CN109314178A - 摩擦控制设备和方法 - Google Patents

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D·A·范登恩德
A·希尔格斯
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Abstract

摩擦控制设备(44)适于引起所述设备被应用到的人类组织表面内的横向应变(或者伸展)以便从而减少所述设备与所述人类组织表面之间的静摩擦。所述应变借助于适于实现所述设备的多个接触表面区域(40)的相对分离的致动器装置引起，使得当所述区域被按压到所述接收表面上时，所述相对分离引起至少落在所应用的区域的位置之间的所述接收表面的区域中的应变。分离的程度匹配或者超过克服静摩擦所必要的最大程度。

Description

摩擦控制设备和方法
技术领域
本发明涉及一种设备和方法，用于控制跨接触界面的摩擦的，并且尤其用于减少跨与人类组织的界面的摩擦。
背景技术
抵靠人类组织的设备的滑动可以通过由局部表面钉扎引起的静态阻力(静摩擦)阻碍。局部表面钉扎是负责两个接触表面之间的摩擦粘附的联锁或者粘附表面粗糙度粗糙。表面之间的粘附由于多个因素而发生，包括跨界面的结合成形、机械联锁以及常常毛细效应。两个表面的联锁表面粗糙(表面钉扎)导致两个表面之间的局部粘附区域。
人类组织的区上的设备的平滑滑动可以期望用于许多应用。这被期望的一个特定领域是医学或者个人护理设备的领域，其中，人类组织上的平滑滑动是尤其重要的。
在静摩擦未被控制的情况下，这可以导致必须要将大横向力施加到接触组织，并且在可以实现设备在组织上的滑移或者滑动之前引起组织的显著位移。常常地，还可以发生“粘滑”的现象，其中，组织上的设备的运动一致地由静摩擦的局部最大值阻止，并且需要重新施加大的力以重新开始滑动。结果有效地是在设备跨组织表面移动时将大的振荡力施加到组织表面。
这些现象通常对设备的功能和效率两者具有负面影响，而且对设备对于设备正被应用的用户或者患者的舒适性具有负面影响。例如，能够导致组织损伤或者刺激。
克服由静态阻力引起的问题和实现平滑滑动的一个常用手段是借助于湿亲水涂层或者润滑剂使接触表面润滑。然而，湿溶液不总是实际的，尤其是在电学个人护理设备被应用到皮肤的情况下，其中，水的引入能够是危险的或者能够阻碍性能(例如，电动剃须刀)。而且，在一些情况下，组织伸展的完全消除是不期望的。相反，与平滑全局导向组合的同时局部伸展可以是期望的目标。例如，在剃须刀的情况下，皮肤的一些局部控制伸展可以改进设备的性能。而且，对于特定导管流程，***能够要求平滑滑动，然而处置自身的各方面可以受益于由静摩擦引起的组织的固定。
多个手段在本领域中已知用于控制动摩擦，其中一些基于引起接触表面内的平面内和/或出平面周期性变形的概念。DFD08 Meeting of The American Physical Society,Gouder,K.Morrison,J.的摘要例如公开了减少跨湍流边界层的摩擦阻力中的这样的概念的应用。然而，该方法专有地涉及在相对于流体的拖曳(即，动摩擦)中的使用，并且具有减少跨两个固体层之间的边界的静摩擦的有限的实用性。
文档US 2013/0030329公开了用于通过引起沿着医学设备的表面的表面声波振动来减少医学设备与人类组织之间的动摩擦的模块。
这些公开的方法两者基于沿着设备的接触平面的表面传播行进波或者振动的概念。然而，这样的方法需要引起整个设备的主体内的振动，以便实现沿着接触表面的振动。这导致高功耗，其增加成本，并且还可以增加设备的重量(如果需要较大的电池)或者降低性能(如果设备在电池耗尽之前持续更短的时间段)。这样的解决方案还能够引起针对用户的显著的不舒适，因为振动贯穿设备被感觉，并且不专有地被引导到接触表面。
此外，摩擦减少的这样的方法提供在控制摩擦减少的程度或者调节不同的表面材料方面的有限的灵活性。跨设备的不同的表面区域处的局部控制也是不可能的-因为相同的振动跨整个接触表面(并且实际上整个设备)自然地传播。
用于可控制地减少设备的应用表面与外部主体的接收表面之间的静摩擦的经改进的模块因此是期望的。
发明内容
本发明由权利要求书定义。
根据本发明的方面，提供了一种摩擦控制设备，用于应用到人类组织接收表面，所述设备适于建立具有减少的静摩擦的与所述接收表面的界面，所述设备包括：
接触表面装置，其包括用于与所述接收表面接触的多个接触表面区域；以及
致动器组件，其适于根据所述接收表面的弹性和所述接收表面的一个或多个表面性质来控制所述接触表面区域的相对分离，使得分离的程度匹配或者超过在跨所述界面的静摩擦力没有被克服的情况下能够经由接触表面应用到接收表面的分离的程度。
所提供的摩擦控制设备适于被应用到人类组织的区域，其中，应用的接触表面区域的分离引起其被施加到的接收表面内的应变。所述应变至少跨由所述多个表面区域横跨的接收表面的区引起，但是可以延伸超过特定程度。
引起的应变的幅度自然地取决于在所述接触表面区域之间引起的相对分离的幅度。该分离的程度被选择以引起所述接收表面中的对应的应变，所述应变超过在所述区域与所述接收表面之间的静摩擦力没有被克服的情况下能够由所述接触表面区域支持的应变。
到达该状态所需的特定的相对分离程度取决于所述人类组织接收表面的弹性性质和组织层的表面的特定材料性质(诸如粗糙度或者平滑度的程度)两者。
引起所述接收表面中的应变自然地需要经由所述接触表面区域将横向力施加到所述接收表面(或者施加具有横向分量的力)。所述接触表面区域仅适于应用这样的横向力，同时其保持通过静摩擦力静态地粘附到所述接收表面。随着较大的应变在所述层中引起，尽管所述接触区域的分离，较大的应力和同时较大张力跨所述层引起，其必须由所述表面区域抵抗以便维持所述分离。
在特定点上，需要被应用以抵抗在所述接收表面中建立的张力的横向力超过保持粘附到所述接收表面的所述接触表面区域的所述静摩擦力。在这一点上，“滑动”发生-获得一状态，其中，横向力的进一步的施加将使得所述表面区域(或者实际上任何其他类似地应用的接触主体)在所述接收表面上滑动。实现该状态所需的分离的程度是由本发明的实施例提供的应变的程度。
在其中引起的分离超过在没有克服静摩擦力的情况下可以经由所述接触表面转移到所述接收表面的分离的点处，界面表面钉扎被破坏和/或被阻止适当地形成。结果，应变的接收表面与同其接触的任何表面(同时该应变/伸展的程度被维持)之间的静摩擦显著地减少。
所述多个接触表面区域可以在范例中指代单个单一表面的不同的区域，或者可以指代多个不同的表面部件的表面。在前者情况下，可以采取多个表面区域来指代所述表面的多个任意定义的区域。这些任意区域可以被定义为连续或者非连续的。
可以实现局部表面钉扎的破坏，其中，所述接触表面区域根据所述接收表面的伸展能力而分离，使得相对分离的程度大于可以由所述接收表面的伸展适应的分离的程度。
所述致动器组件控制所述接触表面区域的相对分离。所述相对分离被控制以从第一初始相对分离增加到第二较大相对分离。所述多个表面区域中的每个可以被控制以增加其相对于每个其他表面区域的相对分离。以这种方式，实现跨由所述多个表面区域覆盖的整个区的伸展。
根据至少一组范例，所述致动器组件适于根据所述接触表面区域与所述接收表面之间的静摩擦的系数和所述接收表面的弹性模量来控制所述接触表面区域的相对分离。所述相对分离可以与这两个值的商成比例增加。该值提供必须要在所述接收表面中引起以便破坏表面钉扎并且起始滑动(即，起始其中跨所述接收表面的静摩擦最小化的条件)的应变的一个度量。值反映其中所述接收表面中的引起的应变等于或仅大于被施加在所述接收表面与多个表面部分中的每个之间的静摩擦力的状态。
所述致动器组件可以在范例中适于控制所述表面区域之间的相对分离从而从第一分离距离增加到第二分离距离，其中，所述第二距离与所述第一距离的比率是：
在1.001与1.01之间；或者
在1.01与1.1之间；或者
大于1.1。
1.001与1.01之间的值尤其适于引起湿皮肤上的滑动的状态。
1.01与1.1之间的值尤其适于引起正常皮肤上的滑动的状态。
大于1.1的值尤其适于引起干皮肤上的滑动的状态。
根据至少一组范例，所述多个表面区域可以由单一柔性层的表面包括，所述层的所述表面定义平面，并且其中，所述致动器组件适于在与所述平面平行的方向上引起跨所述层的横向应变，从而对所述多个表面区域的分离进行致动。
根据该一组范例，涉及的所述接触表面区域可以被认为是单个单一层的理论上任意地定义的区域。所述区域可以被定义为连续的或者空间分离并且可以具有任何大小并且具有任何复数。通过引起跨所述柔性单一层的应变(即，扩展或者伸展所述层)，所述层的任何任意地定义的区域将被引起彼此分离。当所述层与(人类组织)接收表面接触应用时，所述层的该扩展引起所述接收表面的确切地相称扩展。所述接收表面跟随所述柔性单一层的扩展。在这种情况下，(粗略地)均匀应变跨由所述柔性单一表面覆盖的人类组织的区的整个范围引起。
所述人类组织接收表面中的该引起的应变引起所述表面钉扎的破快(如上文所描述的)以及因此所述应用的单一表面与所述接收表面之间呈现的静摩擦力的减少。根据理想模型，在这两个接触层之间感觉的所述静摩擦力减少到可以忽略的值，这意指所述人类组织层上的单一表面上的几乎无阻力(全局)滑移或者滑动是可能的。通过全局滑动意指整个单一表面相对于所述接收表面的滑动或者平移运动(简单地与两个或更多个接触表面区域相对于所述接收表面的平移运动相反)。
因此，一旦所述表面区域之间的分离已经实现，并且所述人类组织接收表面中的相称应变被引起，整个单一柔性层可以从静态状态移位到移动状态，并且在所述人类组织接收表面上的任何给定方向上移动或平移，而不遭遇显著的抵抗性静摩擦力。
此外，如上所述，根据本发明的任何实施例，由表面区域的相对分离的请求保护的方法的横向应变的引起启用跨由所述接触表面区域横跨的整个区域的基本上均匀应变的实现。所述应变通常地方向性地并且在幅度方面两者是均匀的。均匀应变的实现在跨相对大面积界面的静摩擦的减少的情况下是特别重要的，因为任何不均匀性可以导致剪切阻力中的局部最大值，这导致所谓的“粘滑”，其中，所述接收表面上的接触表面装置的连续运动被阻碍并且运动必须再次重新开始。因此，实现跨相对于宽界面区的相对均匀应变的能力是在抵抗静摩擦阻力的效率方面的本发明的显著优点。
应注意到，术语“横向应变”简单地旨在意指与所述单一柔性层平行的平面内应变。在本公开的其他部分中，术语“剪切应变”可以偶然地还应用于指代相同概念。
跨单一层的引起的应变可以在与由所述层定义的平面平行的一个多个方向上。由所述层定义的所述平面可以是由所述层的主要表面定义的平面，并且可以是由包括所述多个接触表面区域的所述层的所述表面定义的平面。例如，其还可以更一般地指代所述层的中央侧平面。
根据一个或多个范例，使所述接收表面应变的描述的过程可以循环地重复以便使得所述柔性单一层在所述接收表面上自由地移动，任意开始和停止，并且其中，运动的每次重新开始可以利用所述层与所述人类组织接收表面之间的相同的减少或者实质上消除的静摩擦力实现。在一些实施例中，可以提供控制器，其被配置为检测运动的停止(例如借助于操作性地耦合的运动检测器)并且作为响应起始所述表面部分的分离。在其他范例中，可以提供被配置为控制所述表面部分的周期性分离的控制器。
根据至少一组实施例，所述致动器组件可以包括一个或多个响应材料部件，所述一个或多个响应材料部件适于响应于电刺激、热刺激、磁性刺激或者电磁刺激而变形。响应材料(或者“智能材料”)是适于根据环境改变或者变化其形状的公知种材料类。该形状改变可以被用于提供致动功能。
具体地，在一些范例中，一个或多个响应材料部件可以被机械地耦合到所述柔性单一层并且被配置为使得其变形机械地操纵所述柔性单一层以呈现所述横向应变。例如，所述一个或多个反应材料部件可以合作地被配置从而耦合到所述柔性单一层的两个相对端，并且以这样的方式变形(响应于适当的刺激)：将两端彼此拉开并且从而引起跨其的所述横向应变。然而，这表示仅一个范例，并且还可以考虑具有引起所述层中的应变的结果的任何备选适合的装置。
根据不同组范例，所述致动器组件可以被并入在单一柔性层内，所述层由响应材料形成，所述响应材料适于响应于施加的刺激而变形从而以便在与所述平面平行的一个或多个方向上引起跨所述层的横向应变，并且因此对所述层的表面的多个表面区域的分离进行致动。
在这些范例中，外部致动部件不是实现所述接触表面区域的分离所必须的。相反，所述柔性单一层自身部分地包括响应材料，并且适于通过在与由所述层定义的所述平面平行的一个或多个方向上扩展或者伸展对适当的刺激作出反应。这样的配置可以提供更紧凑和/或轻便的解决方案，因为不需要专用致动部件。这可以启用较小的形状因子。其还可以使得设备制造更简单、更迅速和/或更不昂贵。其可以更容易组装或者制造。其可以允许更简单的控制电子器件。
根据另一组范例，所述致动器组件可以包括一个或多个机械致动器，所述一个或多个机械致动器适于操纵所述单一柔性层以在与由所述层定义的所述平面平行的方向上引起跨其的横向应变。所述机械致动器可以例如被耦合到所述层的相对端，并且被配置为施加相反的力从而引起所述相对端之间的跨所述层的应变。然而，还可以使用任何其他适合的装置。所述机械致动器可以例如不被耦合到所述单一层，或者可以在多个中央点处被耦合到所述层。
任选地，所述致动器组件可以包括能量传输机构，所述能量传输机构适于接收动能的外部源作为输入并且将所述动能转移到所述一个或多个机械致动器中。这样的装置尤其适于在其中所述摩擦控制设备被耦合或者安装到作为其普通运行的部分生成局部运动或者振荡的主要设备或者仪器的接触表面的应用。这可以是例如针对剃须刀或者修剪器的情况。此处，剃须刀或者修剪器刀片的振荡运动可以部分地由所述致动器装置的能量传输机构利用以提供动能的源来驱动所述接触表面区域的操纵。该调整还可以结合本申请中描述的任何其他实施例来应用。这有效地使得剃须刀或者修剪器的主电源能够被用于对所述致动器装置进行供电，而不需要提供两者之间延伸的电缆。
对于上文所描述的范例中的任一个，无论致动器装置包括响应材料部件还是机械致动器，致动器装置可以被配置为在与由所述层定义的所述平面平行的两个正交方向上实现或者引起跨所述柔性单一层的横向应变。
在特定范例中，所述单一柔性层可以是矩形层。在其他特定范例中，其可以定义闭合的圆形形状，诸如圆形、椭圆形或不规则的圆形形状。在其他范例中，所述柔性单一层可以采取包括规则形状或自由形式的形状的任何特定形状或形式。
根据另一组实施例，所述接触表面装置可以包括多个空间地分离的接触元件的表面。所述接触元件可以是特征为平坦或者弯曲接触表面的刚性元件。所述接触元件可以是非常小的、微尺寸的元件并且可以被配置并且被布置为在一个或多个方向上相对于彼此可移动。所述致动器装置被配置为实现所述接触元件中的每个之间的分离距离中的增加。所述接触元件可以以基本上均匀的方式彼此移动分开。
这样的装置允许针对所述接触表面区域的材料的选择中的较大的自由度。不同于在先前的范例中，所述材料不需要促进柔性扩展和人类组织接触的双功能。这允许较大的选择。例如，可以选择亲水性或疏水性的材料，或者材料可以被选择以提供特定的期望的表面抛光(即，具有特定粗糙度或者平滑度)。
在特定范例中，所述多个表面区域可以被耦合或者安装到单一柔性层的主要表面，所述致动器装置适于引起跨所述层的应变以便从而实现所述多个表面元件之间的分离(所述相对分离中的增加)。在这种情况下，所述致动器装置可以包括机械致动器或者响应材料部件，其适于提供致动功能。
所述致动器装置可以包括响应材料的层，其适于响应于电刺激、热刺激、磁性刺激或者电磁刺激而变形，所述变形在与由所述层定义的平面平行的方向上引起所述层中的横向应变，并且其中，所述多个接触元件被耦合到所述层的表面，使得所述层的所述变形引起所述接触元件的相对分离。任选地，应变可以在与由所述层定义的所述平面平行的两个正交方向上引起。
所述致动器装置可以包括一个或多个机械致动器，所述一个或多个机械致动器适于物理地操纵所述多个接触元件以便引起它们之间的所述相对分离。
在这些范例中的任一个中，所述接触元件可以被布置为使得在所有接触元件之间维持空间分离。在其他范例中，所述接触元件的至少部分可以在彼此上滑动。在又一范例中，所述多个接触元件可以经由在所述元件的相对分离的情况下应变的弹性耦合兼容地耦合到彼此。这可以提供将所述元件返回到初始配置的方便手段。在一些范例中，其可以加速元件的返回。
此外，根据这些范例中的任一个，所述皮肤接触元件可以被调整，使得任何两个接触元件之间的最大引起分离是极其小的(例如<<0.1mm)。这将确保在元件的相对扩展(以便引起皮肤伸展)的情况下，可以避免所谓的“凸起”效应，其中，皮肤突起到元件之间的间隙中。这样的凸起或者突起可以导致用户的不舒适，因为在再次将所述元件带到一起的情况下，凸起的皮肤区可以变得陷入近邻元件之间，这导致所述皮肤的挤压。通过保持最大分离距离-以及最大接触元件外部扩展-足够小，可以避免凸起。
在相关以上范例中，已经在一般意义上描述了反应材料。然而，在更多特定范例中，电活性聚合物材料可以被用作响应材料。
根据至少一组实施例，所述摩擦控制设备还可以包括控制器，所述控制器适于控制所述致动器组件以对所述表面部分之间的周期性相对分离进行致动，使得所述相对分离随时间周期性地变化。通过周期性地对所述表面区域进行致动以在适合的频率处彼此分离(增加其相对分离距离)，一个能够允许所述接触表面装置在人类组织的区上的相对任意停止-开始全局运动，同时确保无论何时运动停止，所述表面装置与所述组织之间的减少的静摩擦。
根据一组范例，所述摩擦控制设备还可以包括控制器，所述控制器适于控制所述致动器组件以根据所述接收表面与所述接触表面区域之间的静摩擦的系数并且还基于所述接收表面的弹性模量来对幅度的表面区域之间的相对分离进行致动。所述设备还可以包括一个或多个传感器，以用于检测所述人类组织接收表面的弹性模量或者用于检测适于确定弹性模量的一个或多个其他参数。所述设备还可以包括适于检测一个或多个表面参数的传感器，其尤其适于确定所述接收表面与所述接触表面区域之间的静摩擦的系数。
根据一个或多个范例，所述设备还可以包括用于检测所述设备与所述人类组织接收表面的接触的传感器。还可以存在适于响应于人类组织接触的检测而起始所述接触表面区域的分离的控制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种剃须刀或者修剪器，包括用于接触用户的皮肤的头部部分，所述头部部分包括根据任一前述权利要求所述的摩擦控制设备。
根据本发明的另一方面，提供了一种控制跨接触表面装置与外部主体的接收表面之间的界面的静摩擦的方法，所述接触表面装置包括用于与外部主体的所述接收表面接触的多个接触表面区域，所述方法包括：
根据所述接收表面的弹性和所述接收表面的一个或多个表面性质对所述接触表面区域的相对分离进行致动，使得分离的程度匹配或者超过在跨所述界面的静摩擦力没有被克服的情况下能够经由接触表面施加到接收表面的分离的程度。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的范例，其中：
图1示意性地图示了横向力到人类组织层的施加以及遭遇的相关联的静摩擦力；
图2示意性地图示了横向力到人类组织层的施加以及遭遇的相关联的静摩擦力，其中，该层已经根据本发明的实施例伸展；
图3示意性地描绘了包括如被并入在本发明的实施例内的多个接触表面区域的范例单一柔性层；
图4示意性地描绘了已经伸展以分离多个接触表面区域的范例单一柔性层；
图5示意性地图示了柔性接触层的接触表面与人类组织接收表面之间的建模物理相互作用；
图6示出了图示所要求的必要的应变在人类组织接收表面内被引起以便起始滑动的状态的图形；
图7示意性地图示了被夹紧的范例电活性聚合物层；
图8示意性地图示了未被夹紧的范例电活性聚合层；
图9示意性地描绘了如被并入在剃须刀头部内的第一范例摩擦控制设备的下侧视图；
图10示意性地描绘了第一范例摩擦控制设备的截面视图；
图11示意性地描绘了具有环形形状的范例柔性接触层；
图12示意性地描绘了如被并入在剃须刀头部内的第二范例摩擦控制设备；
图13示意性地描绘了如被并入在剃须刀头部内的第三范例摩擦控制设备，所述设备包括外部致动器的布置；
图14示意性地描绘了第四范例摩擦控制设备，包括多个不同的接触元件；并且
图15示意性地描绘了如被并入在剃须刀头部内的第五范例摩擦控制设备。
具体实施方式
本发明提供了摩擦控制设备，其适于引起设备被应用到的人类组织表面内的横向应变(或者伸展)，以便从而减少设备与人类组织表面之间的静摩擦。应变借助于致动器装置被引起，所述致动器装置适于实现设备的多个接触表面区域的相对分离，使得当所述区域被按压到接收表面上时，相对分离引起至少落在施加的区域的位置之间的接收表面的区域中的应变。
如上文所解释的，设备具有在皮肤接触设备的情况下的具体应用，其中，静摩擦的受控降低可以减少皮肤损伤或者皮肤刺激。与皮肤的界面处的表面静摩擦通常是高的，从而需要施加相对大的力将其克服，并且还引起皮肤与下层的表面组织的不期望地大的位移。在克服静摩擦并且起始设备的运动中引起的表面磨损能够引起皮肤刺激。皮肤与下层组织的大位移可以引起皮肤的损伤或者发炎。
图1示意性地图示了借助于刚性接触表面16将横向力24施加到人类皮肤组织18的主体，以便将表面移动到组织的主体上。如所示的，人类组织上的接触表面16的运动由跨两者之间的界面26起作用的静摩擦力抵抗。刚性接触表面16与硬上皮层18直接接触。如所图示的，施加的横向力引起上皮18在施加的力24的方向上的位移，其引起位于下面的软组织20的主体的对应的伸展或者应变。
通过图1的右手边上示出的图形图示了根据时间28(或者刚性接触表面16的滑动距离)跨界面26施加的抵抗性摩擦力30的幅度。如所示的，刚性接触表面16的初始运动的开始需要将大的横向力施加到上皮18以便完全地克服抵抗性静摩擦力。然而，如可以进一步从图形看到的，接触表面16在上皮上的连续运动或者滑动由表面摩擦力的连续返回阻碍，所述表面摩擦力随着刚性接触层重复地被迫使停止和开始而在幅度中振荡。每次停止需要重新施加初始大力以便克服摩擦阻力并且重新开始运动。该效果被称为“粘滑”。
相反，图2示意性地图示了借助于接触表面16将横向力施加到人类组织18的主体，其中，上皮18的接收表面处于根据本发明的实施例伸展的状态以便实现滑动的状态。在这种情况下伸展可以被假定为通过接触表面16的扩展来实现(如相对于以上多个范例所描述的)。然而，证明效果不限于这样的情况，并且可以同样地使用伸展的任何手段。
如在图2的对应的图形中所示的，在这种情况下与运动的起始相反的抵抗性摩擦力30的幅度(其中，表面正被应变)显著地降低，这意味着可以通过显著降低的幅度的初始力的施加来实现运动。这降低任何结果组织损伤或者皮肤刺激的可能性或者至少敏锐度。
图2的图形还图示了，与图1的情形相反，在克服以起始运动时，抵抗性摩擦力不继续循环地返回而是保持在恒定(低)水平处。结果，避免了粘滑的现象。
尽管图1和图2图示了通过参考皮肤18、20的主体由本发明克服的问题，但是应理解，本发明不限于与皮肤组织一起使用，并且应完全地预期到，本发明可以以同样的优点应用到人类组织的任何其他主体。这可以包括例如内部组织，诸如动脉、食管或肠壁或内部器官的组织。
图3和图4示意性地图示了根据本发明的一个或多个实施例的第一范例摩擦控制设备。设备包括由柔性材料形成的单一层44，其适于适应沿着与由层的下主要表面46定义的平面平行的方向从层向外的横向伸展。
层的下主要表面46定义用于与人类组织的接收表面接触的接触表面。接触表面46可以被理解为概念性地划分为任意地定义的接触表面区域40的布置。在这种情况下，接触表面区域被定义从而形成空间地分离的区域的规则阵列。
图3和图4分别图示了处于初始未变形的状态和稍后变形(伸展)状态下的单一层44。如所示的，在稍后伸展状态下，多个接触表面区域40中的每个之间的分离距离d增加(到d+Δd)。当在层正被应用到人类组织的主体的接收表面的同时减少层的该伸展时，多个接触表面区域的相对分离引起接收表面的对应的伸展。相对分离的幅度被控制从而引起等于或大于在两个表面之间的静摩擦力被克服(并且因此滑动的状态被实现)之前可以适应的幅度的幅度的接收表面中的应变。
如上文所讨论的，引起跨接收表面18的滑动的状态所必要的接触表面区域40的相对分离的幅度可以被理解为取决于人类组织接收表面的弹性和接收表面与接触表面区域40之间的静摩擦的系数两者。必要的分离量可以借助于将人类组织接收表面18描述为具有弹性模量E的弹性层的简单(理想化)模型来估计。
在图5中图示了如应用到图3和图4的实施例的模型，其中，接触表面区域由单个柔性单一层44包括。此处，柔性单一层44类似地被建模为弹性层，与跨具有静摩擦的系数μs并且被加载有正常施加力Fn的界面的人类组织接收表面18接触。
单一层被建模为具有施加的剪切(平面内)应变ε。假定单一层44和接收表面18两者可以仅在平面内变形(即，在与由层的主要表面定义/与层的主要表面平行的平面平行的方向上)。由于两个层之间的界面静摩擦力，因此人类组织接收表面跟随柔性单一层44的扩展，从而类似地在接收表面中引起应变ε。
接收表面继续仅跟随柔性单一层的扩展，只要在接收表面内建立的剪切张力不超过跨两个层之间的界面施加的静摩擦力。一旦张力超过摩擦力的幅度，滑动就将发生，因为层18中建立的弹性张力将克服摩擦力并且使得层能够简单地在扩展的单一层的表面上滑动。
人类组织接收表面18被建模为具有诱导应力σ。跨层呈现的对应的张力FT可以因此被采取为FT＝σhw，其中，h和w相应地是接收表面18的高度和宽度。呈现的静摩擦力可以被采取为具有值Fμ＝μsFn。对滑动的要求因此可以被陈述为：
σhw>μs Fn (1)
由于人类组织接收表面18具有弹性模量E，并且由于E＝σ/ε，因此不等式(1)可以被表达为：
不等式(2)描述了要在人类组织接收表面18内引起的需要的应变以便根据接收表面的弹性和接收表面与扩展的接触表面装置44之间的静摩擦的系数来起始滑动。
模型基于简化假设：应变ε和剪切应力σ跨人类组织接收表面粗略地均匀地被施加，并且类似地应变跨柔性单一层粗略地均匀地引起。
应注意，不等式(2)还可以通过使用以下事实导出：在静摩擦的情况下，摩擦力μsFn等于柔性单一层44中引起的张力τwL。因此，不等式(1)可以被表达为σhw>τwL。一个然后可以应用以下事实：σ＝Eε并且τ＝μsFn/wL。不等式(2)然后直接地跟随。
模型还假定柔性单一层44的弹性模量显著地大于人类组织接收表面18的弹性模量。实际上，假定单一层44具有至少大于接收表面18的弹性模量的数量级的弹性模量。两个层的硬度中的不一致确保给出引起的应变的较大应力总是在柔性单一层中引起，以及人类组织接收表面中的较小的应力。这确保滑动点处的机械稳定***，因为没有过度应变建立在任一层中-其中，通过“过度应变”意指大于层的弹性模量和在其内引起的应变的积的应力。在人类组织层比扩展层44具有更大的硬度的情况下，然后过度应变将在扩展层中建立，从而潜在地导致滑动点处的层的突然快速扩展的发生，因为过度(向外定向的)张力被释放。
然而尽管如此，在柔性单一层44比人类组织接收表面18具有更低的弹性模量的情况下仍然能够实现表面钉扎的期望的破坏和静摩擦的降低。然而，在这种情况下，在确定针对滑动的条件时，应当考虑柔性单一层的弹性模量E’和尺寸w’、h’而不是人类组织接收表面的那些。在这种情况下，在柔性单一层内建立的压力σ’提供极限条件而不是应变。结果是针对滑动的起始的以下条件：
应当强调，尽管已经依据包括多个接触表面区域40的单个单一层44的扩展构架了以上模型，但是模型绝不限于该实施例。例如，其还可以被应用到其中多个接触表面区域40由多个空间分离的接触元件包括的实施例。(下面还将更详细地描述这样的实施例)。
模型可以因此是广义的，并且依据其最宽广的意义上理解的摩擦控制设备的接触表面区域40之间的分离距离d中的要求的增加被重新构架。由于接触表面区域的分离精确地反映接收表面的应变(至少同时静摩擦力未被克服)，因此应变ε可以同样地被理解为涉及多个接触表面区域40(的至少子集)中的每个之间的分离距离Δdprop中的比例改变。通过分离中的比例改变，意指分离距离中的绝对改变除以原始分离距离：
其中，Δd＝分离距离中的绝对改变，df＝最终分离距离，并且di＝初始分离距离。
需要在人类组织接收表面中引起以起始滑动的条件的典型应变值是借助于现实世界材料(包括响应材料)容易地可实现的值。
图6示出了图示能够必须要引起的多个范例应变值的图形，每个对应于假定物理和几何条件的特定谱或者带。y轴表示跨材料界面施加的摩擦阻力-等于μsFn(Netwons)。x轴表示接收表面内的弹性阻力-等于Ewh(Netwons)。图形上的每条曲线对应于特定(范例)应变值，其对于引起由沿着该线的点表示的特定物理情形中的任何的滑动而言将是必要的。
这从以上等式(2)得出，其示出了任何情形中的所需的应变大于μsFn/Ewh，即，图6的图形中的任何线或曲线的梯度。
所指示的曲线纯粹通过图示被示出为应变值，所述应变值对于使用常见材料(包括常见响应材料)实现而言是现实和可行的。当然，任何数量的不同的曲线也可以被添加到图形，位于所示的那些曲线之间，每个表示可行应变的不同值。示出的具体曲线仅仅证明概念。
从左到右，第一曲线(或者带)对应于引起滑动所需的应变将是0.1的情形，第二曲线对应于所需应变是0.01的情形，第三曲线对应于所需应变是1x10-3的情形，第四曲线对应于1x10-4的应变并且第五曲线对应于1x10-5的应变。
通过范例，弹性E＝106Pa和截面面积＝1x10-4m的湿皮肤表皮的典型层具有1N的弹性阻力(采取w*h＝截面面积)。使用图6的图形，可以看到，如果材料界面处的μsFn具有0.1N的值，则可以在0.1(例如)的引起的应变处跨这样的层引起滑动。同样地，在针对界面的μsFn的值等于0.01N的情况下，可以在0.01的引起的应变处引起滑动(再次，例如)。
μsFn的这些值在现实世界情形下是完全可行并且现实的，如为0.1和0.11的应变值。
为了给出第二范例，弹性E＝109Pa和截面面积＝1x10-7m的干皮肤表皮的典型层具有100N的弹性阻力(采取w*h＝截面面积)。根据图形，可以看到，可以在具有0.001的引起的应变(如果μsFn＝0.1)或者0.01的应变(如果μsFn＝1)或者0.0001的应变(如果μsFn＝0.01)的该情形下引起滑动。再次，这些数字纯粹是示范性的并且仅通过概念的图示给出。
如先前部分中所讨论的，柔性单一层44的伸展或者扩展可以根据多个不同的机构实现。
根据至少一组实施例，层44可以包括适于响应于电刺激的施加而扩展的电活性聚合物(EAP)材料。电活性聚合物(EAP)是电敏材料的领域内的新兴材料类。EAP更宽广地可以被用作传感器和致动器两者并且可以容易地制造为允许容易集成到各种各样的***中的各种形状。
材料已经被研发有在过去十年已经显著地改进的特性，诸如应力和应变。技术风险已经降低到用于产品开发的可接受的水平，使得EAP在商业上和在技术上正变得越来越感兴趣。EAP的优点包括低功率、小形状因子、灵活性、无噪声操作、准确度、高分辨率的可能性、快速响应时间和循环驱动。
EAP设备可以被使用在其中部件或者特征的小量的移动基于电致动而是期望的任何应用中。类似地，技术可以被用于感测小移动。本发明具体地涉及致动器。
EAP的使用实现之前不可能的功能，或者提供超过常见致动器解决方案的大的优点，因为与常见致动器相比较的小体积和薄形状因子中的相对地大的变形和力的组合。EAP还给出无噪声操作、准确的电子控制、快速响应和大范围的可能致动频率，诸如0-1MHz，最典型地低于10kHz。
使用电活性聚合物的设备可以细分为场驱动材料和离子驱动材料。
场驱动EAP的范例包括压电聚合物、电致伸缩聚合物(诸如基于PVDF的弛豫铁电体聚合物)和介电弹性体。其他范例包括电致伸缩接枝聚合物、电致伸缩纸、驻极体、电致伸缩弹性体和液晶弹性体。
离子驱动EAP的范例是共轭/导电聚合物、离子聚合物金属复合物(IPMC)和碳纳米管(CNT)。其他范例包括离子聚合物凝胶。
场驱动EAP通过直接机电耦合由电场致动。其通常要求高场(伏特每米)但是低电流。聚合物层通常薄以将驱动电压保持为尽可能低。
离子EAP由离子和/或溶剂的电感应传输激励。其通常要求低电压但是高电流。其要求液体/凝胶电解质介质(但是一些材料***还可以使用固态电解质操作)。
这两类EAP具有多个家族成员，每个具有其自身的优点和缺点。
场驱动EAP的第一显著子类是压电和电致伸缩聚合物。尽管常规压电聚合物的机电性能是有限的，但是在改进该性能中的突破已经导致PVDF弛豫铁电体聚合物，其示出自发电极化(场驱动对齐)。这些材料可以针对应变方向中的经改进的性能而被预应变(预应变实现更好的分子对齐)。通常，使用金属电极，因为应变通常在中等制度(1-5％)中。还可以使用其他类型的电极(诸如导电聚合物、基于碳黑的油、凝胶或弹性体等)。电极可以是连续的或分段的。
场驱动EAP的另一感兴趣子类是电介质弹性体的。该材料的薄膜可以夹紧在柔顺电极之间，从而形成平行板电容器。在电介质弹性体的情况下，由施加电场引起的Maxwell应力导致膜上的应力，这使得其在厚度中收缩并且在面积中扩展。应变性能通常通过使弹性体预应变来扩大(需要帧保持预应变)。应变可以是应考虑的(10-300％)。这还约束可以使用的电极的类型：对于低和中等应变而言，可以考虑金属电极和导电聚合物电极，对于高应变制度而言，通常使用基于碳黑的油、凝胶或弹性体。电极可以是连续的或分段的。
离子EAP的第一显著子类是离子聚合物金属复合物(IPMC)。IPMC包括层压在两个薄金属或基于碳的电极之间的溶剂膨胀离子交换膜并且需要电解质的使用。典型电极材料是Pt、Gd、CNT、CP、Pd。典型电解质是基于Li+和Na+水的溶液。当场被施加时，阳离子通常与水一起行进到阴极侧。这导致亲水团簇的重新组织和聚合物膨胀。阴极区中的应变导致聚合物基体的剩余部分中的应变，从而导致朝向阳极的弯曲。反转施加电压使弯曲反转。公知的聚合物膜是和
离子聚合物的另一显著子类是共轭/导电聚合物。共轭聚合物致动器通常包括由两层共轭聚合物夹住的电解质。电解质被用于改变氧化状态。当电势通过电解质被施加到聚合物时，电子被添加到聚合物或从聚合物移除，从而驱动氧化和还原。还原导致扩展中的收缩、氧化。
在一些情况下，当聚合物自身缺乏足够的导电性(逐尺寸)时，添加薄膜电极。电解质可以是液体、凝胶或固体材料(即，高分子重量聚合物和金属盐的复合物)。最常见的共轭聚合物是聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANi)和聚噻吩(PTh)。
致动器还可以由电解质中悬浮的碳纳米管(CNT)形成。电解质形成具有纳米管的双层，从而允许电荷的注射。该双层电荷注射被认为是CNT致动器中的主要机构。CNT充当具有注射到CNT中的电荷的电极电容器，其然后通过由电解质到CNT表面的移动形成的电学双层平衡。改变碳原子上的电荷导致C-C键长度的改变。结果，可以观察单个CNT的扩张和收缩。
图7和图8示出了针对EAP设备的两个可能操作模式。
设备包括被夹紧在电活性聚合物层14的相对侧的电极10、12之间的电活性聚合物层14。
图7示出了未夹住的设备。电压被用于使得电活性聚合物层在如所示的所有方向上扩展。
图8示出了被设计使得扩展仅在一个方向上产生的设备。设备由载体层16支持。电压被用于使得电活性聚合物层弯曲或者变弯。
图8的范例还可以被夹住以提供在平面内但是仅在单个方向上扩展的层。
同时，电极、电活性聚合物层和载体可以被认为是构成总体电活性聚合物结构。
该移动的属性例如产生于当被致动时扩展的主动层与被动载体层之间的相互作用。为了获得如所示的轴的非对称曲线，可以例如应用分子取向(薄膜伸展)，从而迫使一个方向上的移动。
一个方向上的扩展可以产生于EAP聚合物中的非对称性，或者其可以产生于载体层的性质中的非对称性或两者的组合。
EAP可以因此适于以关于横向地扩展的这样的方式响应于电刺激的施加而变形(即，沿着与由柔性单一层44定义的平面平行的至少一个方向)。
通过图示，图9示出了如被并入在剃须刀修剪器头部58内的EAP单一柔性层44的鸟瞰(下侧)视图。图10示出了相同EAP层44的(侧)截面视图。当在使用中时，剃须刀修剪器头部通常可以在其在皮肤的大区上滑动时经历显著的全局运动。出于本范例的目的，假定剃须刀头部的全局运动跟随双向箭头62。
在操作中，EAP层44被电刺激以在平面内变形，从而生成沿着一个方向的横向向外扩展。通过“一个方向”意指沿着一个维度，其中，层可以实际上在沿着该维度的正和负方向两者上扩展，如在图9中所指示的。在范例中，扩展可以平行或者垂直于全局滑动方向62，例如取决于设备的形状因子。对于图9和图10的范例，扩展被示出为垂直于全局滑动方向。
任选地，EAP层可以被提供有圆形边缘，或者可以弯曲，从而防止对着例如人类组织接收表面18中的头发、皮肤不规则性或者头波的EAP的边缘的(出平面)锁定。
EAP层的平面内扩展引起跨接收表面的滑动的状态，从而使得剃须刀头部的全局滑动或者滑移能够跨呈现显著地减少的静摩擦的界面发生。根据特定范例，任一侧上的层60的扩展可以在近似100-500μm之间。这些附图纯粹通过图示给出并且不需要用于实施例的实现。
根据范例，EAP层44可以被刺激以在全局运动的开始的情况下变形。在这种情况下，摩擦控制设备还可以包括用于感测运动的开始的传感器，以及适于通过刺激要扩展的EAP层44对由传感器所生成的感测信号作出响应。仅通过范例，适合的传感器包括加速度计、光传感器和/或压力传感器。
根据其他范例，EAP层44可以被刺激以在时间上循环地或周期性地变形，即，以给定频率振动或者振荡。适合的频率可以包括-仅通过范例-在1-5Hz之间(优选地1-2Hz之间)的低频率。在这种情况下，可以提供控制器，所述控制器被配置为以适合的频率将时间周期性电刺激施加到EAP层44，从而引起振动。
图10示出了摩擦控制设备的侧截面视图。EAP层44被安装在低摩擦线性支持承载结构59内。固定元件68提供用于将EAP层固定到承载结构的耦合或者固定模块。该元件可以是线性支持结构58的部分或被用于将两者保持在一起的分离的元件。
线性支持结构防止变形期间和之后两者的EAP层的天线潜在弯曲。然而，通过代替地预应变EAP层并且利用弹性连接夹紧或以其他方式固定每端，这样的结构可以根据特定实施例来避免。刺激EAP使层伸展，但是层保持在张力中，从而减少弯曲的风险。
尽管在图9和图10的范例中，使用电活动聚合物的矩形层，但是在其他范例中，代替地可以使用EAP层的备选形状和形式。图11示出了例如具有环形形状的示范性EAP层。如由箭头72所示的，在该范例中，环形EAP层44适于沿着径向方向扩展。这样的形状可以例如对于包括圆形修剪器头部的旋转剃须刀内的应用而言是有利的。在这种情况下，扩展72可以适于垂直于修剪器刀片的圆形运动，或者与用户的皮肤上的修剪器头部的全局运动垂直或者平行。
图12示出了如被并入在剃须刀头部58内的EAP层44的第二范例。该范例功能上类似于图9和图10的范例，但是包括适于经历两个正交方向上的平面内扩展的EAP层。双向扩展可以提供与单向扩展相比较经改进的效率，因为特定锁定表面特征(诸如头发或者皮肤线)可以对在仅一个方向上的扩展不敏感。
适于EAP层的材料是已知的。电活性聚合物包括但不限于以下子类：压电聚合物、机电聚合物、弛豫铁电聚合物、电致伸缩聚合物、电介质弹性体、液晶弹性体、共轭聚合物、离子聚合物金属复合物、离子凝胶和聚合物凝胶。
子类电致伸缩聚合物包括但不限于：
聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TiFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯(PVDF-TrFE-CFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯三氟乙烯(PVDF-TrFE-CTFE)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚氨酯或其混合物。
子类电介质弹性体包括但不限于：
丙烯酸酯、聚氨酯、硅树脂。
子类共轭聚合物包括但不限于：
聚吡咯、聚3，4-乙撑二氧噻吩、聚对亚苯硫醚、聚苯胺。
离子设备可以基于离子聚合物-金属复合物(IPMC)或共轭聚合物。离子聚合物-金属复合物(IPMC)是在施加电压或电场下显示人造肌肉行为的合成复合纳米材料。
更详细地，IPMC包括如Nafion或Flemion的离子聚合物，其表面被化学电镀或物理涂覆有导体，诸如铂或金或基于碳的电极。在施加电压下，由于跨IPMC的条带的施加电压的离子迁移和重新分布导致弯曲的变形。聚合物是溶剂膨胀离子交换聚合物膜。场使得阳离子与水一起行进到阴极侧。这导致亲水团簇的重新组织和聚合物膨胀。阴极区中的应变导致聚合物基体的剩余部分中的应变，从而导致朝向阳极的弯曲。反转施加电压使弯曲反向。
如果电镀电极被布置在非对称配置中，施加电压可以引起所有种类的变形，诸如扭曲、旋转、扭转、转动和非对称弯曲变形。
在所有这些范例中，额外被动层可以被提供用于响应于施加电场而影响EAP层的电学和/或机械行为。
每个单元的EAP层可以被夹紧在电极之间。电极可以是可伸缩的，使得其跟随EAP材料层的变形。适于电极的材料也是已知的，并且可以从包括以下各项的组中选择：薄金属膜，诸如金、铜或铝；或有机导体，诸如碳黑、碳纳米管、石墨烯、聚苯胺(PANI)、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)，例如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS))。还可以使用金属化聚酯膜，诸如金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如使用铝涂层。使用EAP来提供如在图3和图4的范例中所示的扩展层不是实质性的。根据备选范例的至少一个集合，可以提供包括不同的各种响应材料的扩展层。响应材料的其他范例包括形状记忆合金，其具有响应于热刺激的施加而变形以采用特定记忆形状的性质。在范例中，热刺激可以借助于专用加热元件施加，或者可以通过将电流直接施加到形状记忆合金通过焦耳加热来实现。
其他范例包括：磁形变材料，其适于响应于特定磁刺激的施加而变形；光机械材料，其适于响应于改变光水平而改变形状；以及pH光敏聚合物。各种其他材料还将由本领域的技术人员容易地已知和理解，每个材料适于响应于电子、磁性或电磁刺激中的任一个的施加而变形。
如由图9-12的说明性范例实现的本发明的概念不必限于使用响应材料促进单一柔性层44的扩展。根据至少一组备选范例，单一柔性层可以结合机械致动器的布置被提供，其被配置为操纵层以在与由层定义的平面平行的方向上引起跨其的应变。
这样的实施例的一个范例被示出在图13中，图13示意性地图示了如被并入在剃须刀设备的头部58内的范例摩擦控制设备。摩擦控制设备包括位于修剪器刀片74的两个平行排之间的被动弹性层44。弹性层44在每端处被耦合到相应的外部致动器元件78。致动器元件可操作以在被动弹性层44中的每个处施加相应的相对横向力，从而引起跨横向方向的层的伸展。
在又一范例中，致动器78可以可操作以均在两个方向上施加力，从而引起跨层的双向剪切应变(平行于由层定义的平面的两个正交方向)。
在又一范例中，超过两个致动器78可以被提供以便引起多个平面内方向上的应变。
外部致动器可以包括机械或者机电致动器，或者可以包括致动构件，所述致动构件包括响应材料，所述响应材料适于以这样的方式响应于刺激而变形：将相反向外力施加到层44并且引起横向剪切应变。
而根据又一范例，外部致动器78可以被替换或者被并入在能量传输机构内，所述能量传输机构适于利用由剃须刀刀片74生成或者实现的动能以便引起层44的横向伸展。
被动弹性层44的适合的材料包括(仅通过范例)具有低摩擦表面纹理的硅弹性体材料，或者具有伸展性和低表面摩擦的组合性质的纺织材料。
在上文所描述的实施例中的每个中，接触表面装置已经被提供为由单个单一表面44包括，单一表面44适于扩展或者被扩展以便从而引起多个接触表面区域40之间的相对分离。然而，根据另一组范例，多个接触表面区域可以由多个不同的空间地分离的接触元件的接触表面提供。
图14示出了这样的实施例的一个简单范例。装置包括接触元件82的阵列，所述接触元件被机械地耦合到柔性层45的下主要表面。每个接触元件82包括下接触表面。多个元件的接触表面形成针对设备的接触表面装置。
层45适于被扩展-借助于外部致动器(未示出)的布置或者借助于被并入在层内的响应材料-从而引起沿着层的至少一个方向的平面内应变。应变引起机械地耦合的接触元件82的相对分离，以及因此元件82的多个接触表面的分离。
元件82可以是非常小的、微尺寸的元件。这可以增加元件与人类组织接收表面之间的界面处的剪切应变。
如在图14的右手边所示，多个接触元件可以根据多个不同的配置来布置。具体地，接触元件82可以1)被布置为使得甚至当柔性层未扩展时在它们之间维持小空间分离；2)被布置为使得元件能够在某种程度上在彼此上移动或者滑动；或者3)被布置为具有随着元件的相对移动而应变的它们之间的柔顺连接。
包括多个接触元件的布置的优点是皮肤接触材料的材料性质的大选择程度。例如，可以使用亲水性或者疏水性材料，或者具有特定表面抛光的材料。
尽管图14的装置示出了被耦合到扩展柔性层的多个接触元件，但是元件根据其他范例可以机械地安装，使得其可以相对于彼此移动。这可以使装置(2)更可行。
根据另一组实施例，可以提供包括两个扩展表面元件的组件的摩擦控制设备，所述两个扩展表面元件被配置为一致扩展以便引起人类组织接触区域内的应变。图15示出了这样的装置的范例。
在以上范例中，其中，利用扩展(单一)层44，人类组织的扩展仅通过使用单个扩展元件引起。然而，对于许多应用而言，能够需要或者期望引起跨人类组织的相对大的区的应变。在这样的情况下，单个扩展元件44可以是不切实际的、低效或者不期望地昂贵的。这对于利用EAP扩展层的实施例而言尤其如此。
此外，单个扩展层变得越大，需要将扩展层应用到人类组织表面以便维持有效接触的法向力越大。这继而增加需要跨扩展层引起以便使下面的皮肤伸展的必要的张力。这些因子可以增加设备的操作的复杂性(因为难以在这样的宽区上均匀地维持这样的力)以及引起皮肤刺激或者损伤的风险两者。
为了克服这些问题，由图15的范例所图示的实施例包括位于两组平行切割刀片74之间的剃须刀头部单元58的两端中的每个处的两个扩展EAP元件78的组件。这样的装置减少被施加到剃须刀被应用到的皮肤接收表面的正常压力。其因此还减少必须要跨层78引起以便实现下面的皮肤的扩展的张力。
根据该实施例，还可以提供一种控制器，所述控制器被配置为将同步的控制信号提供到两个扩展元件78，以便引起两个元件的同时和互补扩展(即，以确保元件同时扩展和收缩)。此外，控制器可以控制应用的信号，从而确保两个元件78的相应扩展在相反(即，互补)方向上。
对于本发明的实施例，产品的主要功能依赖于人类组织的(局部)操纵或者组织接触界面的致动。在这样的应用中，EAP致动器例如提供唯一益处，这主要地因为小形状因子、灵活性和高能量密度。因此，EAP和光敏聚合物可以容易地被集成在软3D形状和/或小型产品和接口中以便提供所需的摩擦控制功能。
如上文所描述的具有自适应剃须头部的剃须刀的范例仅是一个可能的范例。这样的应用的其他范例是：
具有患者接口面罩的呼吸设备，所述患者接口面罩具有基于响应聚合物的活性垫或者密封，以提供减少的皮肤干扰；
经由被集成在用户接口中或附近的响应聚合物换能器阵列提供局部触觉反馈的消费者电子设备或触摸面板；
具有摩擦控制表面的导管，以通过诸如动脉或者消化***的解剖学腔来提供导管的平滑滑动。
通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于施加到人类组织接收表面(18)的摩擦控制设备，所述设备适于建立具有减少的静摩擦的与所述接收表面的界面，所述设备包括：
接触表面装置，其包括用于与所述接收表面(18)接触的多个接触表面区域(40)；以及
致动器组件，其适于根据所述接收表面(18)的弹性和所述接收表面的一个或多个表面性质来控制所述接触表面区域(40)的相对分离，使得分离的程度匹配或者超过在跨所述界面的静摩擦力没有被克服的情况下能够经由所述接触表面区域施加到所述接收表面的分离的程度。
2.根据权利要求1所述的摩擦控制设备，其中，所述致动器组件适于根据所述接触表面区域与所述接收表面(18)之间的静摩擦的系数和所述接收表面的弹性模量来控制所述接触表面区域(40)的相对分离。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦控制设备，其中，所述致动器组件适于控制所述接触表面区域(40)之间的所述相对分离，从而从第一分离距离增加到第二分离距离，其中，所述第二距离与所述第一距离的比率是：
在1.001与1.01之间；或者
在1.01与1.1之间；或者
大于1.1。
4.根据任一前述权利要求所述的摩擦控制设备，其中，所述多个接触表面区域(40)是单一柔性层(44)的平坦表面的区域，并且其中，所述致动器组件适于在与所述平面平行的方向上引起跨所述层的横向应变，从而对所述多个接触表面区域的分离进行致动。
5.根据权利要求4所述的摩擦控制设备，其中，所述致动器组件包括一个或多个响应材料部件，所述一个或多个响应材料部件适于响应于电刺激、热刺激、磁性刺激或者电磁刺激而变形。
6.根据权利要求5所述的摩擦控制设备，其中：
所述一个或多个响应材料部件被机械地耦合到所述柔性单一层(44)并且被配置为使得所述一个或多个响应材料部件的变形机械地操纵所述柔性单一层以呈现所述横向应变并且因此对所述柔性单一层的所述表面的所述多个接触表面区域(40)的分离进行致动；或者
所述致动器组件被并入在所述单一柔性层(44)内，所述层由响应材料形成，所述响应材料适于响应于施加的刺激而变形，以便因此在与所述平面平行的一个或多个方向上引起跨所述层的横向应变，并且因此对所述层的所述表面的所述多个接触表面区域(40)的分离进行致动。
7.根据权利要求4所述的摩擦控制设备，其中，所述致动器组件包括一个或多个机械致动器(78)，所述一个或多个机械致动器适于操纵所述单一柔性层(44)以在与由所述层定义的所述平面平行的方向上引起跨所述单一柔性层的横向应变，并且任选地，其中，
所述致动器组件包括能量传输机构，所述能量传输机构适于接收动能的外部源作为输入并且将所述动能转移到所述一个或多个机械致动器(78)中。
8.根据权利要求4-7中的任一项所述的摩擦控制设备，其中，所述致动器组件适于在与所述平面平行的两个正交方向上引起跨所述单一柔性层(44)的横向应变。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的摩擦控制设备，其中，所述接触表面装置包括多个空间地分离的接触元件(82)的表面。
10.根据权利要求9所述的摩擦控制设备，其中，所述致动器装置包括响应材料(45)的层，所述响应材料的层适于响应于电刺激、热刺激、磁性刺激或者电磁刺激而变形，所述变形在与由所述层定义的平面平行的方向上引起所述层中的横向应变，并且其中，所述多个接触元件(82)被耦合到所述层的表面，使得所述层的所述变形引起所述接触元件的所述相对分离。
11.根据权利要求10所述的摩擦控制设备，其中，所述致动器装置包括一个或多个机械致动器，所述一个或多个机械致动器适于物理地操纵所述多个接触元件(82)，以便引起所述多个接触元件之间的所述相对分离。
12.根据权利要求5-6或10中的任一项所述的摩擦控制设备，其中，所述响应材料包括电活性聚合物材料。
13.根据任一前述权利要求所述的摩擦控制设备，还包括控制器，所述控制器适于控制所述致动器组件以对所述接触表面区域之间的周期性相对分离进行致动，使得所述相对分离随时间周期性地变化。
14.一种剃须刀或者修剪器，包括用于接触用户的皮肤的头部部分(58)，所述头部部分包括根据任一前述权利要求所述的摩擦控制设备。
15.一种控制跨接触表面装置与人类组织接收表面(18)之间的界面的静摩擦的方法，所述接触表面装置包括用于与所述人类组织接收表面接触的多个接触表面区域(40)，所述方法包括：
根据所述接收表面(18)的弹性和所述接收表面的一个或多个表面性质来对所述接触表面区域(40)的相对分离进行致动，使得分离的程度匹配或者超过在跨所述界面的静摩擦力没有被克服的情况下能够经由所述接触表面区域施加到所述接收表面的分离的程度。
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