圧力依存性を示すグラフであり、エラーバーは図６のアクチュエータについて平均値からの標準偏差を示す。
【図８】１つまたは複数の実施形態に係る折り紙ソフトアクチュエータを製造するために使用される可撓性シート（例えば紙）の折り畳み図を示す。
【図９】（Ａ）は、図８で説明した折り目に沿って紙を折り畳むことにより得られる、１つまたは複数の実施形態に係る折り紙構造の側面図を示しており、（Ｂ）は（Ａ）に示す紙構造の上面図を示す。
【図１０】１つまたは複数の実施形態に係る、円筒状の空気圧チャネルの周りで紙が折り畳まれて蛇腹様パターンをとる伸張式アクチュエータを製造するプロセスを示す概略図であり、まず（Ａ）では、図９Ａと図９Ｂに示すパターンを有する紙を円筒状の型内に挿入し、次に（Ｂ）では、エラストマーのプレミクスチャを型内に注ぎ、パターン化した紙が埋め込まれた状態で硬化させ、次に（Ｃ）では、頂部と底部を封止することにより空気圧チャネルを完成させる。
【図１１】図１２のアクチュエータに対して加圧／減圧を５０サイクル実施した後の（静止状態での元の長さに対する）伸張係数εの圧力依存性を示すグラフである。
【図１２】１つまたは複数の実施形態に係るソフトペーパ／エコフレックスエクステンサ(extensor)の駆動を示しており、（Ａ）はデバイスの静止を示す側面図であり、（Ｂ），（Ｃ）は大気圧（Ｐａｔｍ）下でのデバイスの側面図であり、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ大気圧より５０ｍｂａｒ高い圧力、大気圧より１７０ｍｂａｒ高い圧力である。
【図１３】１つまたは複数の実施形態に係る、アクチュエータの頂部と底部とを連結するエコフレックス片の弾性回復によりヒステリシスが補償された折り紙アクチュエータを示しており、（Ａ）は、頂部キャップを有しない折り紙構造の上面図であり、エコフレックス片は更なるエコフレックスでアクチュエータの頂部キャップと底部キャップに接着され、（Ｂ）は、静止状態での長さに対するアクチュエータの伸張係数εの圧力依存性を示すグラフである。
【図１４】（Ａ）から（Ｃ）は、１つまたは複数の実施形態に係る折り紙伸張式アクチュエータが標準的な重さである１ｋｇを持ち上げる様子を示す。
【図１５】図１２Ａの伸張式アクチュエータの折り畳み部を接着することにより製造される、偏向した(biased)蛇腹アクチュエータを示しており、（Ａ）は、静止状態での紙の三次元蛇腹様パターンを示し、さらに接着された折り畳み部を示す、１つまたは複数の実施形態に係るアクチュエータの側面図であり、（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）はそれぞれ、大気圧よりＰ１＝６０ｍｂａｒ、Ｐ２＝１２５ｍｂａｒ、Ｐ３＝１７５ｍｂａｒ、Ｐ４＝２５０ｍｂａｒ高い圧力でのデバイスの駆動状態を示し、（Ｆ）は図１５Ａのアクチュエータに対して加圧／減圧を５０サイクル実施した後の、角度θの圧力依存性を示すグラフであり、標準偏差（エラーバー）は、サイクルの数によってθが殆ど変化しないことを示している。
【図１６】１つまたは複数の実施形態に係る、偏向した折り紙伸張式アクチュエータであって線形伸張と屈曲を結びつけるものを示しており、（Ａ）は静止状態を示し、さらに接着された折り畳み部を示し、（Ｂ）は駆動状態を示す。
【図１７】１つまたは複数の実施形態に係る、偏向した折り紙伸張式アクチュエータであって２つの屈曲モードを有するものを示しており、（Ａ）は静止状態を示し、さらに接着された折り畳み部の位置を示し、（Ｂ）は駆動状態である。
【図１８】１つまたは複数の実施形態に係る、偏向した折り紙伸張式アクチュエータを示しており、連続的駆動の概念を表している。（Ａ）は静止状態を示しており、束縛された折り畳み部が明らかに視認される。（Ｂ）では、ソフトアクチュエータが加圧の初期に直線的に伸張し、次に（Ｃ）では屈曲する（取り付けられた歪み制限リボンにより曲率が規定される）。
【図１９】１つまたは複数の実施形態に係るペーパ／エラストマー捻れ式ソフトアクチュエータを製造するために使用される、螺旋形状の紙片の三次元パターンを示す。
【図２０】１つまたは複数の実施形態に係る捻れ式アクチュエータの製造プロセスを示しており、まず（Ａ）では、図１９に示すパターンを有する紙を円筒状の型内に挿入し、次に（Ｂ）では、エラストマーのプレミクスチャを型内に注ぎ、パターン化した紙を埋め込んだ状態で硬化させ、（Ｃ）エラストマーで飽和した頂部キャップと底部キャップで頂部と底部を封止することにより、空気圧チャネルを完成させる。
【図２１】１つまたは複数の実施形態に係る捻れ式ソフトアクチュエータを示しており、（Ａ）は静止状態のアクチュエータの側面図を示し、（Ｂ）は大気圧よりＰ１＝５０ｍｂａｒ、Ｐ２＝１２０ｍｂａｒ高い圧力でのデバイスの駆動状態を示す。
【図２２】図２１のアクチュエータに対して加圧／減圧を５０サイクル実施した後の捻れ角（度）の圧力依存性を示すグラフである。
【図２３】図２１のアクチュエータに対して加圧／減圧を５０サイクル実施した後の伸張係数εの圧力依存性を示すグラフである。
【図２４】捻れ式ソフトアクチュエータを製造するプロセスの概略図であり、（Ａ）では外側円筒体を受ける溝と中央のチャネル支柱(channel post)を受ける凹部とを有する基体を設け、（Ｂ）では規制部材が螺旋状に巻かれた中央のチャネル支柱を設け、（Ｃ）では保持用の外側円筒体を取り付け、（Ｄ）ではエラストマー系プレポリマーを型に加え、螺旋状に巻かれた規制部材にプレポリマーを注入し、続いて硬化させ、（Ｅ）では型からデバイスを取り外し、続いてアクチュエータの両端をエコフレックスで接着して空気圧チャネルを封止することにより、空気圧式アクチュエータを完成させる。
【図２５】１つまたは複数の実施形態に係るソフトアクチュエータの捻れ駆動を示しており、（Ａ）はＰａｔｍで静止状態にあるアクチュエータデバイスを示し（（Ａ）内の挿入図はアクチュエータデバイスに埋め込まれた糸の横断面の光学像に相当する）、（Ｂ）は駆動状態のアクチュエータデバイスである（Ｐ１は大気圧より１２５ｍｂａｒ高い圧力）。
【図２６】１つまたは複数の実施形態に係る紙−エラストマー複合材アクチュエータであって半透明領域と不透明領域を有するものの平面図である。
【図２７】１つまたは複数の実施形態に係る紙−エラストマー複合材アクチュエータであって、組み立てられて、半透明領域を視界から隠すランタン構造をとるものの側面図である（挿入図は上面図である）。
【図２８】１つまたは複数の実施形態に係る紙−エラストマー複合材アクチュエータからできているランタンの概略図である。
【図２９】１つまたは複数の実施形態に係る駆動ランタンを示しており、（Ａ）はアクチュエータの静止状態（光は視認されない）での側面図を示し、（Ｂ）と（Ｃ）はそれぞれ大気圧よりＰ１＝１００ｍｂａｒ、Ｐ２＝２８５ｍｂａｒ高い圧力が加わった状態のデバイスの駆動状態を示す。
【図３０】図２９のアクチュエータに対して加圧／減圧を５０サイクル実施した後の伸張係数εの圧力依存性を示すグラフである。
【図３１】図２９のアクチュエータに対して加圧／減圧を５０サイクル実施した後の光度を圧力の関数として示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
可撓性ポリマーで充填された高張力(high tensile strength)シートを用いて、ある範囲の動作を可能とするソフトロボティクスを用意する。高張力シートは、任意の所望の形状となるように切断し、屈曲させ、または折り目を付けて(crease)、選択的な(preferential)屈曲モードや他の動作モードを導入できる。可撓性ポリマーは種々の動作を可能にするが、ロボットが元の静止位置に戻ることができるように、その初期形状の「記憶」を有している。
【００４６】
伸縮性の高いエラストマー（例えばシリコーン系ポリマーであるエコフレックス(Ecoflex)）または可撓性ポリマーが、非伸縮性であって屈曲しやすい部材（例えばパターニングされた紙、織布または不織布、紐(string)、ポリエステルまたは金属のメッシュ、およびポリマーフィルム）と結合して、ソフトアクチュエータ、機械およびロボットに有用なコンポーネントを与える。これらのアクチュエータは、加圧により種々の複雑な動作（伸張、収縮、屈曲、伸張＋ねじれ）を示す。これらに対応する動作をハードロボットで達成するのは難しいだろう。エコフレックスエラストマーと他のシリコーン系ポリマーは市販されている。これらは、利用しやすい上に比較的安価である。
【００４７】
また、バイオメディカルデバイスから災害救助用ツールに至るまで、種々の用途に応用できる可能性のある構造（例えば、倒壊したビルの瓦礫のような複雑な環境でタイトな空間を誘導可能な運動性(motile)ソフトロボット）を作り出すために利用できるソフトアクチュエータを製造する技術が提供される。
【００４８】
複合材(composite)ソフトロボティック構造は、多くの有用な特性を有する。
ｉ）単純で廉価な軽量のソフトアクチュエータを作るという課題に対する、柔軟性があって比較的安価な解決手段を示す。
ｉｉ）紙は、アクチュエータの動作を規定する材料として、軽量であり、調達が容易であり、さらに製造しやすい（切断および折り畳みのための高度な技術が存在する）。紙はまた、他の多くの機能（例えば、可撓性の金属またはグラファイトワイヤを含むことにより得られる電気伝導性）を包含しうる。
ｉｉｉ）折り紙の原理に従って紙を折り畳んで巻いて、高剛性で、異方的応答性を有し、かつ軽量である、種々の複雑な三次元構造とすることができる。
ｉｖ）紙−エラストマー複合材をベースとするソフトアクチュエータの試作品の製造に必要となるのは、廉価の工具と手作業だけである。
ｖ）紙は、ソフトロボット（またはアクチュエータ）とその環境（またはタスク）との間の適応相互作用(adaptive interaction)を改善するだろうセンサや電気機械システムを配設するための基板としても使用できる。
【００４９】
さらに、この複合材ソフトロボティック構造には、所望の動作を提供するためのプログラム作成または設計を容易に行うことができるという追加の利点がある。例えば、複合材ソフトロボティック構造は、エラストマーに埋め込まれてソフトロボットアクチュエータを構成する折り紙構造を含んでもよく、また、その埋め込まれた折り紙構造に従って動作するよう構成されてもよい。複合材ソフトロボティック構造には、少なくとも２つの顕著な利点がある。
（１）折り紙構造の折り目の形を変えることで折り紙構造の動作を容易に制御できるので、関連するソフトロボットアクチュエータの動作の設計と制御が容易である。
（２）折り紙構造は、ソフトロボットアクチュエータに追加の物理的支持を与えることができ、これによりアクチュエータは重荷重を動かすことができる。
【００５０】
ある観点からは、複合材ソフトロボティック構造は、エラストマー強化された布(fabric)構造であると考えることができる。布は、容易に折り畳んで巻いて所望の形を作ることができるところ、布の形が外力の影響を受けやすいのは、まさしく布を容易に折り畳んで巻くことができるからである。こうした布の多様性は、布構造にとって不都合であることがある。例えば、所望の形状を有する紙（例えば折り紙）が外力で丸められた（くしゃくしゃにされた）(crush)場合、紙は所望の形状を失うことになる。それゆえ、力に対抗性を有する折り紙構造を紙だけで設計するのは困難なことがある。この問題は、布構造にエラストマー材料を注入することにより取り組むことができる。注入されたエラストマーは、下位の布構造を強化でき、さらに布構造がその形状を記憶するのに役立つ。このようにして、エラストマー注入された紙構造は、外力を受けた後であっても、所望の形状を長期間保つことができる。
【００５１】
１つまたは複数の実施形態で、屈曲可能な部材は高張力シートを含む。高張力は、紙片に破れ(rupture)を生じさせるのに必要な力と定義できる。特定の実施形態で、屈曲可能な部材は布（例えば繊維や糸(thread)が織られてまたは織られずに集まった物を用いて構成されたシート）である。幾つかの実施形態で、当該布は紙（例えば、繊維がもつれて(matted)集まったものを用いて構成されたシート）を含んでもよい。紙は非常に多用途の材料である。紙のシートは、容易にパターニングして、巻いて、または折り畳んで三次元構造とされる。単に紙に折り目を付けることにより製造可能な種々の構造は注目すべきものであり、折り紙の基礎となる。紙構造をエラストマー母材に埋め込むことにより、生じる複合材の機械特性と空気圧式駆動(pneumatic actuation)に対する応答をプログラムするためのさまざまな可能性が得られる。
【００５２】
紙の高張力のために、紙が埋め込まれた（エコフレックス内に５％未満）構造の伸張が制限されるが、紙により、曲げ係数を殆ど増加させることなく屈曲が可能となる。紙構造は、そのエラストマー吸収力（３０８ｍｌ／ｍ２以上）に起因して、エラストマー内に容易に埋め込みまたは封入できる。さらに、紙は折り畳むことができ、２枚以上の紙を重ねることにより、デバイスの張力を増加させることができる。紙は、天然繊維または合成繊維から作られた任意の紙であってよい。非制限的な例としては、セルロース紙、チュールネッティング(tulle netting)、クーパーメッシュ(cooper mesh)、綿布、ナイロンメッシュ、多孔質ＰＥＴフィルム、多孔質ポリエステルテープなどが挙げられる。
【００５３】
他の実施形態で、紙は加工した多孔質ポリマーシートであってもよい。例えば、ポリエステルとセルロースを混合した紙は、高張力（約５０Ｎ／ｍｍ２）を有し、軽量（約６８ｇ／ｍ２）であり、切断により容易に成形される。
【００５４】
（膨張式の空気圧チャンバをベースとするソフトロボティックアクチュエータ）
シリコーンや他のエラストマー内でチャネルを形成するために、ソフトリソグラフィが広く用いられている。これらの方法を使用して、紙−エラストマー複合材の内側に、空気圧ソフトチャンバが製造される。
【００５５】
伸張が望ましい設計において、シリコーンエラストマーと他の既知のエラストマーを可撓性ポリマーとして使用できる。エラストマーの例として、硫黄加硫により硬化可能な不飽和ゴム、例えば天然ポリイソプレン、シス−１，４−ポリイソプレン、ラテックス、天然ゴム、およびトランス−１，４−ポリイソプレン、ガタパーチャ、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレンゴム、ブチルゴム（イソブチレンとイソプレンとの共重合体）、スチレン−ブタジエンゴム（スチレンとブタジエンの共重合体）、ニトリルゴム（ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体）と、飽和ゴム、例えばエチレンゴム（エチレンとプロピレンの共重合体）、エチレンプロピレンジエンゴム（エチレン、ジエンおよびプロピレンの三元重合体）エピクロロヒドリンゴム、ポリアクリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、フルオロエラストマー、パーフルオロエラストマー、ポリエーテルブロックアミド、クロロスルホン化ポリエチレンおよびエチレン−酢酸ビニルと、などが挙げられる。エコフレックスポリシリコーンは、半透明で柔らかいエラストマー（ショア硬度００〜３０）であり、繰り返しの曲げに耐えうると共に、最大歪み９００％を超えたときにのみ破壊される。エコフレックスは、伸張が必要とされる位置（例えば空気圧チャネル）で使用できる。
【００５６】
図１は、例示的な製造プロセスを示す。
図１で、ステップ（１）に示すように、エラストマーのプレミクスチャ (pre-mixture)を、空気圧チャネルを形成するように設計された形状(features)１２０を有する型１００の上方に注ぐ。これらのデバイスの作製に使用される型は、コンピューター支援設計(ＣＡＤ Airlibre Inc.)を用いて設計し、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂を用いた三次元（３Ｄ）印刷(StrataSys Dimension Elite)により作成した。エコフレックスは、これらの型からすぐに除去される。型は繰り返し、例えば１００回を超えて使用でき、このとき、型への損傷または流し込まれた材料の性能の劣化はない。エコフレックスのプレポリマー１３０を型に流し込んだ後、６０℃で１５分間硬化させる。硬化後、ステップ（２）に示すように型から外す。次に、ステップ（３）に示すように、成形されたチャネルは、未硬化のエラストマーのプレミクスチャに浸された１枚の紙１４０と接するように置かれる。一例では、エコフレックスの上でエラストマーを広げることにより、型抜き(unmolding)後に得られる開口チャネル構造を、充分にエコフレックスで満たされた１枚の紙と接するように配置した。続いてデシケータ（３６Ｔｏｒｒ）で３分間脱気して気泡を取り除いた。そして、ステップ（４）に示すように、アセンブリを熱硬化させ、封止された空気圧チャネルを作成する。アンサンブル(ensemble)を６０℃で３時間ベーキングした後に、完全に硬化させ、チャネルを有する最終の複合材デバイスを作成した。最後に、余分な紙とポリマーをはさみで切り取った。材料の選択とチャネルの設計により、圧力が加わったときのデバイスの応答が決定する。最終のデバイスは、その機械応答において非対称である。なぜなら、上層と下層（それぞれ、エラストマーと、エラストマーに浸された紙）は、大きく異なる機械特性を有するからである。
【００５７】
図２に、強化紙層を有するものと有しないものについて、空気圧チャンバの応答プロファイル(response profile)を示す。
内径１．６５ｍｍのカニューレを用いて外径１．５７ｍｍのポリエチレンチューブにチャネルを接続し、加圧を可能にする。図２Ａは、均質なエラストマー母材が加圧されて膨張した状態を示す。チャンバは、２つの面の厚さの差に起因して、異なる程度ではあるが、両表面で膨張することにより、加圧時に当方的に膨張する。これに対し、紙−エラストマー複合材を構成するように紙が埋め込まれた同じエラストマーからチャンバを作成した場合、構造を加圧することにより、図２Ｂに示す異方的な変形が生じる。図は、構造の長手軸の中心に沿った断面図である。この例では、紙のより高い引張強度により、エラストマー母材の伸張が制限され、これにより加圧時のデバイスの屈曲が生じる。
【００５８】
（屈曲式アクチュエータ）
図３は、中央の空気圧チャネルを有し、上面と下面に紙片が埋め込まれたエラストマー構造の空気圧駆動により生じる動作を示す図である。
図３Ａは、中央の空気圧チャネル３００と封入された紙３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６，３１７のレイアウトを示す構造の断面図である。紙片３１１，３１３，３１５，３１７は、構造体の上面に埋め込まれており、構造体の下面に埋め込まれた紙片３１２，３１４，３１６から横方向に位置ずれしている。この構造を加圧した場合（大気圧より５０ｍｂａｒから２００ｍｂａｒ高い圧力で）、空気圧チャネルは最も柔軟な(compliant)領域（すなわち、最も剛性が低い領域）で膨張する。埋め込まれた紙片がチャネルの変形を抑制するので、非対称の伸張が誘導されてデバイスが屈曲する。空気圧チャネルの圧力を開放すると、システムは充分に元の形状を取り戻す。図３Ｂと図３Ｃは、デバイスの２つの異なる駆動状態（Ｐ１とＰ２）を示し、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ大気圧より７０ｍｂａｒ高い圧力、大気圧より２２０ｍｂａｒ高い圧力である。矢印は、駆動用の圧縮空気を供給するために使用されるポリエチレンチューブを指す。
【００５９】
（線形収縮）
特定の実施形態で、紙にはスリットが入って、低張力領域（紙にスリットが入ったところ）と高張力領域（紙が切断されていないところ）にパターン化され、構造は選択的に膨張し、あるいは収縮する。構造を加圧すると、紙片間でエラストマーが膨張する。紙は非膨張性であるため、構造はエラストマーの膨張方向と垂直な方向に収縮する。
【００６０】
空気圧人工筋（ＰＡＭ）（薄く、可撓性があり、繊維強化された管膜の加圧をベースとする）を精密ロボット工学の目的で実装した場合、強度と移動度が高まる。またこれは、他の技術分野、例えばヒトの外骨格技術の分野でも使用される。二次元パターンを用いて、筋肉の収縮を模倣できる。
【００６１】
式１で定義可能な収縮係数εを用いて、加圧時のアクチュエータの長さの相対変化を特徴付ける。ここで、ｌＰａｔｍは、構造に外圧が加わっていないときのデバイスの長さであり（Ｐａｔｍ＝大気圧）、ｌＰは圧力（Ｐ）を加えたときのデバイスの長さである（Ｐは大気圧＋過圧（ｍｂａｒ）である）。εの正号は加圧時の伸びを示し、負号は縮みを示す。
【００６２】
【数１】
2015509578.tif 000003
【００６３】
幾つかの実施形態で、紙は平面を占める（または、展開して平面となるようなパターンに折り畳まれる）こうした実施形態は、二次元（２Ｄ）の実施形態であると考えられる。例として、収縮式アクチュエータは、円筒状の空気圧チャネルの周りに巻かれ、長手方向にパターン化された紙片から構成されてもよい。図４から図７は、設計がＰＡＭをベースにしており、加圧時に収縮するソフトアクチュエータを示す。このデバイスを製造するために、１枚の紙（厚さ約２００μｍ）をレーザーカッタでトリミングおよび切断し（図４）、長手方向に配置されて紙の上端と下端でそれぞれ横方向バンド４１０，４２０により連結された紙片を与える。
【００６４】
図５は、製造プロセスの概略図を示す。
まず、図５Ａで、紙を円筒体４３０状に巻き、外側円筒体４４５と中実コア４４６を有する円筒状の型４４０内に挿入する。型は、紙を保持するギャップ（例えば１ｍｍの）を有する薄い管状空間４４８を画定する。このギャップは変えてもよいが、エラストマー系ポリマーの厚さを規定するので、妥当な圧力（例えば大気圧より１００ｍｂａｒ高い圧力よりは小さい圧力）下でエラストマーが膨張できないほどには厚くするべきでない。本明細書で説明している構造についての典型的な範囲は、大気圧より２０ｍｂａｒから６００ｍｂａｒ高い圧力である。次に、混合前のエラストマー４５０を型内に注ぎ、パターン化紙を埋め込んだ状態で硬化する。図５Ｂでは、エコフレックスで型を充填し、アンサンブルをデシケータ内で３分間脱気し（３６Ｔｏｒｒ）、液状のエコフレックスを紙に充分に浸透させた。紙−エラストマー複合材を６０℃で１５分間硬化させた。図５Ｃでは、紙−エラストマー複合材４７０を型から取り外し、２つの円形の紙片４６０，４７０（これもエラストマーに埋め込まれている）に対して頂部と底部を封止することにより、空気圧チャンバを完成させる。型から複合材構造を取り外した後、エコフレックスを接着剤として用いて紙−エコフレックスキャップで管の両端を封止し、加圧時の変形を制限する。
【００６５】
図６Ａ，６Ｂ，６Ｃはそれぞれ、大気圧、大気圧より８０ｍｂａｒ高い圧力Ｐ１、大気圧より２００ｍｂａｒ高い圧力Ｐ２でのデバイスの静止状態と駆動状態を示す。埋め込まれた各紙片間でエラストマーが膨張するので、円筒体は径方向に膨張する。デバイスは、その軸に沿って縮む(shorten)（収縮する）ことにより応答する。デバイスの頂部と底部の膨張は、横方向の(lateral)紙バンド４１０，４２０により束縛される。
図７は、加圧／減圧を５０サイクル実施した後の、収縮係数ε（式１）の圧力依存性を示すグラフである。εは大気圧よりＰ＝２００ｍｂａｒ高い圧力で−０．２７であった。エラーバーは平均値からの標準偏差を示す。
【００６６】
（捻れ式アクチュエータ）
幾つかの実施形態では、可撓性ポリマー体全体にわたって歪み紙要素を三次元分布させる。システムを加圧すると、３Ｄ分布により捻れ動作が生じる。捻れ動作が生じるのは、可撓性（必要に応じてエラストマー）ポリマー母材が、埋め込まれた紙、紐、または他の規制要素により規定される方向への膨張が抑制された状態で、膨張し、さらに圧力に対して捻れて膨張するからである。例示的な分散型(distributed)の強化形状としては、螺旋、リボン、楕円形、長円形およびジグザグ形などが挙げられ、図１９から図２２に示すように巻かれた場合には、加圧されて捻れ動作を行いうる。
【００６７】
幾つかの実施形態では、螺旋状の紙片をエラストマー管内に埋め込むことにより、捻れと伸張を結びつける動作が生じる。
図１９から図２２は、加圧時に最大４２０°捻れうるアクチュエータを示す。その重さは７．９ｇであり、大気圧より１２０ｍｂａｒ高い圧力で０．０１５Ｎ・ｍのトルクを加えることができる。内圧が周囲圧力まで戻ると、アクチュエータは殆どヒステリシスなく元の形状に戻る。
図１９は、強化紙の螺旋構造を示す。静止状態の紙は三次元にわたって分布する（例えば、紙は面積と高さの両方を占める）ので、アクチュエータは３Ｄ紙構造を有するものとして説明する。中央のチャネルを加圧することにより、管は伸張すると共にその長手軸周りに捻れる。伸張の度合いは、螺旋状に巻かれた紙片の直径と巻線密度（ピッチ）に依存することになる。図２１Ａは、中空コアを有するエラストマー円筒体に紙の螺旋が埋め込まれた捻れ式アクチュエータを示す。図２１Ｂと図２１Ｃは、大気圧よりそれぞれＰ１＝５０ｍｂａｒ、Ｐ２＝１２０ｍｂａｒ高い圧力が加えられた状態の捻れ式アクチュエータデバイスの駆動状態を示す。デバイスを加圧したとき、紙の螺旋は、エラストマー円筒体が横方向へ自由に膨張するのを妨げる。同時に、デバイスは、エラストマー体で螺旋紙が加える規制力を緩和するように、中心軸周りに回転し且つ当該軸に沿って延びる。図２２と図２３は、加圧／減圧を５０サイクル実施した後の捻れ角と伸張の圧力依存性を示す。
【００６８】
図２０に製造プロセスを示す。
まず、図２０Ａに示すように、円筒状の外側壁５１０と内側ロッド（またはコア）５２０（薄い円筒状のギャップ５３０を画定する）を有する円筒状の型５０１内に螺旋紙片５００を挿入する。型は、紙を保持するギャップ（例えば１ｍｍの）を有する薄い管状空間５３０を画定する。このギャップは変えてもよいが、エラストマー系ポリマーの厚さを規定するので、妥当な圧力（例えば大気圧より１００ｍｂａｒ高い圧力よりは小さい圧力）下でエラストマーが膨張できないほどには厚くするべきでない。図２０に示す構造についての典型的な範囲は、大気圧より２０ｍｂａｒから６００ｍｂａｒ高い圧力である。次に、図２０Ｂに示すように、エラストマーのプレミクスチャ５４０を型に注ぎ、パターン化した紙を埋め込んだ状態で硬化させる。そして、頂部５５０と底部５６０を封止することにより、空気圧チャネル５７０が完成する。
【００６９】
他の実施形態で、三次元分布した強化要素は、紙でなく紐であってもよい。特定の実施形態で、捻れ式アクチュエータは、螺旋状に巻かれてエラストマーチューブ内に埋め込まれた糸を含む（図２４と図２５を参照）。チューブは両端で封止されて空気圧チャンバを構成する。
図２４は、捻れ式ソフトアクチュエータを製造するプロセスの概略図であり、（Ａ）では、外側円筒体を受ける溝と中央のチャネル支柱(channel post)を受ける凹部とを有するベースを設け、（Ｂ）では、規制部材が螺旋状に巻かれた中央のチャネル支柱を設け、（Ｃ）では、保持用の外側円筒体を取り付け、（Ｄ）では、エラストマー系プレポリマーを型に加え、螺旋状に巻かれた規制部材にプレポリマーを注入し、続いて硬化させ、（Ｅ）では、型からデバイスを取り外し、続いてアクチュエータの両端をエコフレックスで接着して空気圧チャネルを封止することにより、空気圧式アクチュエータを完成させる。この製造プロセスは、デバイスの壁が厚いこと以外は図２０に示すプロセスと同様である。この製造により、種々のデバイスを、その厚さを自在に制御して作り出すことができる。
【００７０】
図２５Ａは、上記方法に従って準備したデバイスの静止状態（Ｐａｔｍ）を示す。図２５Ａの挿入図は、アクチュエータに埋め込まれた糸の光学像に相当する。図２５Ｂは、大気圧よりＰ１＝１２５ｍｂａｒ高い圧力での駆動状態を示す。
中央のチャネルを加圧することにより、管は伸張すると共にその長手軸周りに捻れる。伸張の度合いは、螺旋状に巻かれた糸の直径と巻線密度（ピッチ）に依存することになる。紐は紙の平坦性を有しないので、好適な加圧の下で充分に伸ばすことができる。従って、伸張と捻れの度合いを慎重に制御でき、紙螺旋が埋め込まれた対応するデバイスよりも優れていることもある。
【００７１】
（プリーツ構造(pleated structure)をベースとするソフトロボティックアクチュエータ）
エクステンサとリフタ．
折り紙は、折り畳むことにより三次元紙構造の製造を誘導する技術（および科学）である。エラストマーまたは可撓性ポリマー内に折り畳み紙構造を埋め込むことにより、加圧時の動作が紙の折り畳みパターンにより決定される空気圧式ソフトアクチュエータを製造することが可能となる。
【００７２】
任意の可撓性ポリマーを使用できる。紙は通常ポリマーの膨張を制限するので、高弾性は必要とされない。可撓性ポリマーの例として、硫黄加硫により硬化可能な不飽和ゴム、例えば天然ポリイソプレン、シス−１，４−ポリイソプレン、ラテックス、天然ゴム、およびトランス−１，４−ポリイソプレン、ガタパーチャ、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレンゴム、ブチルゴム（イソブチレンとイソプレンとの共重合体）、スチレン−ブタジエンゴム（スチレンとブタジエンの共重合体）、ニトリルゴム（ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体）と、飽和ゴム、例えばエチレンゴム（エチレンとプロピレンの共重合体）、エチレンプロピレンジエンゴム（エチレン、ジエンおよびプロピレンの三元重合体）エピクロロヒドリンゴム、ポリアクリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、フルオロエラストマー、パーフルオロエラストマー、ポリエーテルブロックアミド、クロロスルホン化ポリエチレンおよびエチレン−酢酸ビニルと、などが挙げられる。あるいは、膨張型空気圧式デバイス用に上記エラストマー系ポリマーを使用することもできる。
【００７３】
１つまたは複数の実施形態では、高張力シートを使用する。特定の実施形態で、シートは紙（例えば、繊維がもつれて集まったものを用いて構成されたシート）である。他の実施形態で、シートは布（例えば、繊維や糸が織られて集まったものを用いて構成されたシート）である。他の実施形態で、シートは加工された多孔質のポリマーシートであってもよい。紙は、天然繊維または合成繊維からできている任意の紙であってよい。非制限的な例として、セルロース紙、チュール布(tulle netting)、クーパーメッシュ、綿布、ナイロンメッシュ、多孔質ＰＥＴフィルム、および多孔質ポリエステルテープなどが挙げられる。紙構造は、エラストマー内に容易に埋め込むことができる。ポリエステル／セルロース混合紙は高張力（約５０Ｎ／ｍｍ２）を有し、軽量であり（約６８ｇ／ｍ２）、ポリマーを容易に吸収し、かつ切断により容易に成形される。ポリエステル／セルロース混合紙の場合、紙はエコフレックスをあるレベル（約３００ｍＬ／ｍ２）まで吸収する。紙の高張力のために、紙が埋め込まれた（エコフレックス内に５％未満）構造の伸張が制限されるが、紙により、曲げ係数を殆ど増加させることなく屈曲が可能となる。さらに、紙は容易に折り畳むことができる。折り畳み構造の引張強度は、紙を２枚以上重ねることにより増加させることができる。引張強度は、標準的な技術を用いて測定できる。折り畳んだ紙を用いたプリーツ構造を有するロボティクス用の紙は、膨張式空気圧チャンバを用いたソフトロボティクスにおいて使用される紙と似ている。ただし、紙の折り目は、折り紙デバイスの駆動を案内する。折り目により紙の機械特性を持続的に(permanently)変化させることができ、これを事実上エラストマーに移して駆動を案内することができる。
【００７４】
埋め込み紙構造はエラストマー母材を強化でき、さらに大気圧より最大３００ｍｂａｒ高い圧力に耐えられるアクチュエータを作り出すことができ、これにより重荷重（最大で支持表面１ｃｍ２当たり０．３ｋｇ）を操ることができる。さらに、駆動は開くひだ(pleat)の数に依存するので、紙の折り畳みの数を増やすことにより、大きい伸び（正のεの大きい値）を容易に達成できる。
【００７５】
この方策を実証するために、単一の長方形の紙にひだを設けてアコーディオン様(accordion-like)構造とする
図８と図９は折り紙の設計を表す。図８Ａは、１枚の長方形の紙に複数の折り目を設けるために使用するマークを示す。折り目は、折り畳み、押し付け、かつ／または丸めることで形成できる。次に、折り目を付けた紙を、図８Ｂに示す３つの垂直軸に沿って折り畳む。折込部(flap)は折込部と重なって構造を閉じる。図９Ａと図９Ｂはそれぞれ、図８Ａで規定される折り目に沿って紙を折り畳むことにより得られる折り紙構造を、側面図と上面図で示す。紙の折り目により、紙にわたって異なる(differential)引張強度を有する領域が得られる。また、紙がポリマー基体に埋め込まれた場合には、折り紙成形した可撓性ポリマーフォームを画定するテンプレートを提供する。従って、例えば紙が応力を受けたとき、紙−エラストマー複合材は、埋め込まれた紙に導入される折り目の線に沿って折れ、開くことにより応答する。アクチュエータは、加圧されていない状態では収縮し続け、加圧されてプリーツ構造が開くときに伸張する。
【００７６】
これの製造プロセスは、図５に示したものと類似しているが、下記の通り若干の変更がある。まず、図１０に示すように、図８と図９に示すパターンを有する紙を折り畳み、次に開き、次に円筒状の型内に挿入した。次に、エラストマーのプレミクスチャを型内に注ぐ。折り紙構造をエコフレックスのプレポリマーで覆い、３６Ｔｏｒｒで３分間脱気した。一旦折り紙構造を液体ポリマーで飽和させ、型から取り外して１００℃で１分間部分的に硬化させ（フラットシリンダのように縦(vertical)の位置で広がっている）、紙の均一なコーティングを得る。次に、部分的に硬化した紙−エラストマー複合材を充分に折り畳み、ペーパクリップで保持し、６０℃で１５分間充分に硬化させた。これにより、ポリマーに埋め込まれ、折り畳んだ紙のテンプレートの形状を有する硬化ポリマーが得られた。最後に、頂部と底部を封止して、空気圧チャネルを完成させた。紙−エラストマープリーツ構造を（エコフレックスを用いて）紙のキャップに対して接着し、内部の封止チャンバを空気圧駆動用とした。
【００７７】
図１２は、一続き１０個の折り目の線パターンを有する蛇腹構造を示しており、当該線パターンはデバイスにおいて蛇腹チャンバの数に対応している。
ただし、デバイス内に包含可能な折り目／蛇腹(bellows)の数に対する制限は実質的に存在しない。１つまたは複数の実施形態で、アクチュエータは２個から１００個、５個から５０個、または、５０個から３０個の蛇腹チャンバを含む。１つまたは複数の実施形態で、デバイスは約１０個、約２０個、約３０個、約４０個、約５０個、約６０個、約７０個、約８０個、約９０個、約１００個の蛇腹チャンバを含む。図１２Ａから図１２Ｃはそれぞれ、大気圧（Ｐａｔｍ）、大気圧よりＰ１＝５０ｍｂａｒ高い圧力、大気圧よりＰ２＝１７０ｍｂａｒ高い圧力でのデバイスの静止状態と駆動状態を示す。空気がデバイス内に導入されるとひだが開き、これによりデバイスが膨らむと共に縦軸に沿って伸張する。このアクチュエータの駆動時間(activation time)は、空気をデバイス内に導入する速度に依存する。アクチュエータに圧縮空気源（６００ｍｂａｒ、圧力源とデバイスとの間の距離２５ｃｍの長さを有する内径１．１４ｍｍの入口チューブ）を供給することにより、アクチュエータは３５２秒で最大の伸びに達した（伸張中の平均速度は０．２３ｍ／ｓであった。参考までに、２０℃の乾燥空気の音速は３４３．２ｍ／ｓである。）
図１１は、加圧／減圧を５０サイクル実施した後の（静止状態での元の長さに対する）伸張の圧力依存性を示す。図１１に示すように、この構造は大気圧より１７０ｍｂａｒ高い圧力で加圧されたときに大きく伸張する（最大ε＝３．６１）。空気圧チャンバ内の圧力を低下させると、アクチュエータは折り畳まれ、静止形状に戻った。図１１に見られるように、加圧を示す曲線と減圧を示す曲線との間にわずかなヒステリシスが生じた。このヒステリシスは、紙−エラストマー複合材内での再度の折り畳みに対して生じる幾らかの機械的抵抗に起因している。
【００７８】
紙の機械的抵抗に対抗することにより、このヒステリシスを減らすことができる。これは、復元力としてばねを用いてアクチュエータの再度の折り畳みを助勢することにより達成できる。アクチュエータに対して加わる復元力を作り出す簡単な方法として、内側のエラストマーエコフレックス片を用いて行う両キャップの接続がある。
図１３Ａは、アクチュエータの頂部と底部とを連結するエコフレックス片の弾性回復によりヒステリシスが補償された折り紙アクチュエータを示す（折り紙構造の上面図では頂部キャップを除いている）。エコフレックス片は、更なるエコフレックスを用いて、アクチュエータの頂部キャップと底部キャップに接着される。膨張時、内側のエコフレックス片は延伸している。内側の空気圧の開放時、延伸したエコフレックス片はデバイスに復元力を与える。図１３Ｂの加圧曲線と減圧曲線に示すように、エコフレックス片は、膨張に対する抵抗を殆ど生じない。同図で、大気圧より１５０ｍｂａｒ高い圧力まで加圧すると、ε＝１．５となった。これは、同様の形状を有する非強化型構造での伸張係数ε＝２．５（図１１）に充分に匹敵する値である。このとき、アクチュエータ内に格納されたエコフレックス片は、圧力が低下したときにアクチュエータが折り畳まれるのを助勢してヒステリシスを最小化する。また、この構造で内圧が低下したときには、内側のエコフレックス片から作用する弾性復元力が紙−エラストマー複合材の折り畳みに対する機械抵抗を超え、ヒステリシスが有効に低下する。
【００７９】
紙−エコフレックスプリーツ構造は軽量である。例えば、図１２に示すデバイスの重さは８．３ｇである。しかし、これらのアクチュエータは、質量の１２０倍の荷重を持ち上げることができる。
図１４は、大気圧より２３８ｍｂａｒ高い圧力を空気圧チャンバに加えたときに１ｋｇの質量体を持ち上げる折り紙アクチュエータを示す。持ち上げの間、透明チューブを用いて重りと折り紙アクチュエータを共通の縦軸に束縛した。アクチュエータが最大限に伸張するまで重りを持ち上げるのに必要な、アクチュエータの空気圧チャンバの内圧は、大気圧より２３８ｍｂａｒ高い圧力であった。アクチュエータの重さは８．３ｇであった。矢印は、駆動用圧縮空気を供給するのに用いるポリエチレンチューブを指す。これらのソフトアクチュエータは、並の(moderate)性能で物体を操ることができる（例えば、最大で自重の１２０倍の荷重を持ち上げることができる）。
【００８０】
角度エクステンサと他のアクチュエータ．
プリーツ構造は、ひだを局所的に変更することにより、複雑な駆動を簡単に生み出す多くの可能性を与える。幾つかの実施形態では、規制部材をプリーツ構造の一端に固定して、ある位置での膨張を規制できる。アクチュエータの内側チャンバを加圧するときに、規制されたひだは開くことができない。この束縛により、アクチュエータは力を受けて角度方向(angular)に伸び、曲げ動作を行う。プリーツ構造は、さまざまな方向に規制できる。例えば、機械装置（ピン、クランプ、ステープル(stable)など）を用いて、複数のひだを合わせて固定あるいは保持できる。他の実施形態では、紐、または、構造の端に沿ってひだの一部または全部に取り付けられた線もしくは他の規制片にひだを取り付けることができる。他の実施形態では、複数のひだを合わせて接合または接着できる。
【００８１】
図１５は、エコフレックスを用いて複数の側面のうちの１つのひだを合わせて接着したときに、図１２に示す蛇腹構造と同タイプの構造がどのように異なる動作を行いうるのかを示す。
アクチュエータの内側チャンバを加圧するとき、接着されたひだは開くことができない。この束縛により、アクチュエータは力を受けて角度方向に伸びる。図１５は、図５と同じ設計である紙の三次元蛇腹様パターンの写真であり、示す位置で複数のひだの端部が合わせて接着されている。この製造プロセスは、紙構造の右端を合わせて接着した点を除いて、図５に示すものと同様である。構造の右側に沿って接着された折り畳み部(fold)に起因して、デバイスの左側のみからの伸張が可能となる。図１５Ａから図１５Ｅは、それぞれ大気圧よりＰ１＝６０ｍｂａｒ、Ｐ２＝１２５ｍｂａｒ、Ｐ３＝１７５ｍｂａｒ、Ｐ４＝２５０ｍｂａｒ高い圧力下でのデバイスの静止状態と駆動状態を示す。屈曲の度合いは、加圧するほど大きくなる。加圧／減圧を５０サイクル実施した後の角度θの圧力依存性を、角度θ対圧力のグラフで図１５Ｆに示す。加圧と減圧を５０サイクル実施した後の試験は、駆動デバイスの頑強性と可逆性を示している。標準偏差（エラーバー）が小さいことは、サイクルの数によってはθが大きく変化しないことを示している。
【００８２】
本明細書で説明している例は、構造の外面に位置する束縛要素を示している（例えば、折り畳み部のひだの端部が連結されている）が、束縛要素はデバイスの折り畳み面または端部に沿ってどこに位置していてもよいと考えられる。例として、複数のひだの内縁を合わせて接合してもよい。あるいは、ひだの面を合わせて接合してもよい。
【００８３】
幾つかの実施形態で、束縛領域はプリーツ構造の面全体を含んでもよい。この場合、構造全体が、構造の角度方向の伸張に関係する。他の実施形態で、束縛領域はプリーツ構造の面の一部のみを含む。この場合、デバイスの一部は角度方向に伸張し（または屈曲し）、残りの構造は直線的に伸張する。他の実施形態では、複数の束縛領域は構造の異なる面上にある。これらの場合、角度方向の伸張が幾つかの方向に生じる可能性がある。これにより、複雑な駆動パターンが想定される。
【００８４】
図１６，１７，１８は、図９，１２，１５に示した構造と同様の構造が、種々のひだを合わせて接着することにより種々の駆動をどのように実施しうるのかを示す。
図１６では、デバイスの中央のひだのみを合わせて接着する（図１６Ａ参照）。図１６Ｂに示すように、駆動時には、ひだが合わせて接着される領域でのみ線形伸張が規制され、屈曲と線形伸張の組み合わせを与える蛇腹駆動が生じてデバイスがＵ字状に屈曲する。図１７Ａでは、デバイス両端の２つの異なる位置で、ひだが合わせて接着される。図１７Ｂに示すように、ひだが付いた領域は、互いに位置ずれして、蛇腹アクチュエータに２つの屈曲モードを与える。
【００８５】
他の実施形態では、ひだの膨張を制限する帯体(stripe)を用いて蛇腹アクチュエータを準備する。図１８Ａに示すように、この帯体は、明瞭性のためにデバイスの外側に設けた。ただし、規制バンドであれば、アクチュエータの内部キャビティに含まれてもよい。
図１８Ａは、最大限に伸張したアクチュエータの長さよりは短い長さを有する、エコフレックスに浸された紙片を取り付けることにより、ひだの膨張が部分的に束縛された例を示す。この場合、紙−エラストマー片が最大限に伸張するまでアクチュエータは直線的に膨張し（図１８Ｂを参照）、その後曲線的に膨張する（図１８Ｃを参照）。蛇腹構造のひだに取り付けられた帯体の長さにより、加圧時のアクチュエータの曲率半径が制御される。
【００８６】
（ソフトマテリアル複合材を用いた発光制御）
エコフレックスに紙構造を埋め込むために用いる手順を用いて、機械的駆動でない機能を与えることができる。一実施形態では、複合材構造を用いて発光を制御する。
【００８７】
図２８は、空気圧チャンバ内に格納された青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を隠す半透明窓を開口することにより、ランタンのような動作を行う空気圧式アクチュエータを示す。図２６は組立て前のアクチュエータの平面図である。
このアクチュエータでは、紙−粘着テープ−アルミ箔−粘着テープ−紙の形で多層構造内にアルミ箔が埋め込まれており、光を遮断する屈曲式の遮蔽体を構成する。シートは、カットアウト(cut-out)エリアと積層紙片が交互に重なった領域を含む。図２７に示すように、折り畳み構造を円筒状に巻いてアクチュエータを製造した。不透明な外面が形成されるように、折り畳んで紙片が外方に面するようにした。また、アルミ箔を用いてＬＥＤと外部電源との間に電気コンタクトを設けた（図２８を参照）。アルミ箔を用いて（紙とエコフレックスで構成して）、内部のチャンバ内に格納された青色ＬＥＤに外部から導電性を付与する屈曲式構造を製造した。ＬＥＤのアノードを、頂部のアルミニウムキャップに接続した（アルミニウムシリンダを介して電気接続した）。ＬＥＤのカソードを、底部のアルミニウムキャップに接続した（エコフレックスを用いてアノードから分離した）。
図２９Ａから図２９Ｃは、ＬＥＤを作動させた状態でのデバイスの静止状態と駆動状態を示す。Ｐａｔｍは大気圧であり、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ、大気圧より１００ｍｂａｒ高い圧力、大気圧より２８５ｂａｒ高い圧力である。ｅ）とｆ）についての露出時間はｄ）よりも長くした。ｇ）は、収縮の、加圧／減圧を５０サイクル実施した後に加わった圧力に対する依存性である。加圧時の、収縮、および、このアクチュエータによる発光の規格化強度を特性評価した（図３０と図３１を参照）。これらの図は、規格化光度（遠視野での）のデバイス内圧に対する依存性を示す。アクチュエータの内圧を調整することにより、発光と力学の両方が容易に制御される（この例では結合した駆動を用いて）。この種の結合は、発光と運動を結びつけることや、隔離した複数のアクチュエータを光学的に検知することを伴う制御の戦略において有用であろう。
【００８８】
当業者に明らかなように、この構造体は変更が可能である。例えば、より頑丈なエラストマーとより高い圧力を用いた単純な設計により、より大きい力と強度を生み出し、重荷重を操るのに適したソフトロボティクスを製作すること、および／または、穴開け(puncture)や切断に起因する損傷に対する抵抗性を向上させることが可能となる。これらのアクチュエータには、連続的に動作するために圧縮空気源が必要となる（ただし、アクチュエータとガスを接続するのに必要となる接続部(tether)は、小さくてもよく、可撓性を有していてもよい）。これらのシステムの完全な駆動は、ガス源に対するバルブの圧力が、大気圧より4００ｍｂａｒから７００ｍｂａｒ（４０ｋＰａから７０ｋＰａ）高い圧力のときに達成された。ソフトロボティクスを変更して、オンボード(on board)圧力活性体(activator)としてもよい。例えば、同時継続出願（米国出願番号６１／５９８６９１、２０１２年２月１４日出願、発明の名称"SOFT ROBOTIC ACTUATORS"、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）を参照されたい。なお、圧縮空気源に加えて他の圧力源を用いて加圧を行ってもよい。圧力源を他の（例えば電気的）コンポーネントに結びつけて機能性を向上させることもできる。
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９ａ）】
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【図９ｂ）】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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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２７】
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【図２９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
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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２８】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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