具体实施方式

用于描述特定实施例的术语不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另有明确的指明，否则单数形式“一”、“一个”和“这个”也旨在包括复数形式。术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个列出项目的任一组合和所有组合。应当理解，术语“包括”和/或“包含”指定了所述特征的存在，但不排除一个或多个其他特征的存在或添加。应当进一步理解，当方法的特定步骤被称为在另一步骤之后时，除非另有说明，否则该方法的特定步骤可以直接在所述另一步骤之后，或者可以在执行该特定步骤之前执行一个或多个中间步骤。同样，应当理解，在描述结构或部件之间的连接时，除非另有说明，否则可以直接建立该连接或者可以通过中间结构或中间部件来建立该连接。

在下文中，参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。在附图中，为了清楚起见，可能放大了系统、部件、层和区域的绝对尺寸和相对尺寸。可以参照本发明的可能理想化的实施例和中间结构的示意图和/或横截面图来描述实施例。在说明书和附图中，相同的数字始终是指相同的元件。相关术语及其派生词应被解释为是指如随后所描述的或所讨论的附图中所示的定向。这些相关术语是为了便于描述，除非另有说明，否则不要求系统以特定定向构造或运行。

图1A示意性地示出了用于通过吸力粘附到目标表面200的设备100的横截面视图。

在一些实施例中，设备100包括衬底20，衬底具有接触表面20a，接触表面用于将设备100接触到目标表面200。在所示的实施例中，袋状部10由袋状部表面10a形成，袋状部表面延伸(例如，凹入)到接触表面20a中。换句话说，袋状部10可以由凹入到接触表面20a中的区域形成。袋状部具有开口侧10b，开口侧在使用中可以面向目标表面200。以这种方式，目标表面可以将袋状部10封闭。

在一些实施例中，设备包括柔性膜15，柔性膜形成袋状部表面10a的至少一部分。在其他或进一步的实施例中，例如，如图所示，致动器40被整合为设备的一部分。在一个实施例中，致动器40被配置为致动柔性膜15。在优选实施例中，单向阀30延伸穿过袋状部表面10a。特别地，单向阀30优选地被配置为经由单向阀30将袋状部10的内容物引导到环境300。原则上，环境300可以由单向阀30的另一侧上的任何(足够大的)体积(例如，通常是设备的外部环境)形成。在优选实施例中，至少一个致动器40致动袋状部的柔性膜15，使得袋状部的内容物经由单向阀30被泵出。因此，可以建立和/或保持设备的接触表面20a和目标表面200之间的吸力。

在一些实施例中，目标表面200可以是(相对)平坦的表面。因此，接触表面20a可以是类似平坦的表面以用于邻接目标表面200。在其他或进一步的实施例中，例如，如图1B所示，目标表面200可以是弯曲的。因此，接触表面20a可以类似地弯曲和/或接触表面20a可以是柔性和/或弹性的，以使接触表面的形状符合不同目标表面的形状，不同目标表面的形状可以是弯曲的或具有任何其他形状。柔性通常被理解为材料在施加应力的影响下弹性变形，并且在移除应力时恢复到材料原始形状的能力。

在一些实施例中，衬底20形成为片状。例如，衬底20是可变形以适应接触表面20a的柔性片。在其他或进一步的实施例中，衬底20相对较薄和/或包括使得能够变形的相对柔性的材料。例如，衬底20具有小于一厘米、小于半厘米、小于三毫米、甚至更小(例如，介于0.1mm到2mm之间)的相对较低的厚度“Zs”。通常，衬底20或片具有相对较大的表面积，即，衬底或片沿其表面的尺寸远大于其厚度“Zs”，例如，衬底或片沿其表面的尺寸比其厚度“Zs”大十倍、百倍、千倍、甚至更大。当然，衬底20也可以具有其他形状因素。

通常，柔性膜15固定到衬底20。在一些实施例中，柔性膜15通过层压附接到衬底20。在其他或进一步的实施例中，柔性膜15可形成为衬底20的整体部分。例如，通过移除衬底20的一部分以挖出袋状部10来形成柔性膜15。替代地或附加地，具有柔性膜15的一个或多个袋状部10与衬底20一起(例如，通过模制)形成。此外，还可以设想将柔性膜15固定到衬底20的其他方式，例如，使用粘合剂、熔融等方式。在一些实施例中，衬底20和柔性膜15由相同的材料形成。替代地，衬底20可以是不同的材料。

当袋状部10被目标表面200封闭时，优选地，专用通道30p保持延伸穿过袋状部表面10a，该专用通道被配置为经由单向阀30将袋状部10的内容物引导到环境300。在所示的实施例中，粗点划线箭头用于表明从袋状部10经由通道30p穿过单向阀30到外部周围300的唯一(或优先)流动方向。在所示的实施例中，单向阀30延伸穿过柔性膜15，但是阀也可以延伸穿过袋状部表面10a的其他部分，如稍后例如参照图3A到图3B所述。

在一些实施例中，袋状部10可以充当用于袋状部的内容物(例如，空气或其他流体)的储存器。如本文所述，袋状部10包括袋状部表面10a，袋状部表面包围袋状部10。在一些实施例中，例如，如图所示，袋状部表面10a包括衬底20和柔性膜15，或者袋状部表面由衬底和柔性膜形成。在优选实施例中，柔性膜15与袋状部10b的开口侧相对。还可以设想其他相对的定位。在一些实施例中，例如，如图所示，例如，当单向阀30延伸穿过柔性膜15时，柔性膜15将袋状部10与环境300分开。

通常，单向阀可以被配置为使得内容物能够沿一个方向比沿另一方向更容易流动，在这种情况下，内容物从袋状部10向外流动到环境300比从环境300向内流动到袋状部10更容易。例如，沿进入袋状部10的方向的(流体)流动阻力远高于沿从袋状部10离开的方向的(流体)流动阻力，例如，沿进入袋状部的方向的(流体)流动阻力比沿从袋状部离开的方向的(流体)流动阻力高至少十倍，优选地至少五十倍，或一百倍。单向阀30越阻止流体流回到袋状部10中，越能更好地实现和/或保持袋状部10中的负压。在一些实施例中，单向阀30使得袋状部10的内容物能够仅沿一个方向流动穿过单向阀(即，流出到环境300)，同时基本上防止内容物沿另一方向流回单向阀(即，流入到袋状部中)。

在优选实施例中，例如，如图所示，单向阀30穿过柔性膜15形成。在其他或进一步的优选实施例中，单向阀30包括瓣片30f或者由瓣片形成，瓣片30f被配置为在空气沿从袋状部10离开的方向流动时打开从袋状部10离开的通道30p，以及在空气沿相反方向流动时关闭从袋状部离开的通道。例如，瓣片30f可以覆盖穿过柔性膜15的通道30p，例如，如图1A所示；或者覆盖从袋状部离开的另一通道，例如，如图3A所示。通常，瓣片沿柔性膜15的表面的尺寸“Df”大于瓣片所覆盖的通道的横截表面的尺寸“Dp”，例如，瓣片沿柔性膜的表面的尺寸“Df”比瓣片所覆盖的通道的横截表面的尺寸“Dp”大至少1.1倍或1.2倍，例如，大两倍或更多。在一些实施例中，瓣片包括或形成铰链30h的、将瓣片30f的一端附接到柔性膜或附接到衬底20的部分。瓣片的另一端可以邻接柔性膜(或衬底)的相对部分30s，该相对部分可以充当阀座，瓣片30f可以抵靠在该阀座上以关闭通道30p。在优选实施例中，柔性膜15和单向阀30的瓣片30f由相同的材料制成，例如，以避免摩擦电效应。

在一些实施例中，设备100在使用中可以接触目标表面200。因此，目标表面200可以至少部分地封闭设备的袋状部10b的开口侧。柔性膜15形成袋状部表面的至少一部分，柔性膜可以由致动器致动或以其他方式致动。以这种方式，膜可以有助于例如经由单向阀30将袋状部10的内容物引导到外部环境300。在其他或进一步的实施例中，设备100可以通过从环境300漏回到袋状部10中的空气来脱离或关闭。例如，一些泄漏可以穿过单向阀30、或穿过(可渗透的)柔性膜15、或以其他方式(例如，设备中的小开口)发生返回。在其他或进一步的实施例中，可以通过主动切换设备以打开袋状部(例如，切换单向阀30的运行)或使用单独的释放阀(未示出)来使设备脱离。

在优选实施例中，例如，如图1B所示，通过在袋状部10中形成或保持相对较低的压力“Pp”(例如，与环境压力“Px”相比)来实现设备100的吸力。在不受理论约束的情况下，环境300和袋状部10之间的压力差可以引起设备上的朝向目标表面200的净力。在所示的实施例中，柔性膜15被致动以振荡，同时形成袋状部表面10a的一部分。以这种方式，柔性膜15可以充当泵，该泵通过单向阀30将袋状部10的内容物(例如，空气)从袋状部10中推出。例如，单向阀30可以有助于在袋状部10内形成或保持相对较低的压力(与环境300相比)，从而使柔性膜15通过吸力粘附(粘贴)到目标表面200。

优选地，例如，考虑到空气可能漏回袋状部中，袋状部的体积“Vp”应该足够大，以使得袋状部10能够有效地用作空气储存器。例如，袋状部的体积“Vp”在立方毫米(mm³)的量级上或更小，例如，介于0.01mm³到100mm³之间，优选地介于0.05mm³到20mm³之间，例如，介于一立方毫米到十立方毫米之间。为了获得足够的体积，在一些实施例中，袋状部的深度“Zp”介于十微米到五毫米之间，优选地介于二十微米到二百微米之间，更优选地介于五十微米到一百微米之间。例如，袋状部的深度“Zp”可以由衬底20的厚度“Zs”确定或限制。通过保持袋状部的深度相对较低，衬底可以保持相对较薄，这可以有助于保持设备的适应性/柔性。当然，袋状部的体积“Vp”也可以与其直径有关，袋状部的直径可以与柔性膜15的直径相同。例如，柔性膜的直径“Dm”可以介于一百微米到五毫米之间，优选地介于三百微米到一毫米之间，例如为八百微米。在一些实施例中，柔性膜15的表面积在平方毫米(mm²)到一平方厘米(cm²)的量级上，例如，介于0.1mm²到1cm²之间，优选地介于0.5mm²到10mm²之间，例如，介于一平方毫米到五平方毫米之间。柔性膜15的表面积越大，柔性膜通过单向阀30从袋状部中向外部周围300推出的空气就越多。

在一个实施例中，例如，如图所示，柔性膜15被配置为在袋状部10的内部或附近以振幅“Am”振荡。在一些实施例中，柔性膜15的振荡的(最大)振幅“Am”在几微米的量级上，例如，介于10μm到1000μm之间，优选地介于五十微米到一百微米之间。在一些实施例中，柔性膜15的振幅“Am”与柔性膜15的表面积结合来确定柔性膜15从袋状部10中推出的空气量，即，袋状部的体积“Vp”。

优选地，柔性膜15具有相对较高的柔性、拉伸性和/或弹性以执行其功能，即，在振荡期间以相对较大的振幅“Am”扩展到袋状部10中以移除其内容物。优选地，柔性膜15比衬底20更柔韧，即，衬底与柔性膜15相比具有相对较低的抗弯刚度，例如，衬底的抗弯刚度比柔性膜的抗弯刚度至少低两倍、五倍、十倍或更多倍。通常，柔性膜15的抗弯刚度主要取决于其弹性模量和厚度。在一些实施例中，柔性膜15的弹性模量例如为小于五吉帕，例如介于0.01GPa(橡胶)到5GPa之间的杨氏模量。合适的材料可以例如包括聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的典型的杨氏模量介于2GPa到2.7GPa之间。其他或进一步的可能的柔性膜15材料可以包括例如聚萘二甲酸乙二醇酯PEN。该观点还可以特别为高伸展性材料(例如热塑性聚氨酯TPU)提供益处。例如，柔性膜15的杨氏模量可以小于一吉帕(例如，在25℃的室温下测量的)。

在一些实施例中，柔性膜15沿一个或多个(平面内)方向具有相对较高的拉伸性和/或弹性，以使得能够沿所述一个或多个方向扩展其尺寸(例如，长度)而不断裂；至少扩展1.1倍或1.2倍，例如，扩展高达两倍或更多倍。在其他或进一步的实施例中，柔性膜的厚度“Zm”介于一微米到一千微米之间，优选地介于十微米到两百微米之间，更优选地介于五十微米到一百微米之间。通过提供相对较小的柔性膜的厚度“Zm”(例如，十微米)，柔性膜15由于其抗弯刚度低，可以容易地被致动器40振动。替代地，较高的柔性膜的厚度“Zm”可以提供较低的柔性膜15的透气性。因此，可以在袋状部10中形成较高的负压以打开单向阀30。

在一些实施例中，柔性膜15的振幅“Am”由致动器40的频率“F”确定。在一个实施例中，致动器40的频率“F”是在一千赫到一兆赫的量级上，例如为一百千赫，致动器被配置为致动柔性膜15。在优选实施例中，致动器40以处于或接近柔性膜15的共振频率的频率“F”致动柔性膜15。在一些实施例中，例如，如图1A所示，致动器40设置在柔性膜15上。

在一些实施例中，例如，如图1B所示，设备100包括多个袋状部10，多个袋状部具有相应的柔性膜15和单向阀30。在一些实施例中，每个柔性膜15由相应的致动器40致动。在其他或进一步的实施例中，一个或多个致动器可以被配置为致动多个柔性膜15(未示出)。

在一些实施例中，有源部件50(例如，声学换能器)可以设置在袋状部10之间。有源部件50可以与致动一个或多个柔性膜15的一个或多个致动器40相同或不同。例如，有源部件50也可以是(单独的)声学部件，例如，用于检查目标表面200或者目标表面200下方的主体。还可以设想其他类型的有源部件50，例如发光设备、触敏设备等。

在优选实施例中，根据柔性膜的直径“Dm”和袋状部的体积“Vp”，袋状部10彼此远离设置，袋状部之间的距离“Dp”在几毫米到几厘米或更多的量级上。例如，如果袋状部的体积“Vp”在几立方微米到例如一立方毫米的量级上，那么可以提供许多袋状部10(例如，超过十个、二十个、五十个或甚至超过一百个(微小的)袋状部10)的矩阵以将设备100保持到目标表面200。替代地，如果每个袋状部的体积“Vp”在几立方毫米的量级上或甚至在立方厘米的量级上，则可能需要更少数量的袋状部10来保持设备100。

在优选实施例中，设备是用于与目标进行声学交互(例如检查主体)或与保持在设备上方的例如为手指的物体(图4B)进行交互的声学设备100。在一个实施例中，设备包括声学换能器50(声学换能器可以与致动器40分开，或与致动器相同)，声学换能器被配置为收发声学信号，以用于与目标进行声学交互(例如，经由接触表面20a对主体进行检查)，或与另一物体进行交互。在一些实施例中，单向阀30被配置为经由单向阀30引导袋状物10的内容物，用于在设备与目标进行声学交互期间将设备粘附到目标表面200。在一个实施例中，声学设备包括控制器，控制器用于控制致动器和/或声学换能器。在一些实施例中，控制器被配置为将电信号收发到声学换能器和/或从声学换能器收发电信号。在一个实施例中，电信号被配置为使换能器发射声波，该声波例如经由目标表面200进入主体，或者进入设备上方的空气中。在其他或进一步的实施例中，从换能器接收电信号。例如，由换能器接收的声波可以用于形成主体的(超声波)图像。如本文所述，主体可以是受试者的身体，以例如检查人体生理；或者是物体的主体，以例如检查结构的完整性。

图2A示出了实施例，在该实施例中，致动器40设置在衬底20上，致动器被配置为致动柔性膜15。优选地，膜15和相应的致动器40之间的距离“Da”相对较小，例如，小于一厘米、小于半厘米、或甚至小于一毫米(沿着衬底表面)。因此，柔性膜15与致动器40(直接或经由例如衬底20的中间结构)进行振动连通。

图2B示出了实施例，在该实施例中，致动器40包括压电层40L或由压电层40L形成，压电层粘附到柔性膜15。例如，致动可以通过压电层40L相对于柔性膜15的膨胀和/或收缩(例如，优选地沿着柔性膜15的表面)来实现。例如，柔性膜15和压电层40L的叠层可以作为所述相应的膨胀和/或收缩的结果来进行变形。在另一或进一步的实施例中，设备进一步包括控制器4C，控制器被配置为对压电层40L通电以用于致动柔性膜15。通常，压电层40L也是可伸展和柔性的，以保持柔性膜15的动态特性。例如，压电材料可以是聚合物基的。在一些实施例中，压电层40L可以模制到衬底30中、层压到衬底20上、或以其他方式固定到衬底30，压电层被配置为在将压电层的端部固定到衬底20上的同时通过压电层40L使柔性膜15振动。

图3A示出了实施例，在该实施例中，静电致动器40e被配置为致动柔性膜15。在一些实施例中，例如，如图所示，通道30p(在此穿过衬底20)可以由瓣片30f封闭以形成单向阀30，或者可以使用替代类型的单向阀30。当然，也可以使用其他类型的(单向)阀。例如，图3B示出了实施例，在该实施例中，单向阀30是由止回阀形成的。例如，如图所示，通道30p延伸穿过衬底20，并且单向阀30由止回阀系统形成，止回阀系统包括弹簧和设置在通道30p中的阀盘。还可以设想其他类型的单向阀或具有优选流动方向的阀。在一个实施例中(未示出)，单向阀由不对称的孔口形成或包括不对称的孔口，不对称的孔口导致沿一个方向的流速或流动阻力低于沿另一个方向(例如，在膜上的相等压差下)的流速和流动阻力。例如，单向阀可以由细长通道或管中的不对称孔口形成。

图4A示出了另一实施例，在该另一实施例中，设备100包括多个袋状部10。在一个实施例中，例如，如图所示，柔性膜15还起到用于除了粘附之外的另一功能的有源部件50的作用。例如，在相应的袋状部10上振动并且用于粘附设备100的相应的一个或多个柔性膜15本身可以形成有源部件50，该有源部件例如为向上(或向下)并且远离目标表面200发射声波的声学换能器。这可以例如与图1B的实施例进行对比，在图1B的实施例中，有源部件50是分开的并且位于袋状部10之间。组合也是可能的。

图4B示出了自粘附超声设备100的可能应用。在一些实施例中，可以使用源自不同源的声波，例如，相长干涉声波。在一个实施例中，例如，如图所示，不同的源可以由相应的柔性膜15形成。在其他或进一步的实施例(未示出)中，例如为有源部件50的其他或进一步的源也可以用于声波在一些特定位置处的相长或相消干涉。在一个实施例中，例如，如图所示，声波可以相长干涉以形成触觉界面，该触觉界面例如为在半空中的虚拟按钮。可能的应用可以包括虚拟现实界面。

图5A示出了实施例的横截面视图，其中，柔性膜15通过层压附接到衬底20上。图5B示出了实施例的相应的分解透视图。

在一个实施例中，例如，如图所示，柔性膜15包括第一膜层15a；以及第二膜层15b，第二膜层粘附到第一膜层15a。在另一或进一步的实施例中，单向阀30由从第一膜层15a切出的瓣片30f形成，瓣片覆盖从第二膜层15b切出的通道30p。通常，瓣片30p可以大于通道，例如，瓣片的直径“Df”比通道的直径“Dp”大至少1.1倍、1.5倍或更多倍。在一些实施例中，例如，如图所示，可以从衬底20切出袋状部10。通常，袋状部的直径“Dm”可以大于通道的直径“Dp”和/或瓣片的直径“Df”。在一些实施例中，第一膜层15a和/或第二膜层15b可以由压电层40L覆盖。在其他或进一步的实施例中，还可以存在其他层，例如，如图5A所示的顶部电极40e1和/或底部电极40e2。

在一些实施例中(未示出)，形成单向阀的一部分的瓣片包括压电材料。例如，所示的实施例可以被修改为将压电层40L施加到第二膜层15b。在其他或进一步的实施例中，单向阀(瓣片或其他方式)被主动控制以在(周期性)振动膜的特定间隔打开和关闭，例如，当柔性膜分别朝向袋状部和远离袋状部时打开和关闭。例如，瓣片上的压电材料可以用于致动阀。在一个实施例中，可以提供到瓣片的压电材料的单独的电连接(通道)。例如，瓣片是通过翻转热电极和接地电极连接来致动的，从而控制极化方向(例如，翻转极化方向)。替代地，或附加地，膜可以被致动以在第一共振频率下振动，而瓣片被致动以在第二共振频率下振动。在一些实施例中，两个压电材料层(在膜和瓣片中)可以使用相同的通道来处理(addressed)，例如，使用由至少两个共振频率组成的信号来致动两者。

为了清楚和简明描述的目的，本文将特征描述为相同或单独实施例的一部分，然而，应当理解，本发明的范围可以包括具有所有或一些所述特征的组合的实施例。如所讨论和示出的实施例的不同元件提供了某些优点，例如，对于应用于弯曲或平坦表面的柔性大面积设备(例如，超声医学诊断设备)，实现并保持大表面上的临时的非破坏性物理接触。当然，应当理解，上述实施例或过程中的任何一个可以与一个或多个其他实施例或过程相结合，以提供在寻找和匹配设计和优点方面的进一步改进。应当理解，本公开为控制设备到不同表面的粘附提供了特别的优势，并且通常可以应用于需要表面或设备之间的粘附接触的任何应用。

在解释所附权利要求时，应当理解，词语“包括”不排除在给定权利要求中列出的元素或行为之外的其他元素或行为的存在；元素前的词语“一”或“一个”不排除多个该元素的存在；权利要求中的任何附图标记都不限制权利要求的范围；多个“器件”可以用相同或不同的项目或实施结构或功能来表示；除非另有特别说明，否则任何所公开的设备或设备的一部分可以组合在一起或分离成其他部分。当一项权利要求引用另一项权利要求时，这可能表明它们各自特征的结合所实现的协同优势。但是，仅仅是在相互不同的权利要求中叙述某些措施的这一事实并不表示这些措施的组合也不能有利地使用。因此，本发明的实施例可以包括权利要求的所有工作组合，其中，除非通过上下文明确地排除，否则每个权利要求原则上可以指任一前述权利要求。