传统上,汽车、割草机、飞机、洗碗机和其他产品都含有各种各样的刚性部件,这些部件通过设计成坚固而坚硬的接头连接。

兼容的机制是无缝的弹性结构,可降低成本并简化产品设计。这些单件柔性结构弹性地变形而不接头以产生所需的功能。

在过去的20年里,杨百翰大学(Brigham Young University, BYU)的工程师一直走在兼容设计技术的前沿。2002年,机械工程教授Larry Howell建立了柔性机构研究小组(CMR)。

根据Howell的说法,兼容机制从柔性组件的偏转而不是使用传统方法使用铰链和轴承。“柔顺机构的优点包括紧凑,重量低,零件数,低磨损,易于制造,减少维护和高精度运动,”他指出。

Howell认为,合规机制为制造商提供了独特的机会。“有机会极大地简化机械系统的拓扑结构,”他声称。“(然而)也存在一些独特的挑战,比如将长而灵活的组件与刚性部分连接在一起的大规模生产(产品)。”

随着工程师更加了解符合符合机制及其独特的好处,对该技术的兴趣增加了兴趣。最近的应用程序,Byu工程师参与包括锻炼设备,电气连接器,开关,体育用品和手持式电子产品的机械部件。事实上,自CMR成立以来,Howell和他的同事已经收到了超过20个美国专利,以便创新,如连续变速器和柔顺的离合器。

“我们已经进行了广泛的研究项目”,豪厄尔说。他们得到了政府机构和实验室的资助,比如美国国家科学基金会(National Science Foundation)、美国空军科学研究办公室(Air Force Office of Science Research)、美国国防部高级研究计划局(DARPA)和桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories),以及从小型初创企业到跨国公司的公司。

“[我们的]项目从微机电系统到宏观尺度设备的[范围内],”豪威尔。“项目从医疗植入物到消费品到核武器。”

CMR最近参与了一种人造椎间盘的开发,这种椎间盘可以复制人类脊柱的自然运动。豪厄尔说,这种设备有可能缓解严重的疼痛,恢复脊柱的自然运动——这是目前的手术无法实现的。

通常,治疗慢性下腰痛最常见的手术是脊柱融合术。融合以骨取代退变性椎间盘,以融合相邻节段,防止运动引起的疼痛。Howell指出:“不幸的是,患者对融合手术的满意度不到50%。”

“为了模仿脊柱的响应是非常困难的,因为受限制的空间和脊柱的复杂性和部分的复杂性,”Howell。“柔顺机制更为人类,更自然。我们创造的那个表现得像一个健康的光盘。“

杨百翰大学的工程师团队建造了原型,用机器测试了椎间盘,然后在尸体的脊柱上测试了该设备。他们发明的这种设备目前正在由克罗克脊髓技术公司进行商业开发。豪威尔说:“它有望最终改变很多人的生活。”

上个月,豪厄尔和他的两位同事发表了合规机构手册(John Wiley & Sons Inc.)。Howell说:“这本书的前半部分致力于设计,而后半部分则提供了顺应机制及其各种应用的图片术语表。”“这本书的目的是供工作中的设计师和工程师使用。”