用于自破坏易碎结构和密封器皿的机械触发器和触发方法与流程

用于自破坏易碎结构和密封器皿的机械触发器和触发方法
1.关于联邦政府资助的研究和开发的声明
2.本发明基于在合同编号darpa-oot-dust-float-rsrc下由darpa支持的工作。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
3.本公开总体上涉及用于自破坏易碎结构和密封器皿的机械触发器和触发方法，以及相关系统。


背景技术：

4.能够以受控的可触发方式物理自破坏的系统和结构可用于各种应用，诸如减少浪费、维持供应链完整性、凿沉浮标和/或回收废弃物。


技术实现要素：

5.实施方案涉及一种设备，该设备包括具有预定可断裂区域的结构和设置在预定可断裂区域处或附近的机械致动器。机械致动器包括联接到弹簧布置结构的冲击构件和可操作地联接到弹簧布置结构的约束构件。触发源可操作地联接到电源。响应于从电源接收电流，触发源被配置成释放或断裂约束构件，以便允许弹簧布置结构使冲击构件强制地移动成与预定可断裂区域接触并断裂该预定可断裂区域。
6.实施方案涉及一种设备，该设备包括具有预定可断裂区域的容器。机械致动器设置在容器内并且位于预定可断裂区域处或附近。机械致动器包括联接到弹簧布置结构的冲击构件和可操作地联接到弹簧布置结构的约束构件。热源可操作地联接到电源并与约束构件热接触。响应于从电源接收电流，热源被配置成断裂约束构件，以便允许弹簧布置结构使冲击构件强制地移动成与预定可断裂区域接触并断裂该预定可断裂区域，从而有利于液体、气体或固体进入或离开容器。
7.实施方案涉及一种设备，该设备包括被配置用于在液体中浮动的容器。容器包括位于容器的第一位置处的第一预定可断裂区域，以及位于容器的与第一位置间隔开的第二位置处的第二预定可断裂区域。第一机械致动器设置在容器内并且位于第一预定可断裂区域处或附近。第二机械致动器设置在容器内并且位于第二预定可断裂区域处或附近。第一机械致动器和第二机械致动器中的每一个机械致动器包括联接到弹簧布置结构的冲击构件、可操作地联接到弹簧布置结构的约束构件以及被配置成或移动成与约束构件接触的触发源。电源布置结构操作地联接到第一机械致动器和第二机械致动器中的每一个机械致动器的触发源。响应于从电源布置结构接收电流，第一机械致动器和第二机械致动器中的每一个机械致动器的触发源被配置成释放或断裂约束构件，以便允许弹簧布置结构使冲击构件强制地移动成与相应的第一预定可断裂区域和第二预定可断裂区域接触并断裂相应的第一预定可断裂区域和第二预定可断裂区域，从而有利于空气经由已断裂的第一预定可断裂区域和第二预定可断裂区域中的一个预定可断裂区域从容器排出，并且有利于液体经由
已断裂的第一预定可断裂区域和第二预定可断裂区域中的另一个预定可断裂区域进入容器。
附图说明
8.在整个说明书中都参考了附图，其中：
9.图1示出了根据各种实施方案的包括具有预定可断裂区域的结构的设备；
10.图2示出了根据各种实施方案的适用于结合到本文公开的任何结构中的机械致动器组件；
11.图3示出了根据各种实施方案的包括具有多个预定可断裂区域的结构和对应的多个机械致动器组件的设备；
12.图4a至图4e示出了根据各种实施方案的本文所述的结构的预定可断裂区域的不同配置；
13.图5示出了根据各种实施方案的包括具有预定可断裂区域的结构和设置在该预定可断裂区域处或附近的机械致动器组件的设备；
14.图6示出了根据各种实施方案的包括具有第一预定可断裂区域和第二预定可断裂区域的结构以及设置在其相应的预定可断裂区域处或附近的相关联的第一机械致动器组件和第二机械致动器组件的设备；
15.图7a至图7d示出了根据各种实施方案的机械致动器组件；
16.图7e至图7g示出了根据各种实施方案的机械致动器组件；
17.图7h和图7i示出了根据各种实施方案的包括一个、两个或更多个机械致动器组件的容器或器皿形式的设备；
18.图8示出了根据各种实施方案的机械致动器组件；并且
19.图9a至图9c示出了用于用预成环线缠绕机械致动器组件的电阻器加热器的各种实施方案。
20.图未必按比例绘制。图中使用的类似数字是指类似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用数字表示部件并不旨在将部件限制在另一个标记有相同数字的图中。
具体实施方式
21.本文公开的实施方案涉及以受控、可触发的方式将结构破裂成较小的碎片的方法。易碎玻璃结构，尤其是在已钢化的情况下(例如，通过化学离子交换或通过热淬灭)，在结构上非常坚硬，并且随厚度增加变得越来越难以破裂。例如，许多应用需要较厚玻璃的稳健性或刚度。如下文所讨论的，能够可靠且可控地破裂易碎结构(特别是厚易碎结构)的装置包括可由可操作地联接到电源的触发源致动的机械装置。本文公开的机械致动器组件可以在物理上较小且轻量，但仍然提供避免无意触发的机械和操作稳健性。
22.许多密封系统，诸如传感器浮标和贮气器，需要受控的凿沉，由此它们在其使用寿命之后下沉并脱离其正常操作环境。这些系统中的许多系统利用由硬壳制成的壁结构，诸如金属、玻璃、木材、纸板或塑料，其需要被破坏以允许水或空气流入或流出其封闭腔室以使浮标或器皿下沉。关键挑战是提供以简单、低成本、安全且可靠的方式来提供能够凿沉此类器皿的机构。
23.本公开的实施方案涉及一种机械致动器组件，其被配置成损坏或破坏易碎结构或刚性结构的易碎区域。机械致动器组件可以被配置成损坏或破坏被配置用于浮动的易碎容器或容器的易碎部分。机械致动器组件还可以被配置成损坏或破坏未被配置用于浮动的独立易碎结构。当由可操作地联接到电源的触发源激活时，机械致动器组件使冲击构件强制地移动成与结构的易碎部分接触，从而使易碎部分断裂、破裂或破碎。例如，浮标或其它可浮动器皿可以包括安装有机械致动器组件的钢化玻璃窗口。当被激活时，机械致动器组件由于回火引起的内置应力而将钢化玻璃窗口断裂成小块。小玻璃残余物在浮标或器皿的壁中产生无阻挡的开口，这能够实现浮标或容器的快速下沉。
24.在各种实施方案中，机械致动器组件可以被配置成使厚度大于约0.5mm的易碎结构(例如，易碎材料片)破裂。例如，易碎结构的厚度范围可以为约0.5mm至约2mm(例如，约0.5mm、约1mm、约2mm)或甚至大于2mm。在一些实施方案中，结构的易碎部分可以断裂成多个小碎片，例如具有大于约10mm、大于约900μm、小于约500μm或甚至小于约100μm的长度、宽度和高度尺寸的碎片。
25.本公开的实施方案涉及一种机械致动器组件，其被配置成断裂机械致动器组件所附接到的结构的预定可断裂区域。机械致动器组件包括弹簧布置结构和联接到弹簧布置结构的冲击构件。机械致动器组件还包括可操作地联接到弹簧布置结构的约束构件。触发源可操作地联接到电源。在一些实施方案中，触发源包括热源，该热源可操作地联接到电源并且与约束构件热接触。在其它实施方案中，触发源包括电磁螺线管，该电磁螺线管被配置成致动断裂约束构件的部件(例如，尖锐物体或切割构件)。在另外的实施方案中，触发源包括静电装置，该静电装置被配置成在尖锐电极上施加电压以产生大电场。
26.响应于从电源接收电流，触发源被配置成释放或断裂约束构件，以便允许弹簧布置结构使冲击构件强制地移动成与预定可断裂区域接触并断裂该预定可断裂区域。机械致动器组件可以响应于本地(例如，经由定时器或传感器信号)或远程(例如，经由远程生成的rf信号)生成的激活信号来致动。通过机械致动器组件断裂结构的预定可断裂区域可以有利于液体、气体或固体进入和/或离开该结构。
27.一些实施方案涉及一种机械致动器组件，其包括锚定到基座的弹簧钢构件。弹簧钢构件可以通过部分缠绕在加热元件周围的线从基座上翘起。当加热元件被电激活时，线断裂并释放弹簧钢构件的机械能，然后将附接的尖锐尖端推抵器皿、容器或其它结构的壁上的可断裂部件。被破坏的区域允许水或空气进入和/或离开器皿、容器或结构。
28.其它实施方案涉及一种机械致动器组件，其包括锚定到基座的扭转弹簧。扭转弹簧可以通过部分缠绕在加热元件周围的线朝向基座翘起。当加热元件被电激活时，线断裂并释放扭转弹簧的机械能，然后将附接的尖锐尖端推抵器皿、容器或其它结构的壁上的可断裂部件。被破坏的区域允许水或空气进入和/或离开器皿、容器或结构。
29.图1示出了根据各种实施方案的包括具有预定可断裂区域104的结构102的设备100。预定可断裂区域104限定结构102的一个或多个易碎部分。在一些具体实施方式中，预定可断裂区域104仅限定结构102的一部分而非整个。例如，预定可断裂区域104可以被实施为整合到结构102的刚性(例如，非易碎)壁中的易碎区域(例如，开窗口区域)。在其它具体实施方式中，预定可断裂区域104限定结构102的几乎全部(例如，》90％)或整个(例如，参见围绕结构102延伸预定可断裂区域104的虚线)。例如，结构102可以被实施为器皿或容器，该
器皿或容器被配置用于浮动(例如，所谓的漂流物)的易碎壁或壁盖结构(例如，玻璃器皿或浮标)限定或包围。
30.机械致动器组件101设置在结构102内。在图1所示的实施方案中，机械致动器组件101包括机械致动器110、触发源112和电源114。机械致动器110设置在结构102的预定可断裂区域104处或附近，并且可操作地联接到触发源112。触发源112可操作地联接到电源114(例如，如下文所讨论的常规电池或其它电源)。就可充电电池而言，结构102可以包括或支持被配置成对可充电电池充电的太阳能电池或电池阵列。响应于从电源114接收电流，触发源激活机械致动器110，该机械致动器强制接触并断裂预定可断裂区域104。
31.图2示出了根据各种实施方案的适用于结合到本文公开的任何结构中的机械致动器组件201。机械致动器组件201包括机械致动器210，该机械致动器可以设置在图1所示的结构102的预定可断裂区域104处或附近。机械致动器210包括弹簧布置结构212和联接或安装到弹簧布置结构212的冲击构件214。约束构件216可操作地联接到弹簧布置结构212。约束构件216被配置成在激活机械致动器210之前将弹簧布置结构212和冲击构件214保持在预致动位置。弹簧布置结构212包括弹簧元件，该弹簧元件具有足以将冲击构件214保持在预致动位置而不引起约束构件216释放或断裂的弹簧力。
32.机械致动器组件201还包括可操作地联接到电源219的触发源218。触发源218被配置成或移动成与约束构件216接触。例如，触发源218可以是与约束构件216热接触(例如，其也可以包括物理接触)的热源(例如，电阻器)。在另一示例中，触发源218可以是被配置成致动释放约束构件216的切割部件的电磁螺线管或静电装置。
33.响应于从电源219接收电流，触发源218释放或断裂约束构件216，以便允许弹簧布置结构212的弹簧元件使冲击构件214强制地移动成与结构102的预定可断裂区域104接触并断裂该预定可断裂区域。在一些实施方案中，触发源218是导致约束构件断裂的热源。在其它实施方案中，触发源是机械地释放约束构件216的电磁螺线管。
34.如先前所讨论的，预定可断裂区域104可以限定结构102的一些或全部的一个或多个易碎部分。例如，预定可断裂区域104可以包括小于结构102的主要部分(例如，《50％，诸如《40％、30％、20％、10％或5％)、大于结构的主要部分(例如，》50％)、几乎结构的整体(例如，》80％，诸如》85％、90％、95％或98％)或结构的整体(100％)。弹簧布置结构212的弹簧元件具有足以响应于约束构件216的释放或断裂而导致冲击构件214断裂预定可断裂区域的弹簧力。
35.根据各种实施方案，弹簧布置结构212可以包括扭转弹簧和弹簧钢构件中的至少一者。应当理解，设想了其它类型的弹簧机构和可以被配置成产生弹簧力的物体(例如，叶弹簧、悬臂弹簧、塑料板)。冲击构件214包括机械构件，该机械构件被配置成给予在短时间内施加到预定可断裂区域104的强力或冲击。根据各种实施方案，冲击构件214可以包括金属或其它刚性构件中的至少一者，其具有尖锐的、锥形的、加强的或硬化的端部(例如，螺钉、钉、销、长钉、冲头、头钉、挂钉、锤状构件)。根据各种实施方案，触发源218可以包括电阻加热器(例如，电阻器，诸如金属箔电阻器或碳膜电阻器)、电点火头、电弧点火器、等离子点火器和半导体激光器中的至少一者。根据各种实施方案，电源219可以包括电池、dc电源、ac电源、超级电容器和电磁联接电荷源中的至少一者。
36.机械致动器组件201可以包括触发机构220，其包括可操作地联接到电源219的触
发信号电路222。在一些实施方案中，触发机构220包括接收器226，诸如rf接收器(例如，卫星接收器)，其被配置成接收从远程信号源230(例如，通信卫星)生成的触发信号。触发信号电路222可以替代地或附加地包括定时器和/或被配置成生成触发信号的一个或多个传感器。例如，触发信号可以由触发信号电路222响应于预定持续时间的到期(例如，数天、数周、数月、数年)或响应于由一个或多个板载传感器生成的传感器信号(例如，响应于检测到浮动结构102的位置在预定地理围栏区域之外而生成的信号)而生成。
37.在一些具体实施方式中，触发信号电路222可以包括可远程控制的开关，从而允许从远离结构102的位置(例如，远程信号源230)触发结构102的破裂。在此类实施方案中，无线信号激活开关以将电源219连接到触发源218。在一些具体实施方式中，开关包括mosfet晶体管，该mosfet晶体管可以通过在晶体管栅极处施加偏置电压来打开或关闭。在其它具体实施方式中，开关可以是可以通过在其一个端子处施加小电流而打开的硅控制整流器。在另外的具体实施方式中，开关可以是机械继电器开关。
38.图3示出了根据各种实施方案的包括具有多个预定可断裂区域的结构302和对应的多个机械致动器组件的设备300。在图3所示的代表性示例中，结构302包括位于结构302的第一表面302a上的第一预定可断裂区域304a和位于结构302的第二表面302b上的第二预定可断裂区域304b。尽管示出为设置在结构302的相背对的表面上，但是第一预定可断裂区域304a和第二预定可断裂区域304b可以设置在结构302的相同表面上或相邻表面上。尽管图3示出了两个不同的预定可断裂区域304a、304b和两个不同的机械致动器组件301a、301b，但是应理解，结构302可以包括任何数量的预定可断裂区域和机械致动器组件。还应理解，两个或更多个不同的机械致动器组件可以定位在结构302的相同预定可断裂区域处或附近(例如，提供冗余性以增加性能稳健性)。
39.在结构302被配置为用于浮动的器皿或容器的情况下，例如，第一预定可断裂区域304a可以位于可浮动结构302的预定水线上方，并且第二预定可断裂区域304b可以位于可浮动结构302的预定水线下方。在此类具体实施方式中，第一预定可断裂区域304a的断裂能够使空气排出，同时第二预定可断裂区域304b的断裂使水或其它液体能够进入结构302，从而导致结构302下沉。
40.在图3所示的实施方案中，第一机械致动器组件301a和第二机械致动器组件301b设置在结构302内。第一机械致动器组件301a包括机械致动器310a、触发源312a和电源318a。第二机械致动器组件301b包括机械致动器310b、触发源312b和电源318b。在一些实施方案中，第一机械致动器组件301a和第二机械致动器组件301b的电源318a、318b是独立的电源(例如，不同的电池)。在其它实施方案中，第一机械致动器组件301a和第二机械致动器组件301b的电源318a、318b被实施为公共(例如，单个)电源布置结构318。在公共或单个电源的情况下，触发源312a和触发源312b可以并联连接。触发源312a和触发源312b的引线可以一起压接成单个头以有利于同时激活，或者可以在电路板级上实施电分布(参见图7a至图7g中的pcb 720、720a)，其中每个源具有单独的头。替代地，触发源312a和触发源312b可以串联连接，其中公共电流(而不是电压)激活每个触发源312a、312b。第一机械致动器组件301a和第二机械致动器组件301b优选地以关于图1和图2所描述的方式进行配置和起作用。
41.结构302还可以包括电子器件/传感器封装330，其可以独立于第一机械致动器组件301a和第二机械致动器组件301b操作。电子器件/传感器封装330可以包括各种电子装置
和/或传感器。例如，电子器件/传感器封装330可以包括以下中的一者或多者：海面温度传感器(sst)、高分辨率海面温度传感器(hrsst)、气压式压力传感器、风向标存在传感器、探针传感器、电导率/温度数据记录器、gps传感器、无线rf发射器或收发器、卫星通信发射器或收发器(例如，用于传输传感器和其它数据的iridium卫星通信装置)、盐度传感器、荧光传感器、溶解氧传感器、pco2传感器以及用来降低碰撞或干扰水面舰艇的风险的低雷达回波传感器。
42.图4a至图4e示出了根据各种实施方案的本文所述结构的预定可断裂区域的不同配置。图4a示出了结构402a的一部分，其包括具有位于结构402a中的空隙403a(例如，位于结构的刚性壁中的窗户或切口)的预定可断裂区域404a。易碎材料片405a设置在空隙403a上方并且延伸跨过空隙。易碎材料片405a包括第一表面412a和相背对的第二表面410a。易碎材料片405a通过设置在易碎材料片405a的第一表面412a的周边与限定空隙403a的区域的结构402a的周边之间的密封胶带406a保持在空隙403a上方的适当位置。
43.图4b示出了结构402b的一部分，其包括有包括位于结构402b中的空隙403b的预定可断裂区域404b。易碎材料片405b设置在空隙403b上方并且延伸跨过空隙。易碎材料片405b包括第一表面412b和相背对的第二表面410b。易碎材料片405b通过设置在易碎材料片405b的第一表面412b的周边与限定空隙403b的区域的结构402b的周边之间的密封粘合剂408b保持在空隙403b上方的适当位置。
44.图4c示出了结构402c的一部分，其包括具有位于结构402c中的空隙403c的预定可断裂区域404c。易碎材料片405c设置在空隙403c上方并且延伸跨过空隙。易碎材料片405c包括第一表面412c和相背对的第二表面410c。易碎材料片405c通过设置在易碎材料片405c的第一表面412c的周边与限定空隙403c的区域的结构402c的周边之间的密封粘合剂408c保持在空隙403c上方的适当位置。在图4c所示的实施方案中，密封粘合剂408c还沿着易碎材料片405c的周边边缘设置，并且沿着易碎材料片405c的第二表面410c的周边邻近空隙403c的区域设置。
45.图4d示出了结构402d的一部分，其包括具有位于结构402d中的空隙403d的预定可断裂区域404d。易碎材料片405d设置在空隙403d上方并且延伸跨过空隙。易碎材料片405d包括第一表面412d和相背对的第二表面410d。易碎材料片405d通过沿着易碎材料片405d的第二表面410d的周边邻近空隙403d的区域、沿着易碎材料片405d的周边边缘以及沿着结构402d的周边邻近空隙403d的区域设置的密封胶带406d保持在空隙403d上方的适当位置。
46.图4e示出了结构402e的一部分，其包括具有位于结构402e中的空隙403e的预定可断裂区域404e。易碎材料片405e设置在空隙403e上方并且延伸跨过空隙。易碎材料片405e包括第一表面412e和相背对的第二表面410e。易碎材料片405e通过沿着易碎材料片405e的第二表面410e的周边邻近空隙403e的区域、沿着易碎材料片405e的周边边缘以及沿着结构402e的周边邻近空隙403e的区域设置的密封粘合剂408e保持在空隙403e上方的适当位置。密封粘合剂408f的珠粒可以沿着形成在易碎材料片405e的第一表面412e与结构402e的内部周边边缘之间的接合处邻近空隙403e设置。
47.根据本文公开的任何实施方案，可以使用各种类型的常规和/或防水密封胶带和/或密封粘合剂。合适的密封胶带和/或密封粘合剂包括含有聚氨酯、硅酮、msp(改性硅烷聚合物)和/或丁基橡胶化学物质的那些。例如，合适的密封胶带包括含有高度浓缩橡胶基粘
合剂的那些。合适的密封胶带包括以下列品牌商购获得的那些：tapex-treme和合适的密封粘合剂(例如，可流动或可喷涂的密封剂)包括含有液态橡胶(合成或天然)和/或上文列出的化学物质中的任一种化学物质的粘合剂。合适的密封粘合剂包括以下列品牌商购获得的那些：3m
tm
建筑物或船用粘合密封剂(例如，marine adhesive sealant 5200)、liquidflex(液态橡胶)和
48.在各种实施方式中，至少易碎材料片405a-405e(并且在一些具体实施方式中，易碎材料片405a-405e和结构402a-402e两者)可以由脆性或易碎材料制成，例如玻璃(例如，标准或钢化)，陶瓷，塑料，木材、金属或石膏的层压填料，粘土，瓷和/或金属。易碎材料玻璃片405a-405e和/或结构402a-402e可以包括以下中的一者或多者：铸造玻璃、浮法玻璃、未钢化玻璃、钢化玻璃、热钢化玻璃、离子交换玻璃、钠钙玻璃、铅玻璃、硼硅玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、石英玻璃和富钠玻璃。尽管结构402a-402e可能是复杂的并且包括许多不同的材料和形状，但是易碎材料可以设置在一个或多个预定可断裂区域404a-404e处，每个预定可断裂区域包括位于结构402a-402e中的空隙403a-403e。
49.图5示出了根据各种实施方案的设备500，其包括具有预定可断裂区域504的结构502和设置在预定可断裂区域504处或附近的机械致动器组件501。图5中所示的代表性结构502被配置为容器或器皿。结构502包括器皿壁503和盖板505。空隙507限定在器皿壁503与盖板505之间的空间内。根据各种实施方案，液体、气体或固体可以设置在结构502的空隙507中。盖板505与器皿壁503之间的机械连接或联接包括密封构件或材料，诸如先前描述的密封胶带和密封粘合剂中的一者或组合。盖板505与器皿壁503之间的机械连接或联接优选地是防水连接或联接。结构502还可以包括电子器件/传感器封装，诸如图3中所示的电子器件/传感器封装330。
50.机械致动器组件501设置在结构502的空隙507内并且在预定可断裂区域504处或附近安装到器皿壁503或由其支撑。如前所述，根据一些实施方案，预定可断裂区域504可以在机械致动器组件501的位置处或附近限定器皿壁503的一部分而非整体。例如，器皿壁503可以由刚性材料形成，诸如金属(例如，不锈钢)、塑料玻璃、木材或层压或复合材料。预定可断裂区域504可以包括根据先前讨论的任何实施方案的易碎材料片。在其它实施方案中，预定可断裂区域504可以限定大部分(例如，》50％)或整个器皿壁503。在另外的实施方案中，预定可断裂区域504可以限定大部分或整个器皿壁503，并且除此之外，限定盖板505的全部或一部分。尽管示出为沿着器皿壁503的侧面区域定位，但是机械致动器组件501可以定位在器皿壁503的任何位置处(例如，在器皿壁503的底部附近或底部处)。如前所述，机械致动器组件501在被激活时被配置成经由弹簧布置结构强制移动冲击构件与预定可断裂区域504接触，从而有利于液体、气体或固体进入或离开结构502。
51.图6示出了根据各种实施方案的设备600，该设备包括具有第一预定可断裂区域604a和第二预定可断裂区域604b的结构602以及设置在其相应的预定可断裂区域604a、604b处或附近的相关联的第一机械致动器组件601a和第二机械致动器组件601b。图6中所示的代表性结构602被配置为被配置为用于浮动的设备、容器或器皿。结构602包括器皿壁603和盖板605。空隙607限定在器皿壁603与盖板605之间的空间内。结构602可以例如被配置为先前描述的类型的浮标或漂流物。在一些实施方案中，浮标602的器皿壁603由被平坦
盖板605封盖的不锈钢主体制成。例如，盖板605可以由金属形成，诸如不锈钢或塑料。结构602还可以包括电子器件/传感器封装，诸如图3中所示的电子器件/传感器封装330。
52.结构602包括位于由易碎材料覆盖的结构602的底部处或附近的一个或多个孔或孔口，以限定器皿壁603的第一预定可断裂区域604a，如先前所描述。应当理解，第一预定可断裂区域604a可以定位在器皿壁603的位于结构602的预定水线下方的任何位置处。第一机械致动器组件601a设置在第一预定可断裂区域604a处或附近。盖板605包括由易碎材料覆盖的一个或多个孔或孔口，以限定盖板605的第二预定可断裂区域604b，如先前所描述。第二预定可断裂区域604b可以定位在盖板605的任何位置处，并且将定位在图6中的盖板605的周边位置处示为代表性位置。应当理解，第二预定可断裂区域604a可以定位在盖板605或器皿壁603的位于结构602的预定水线上方的的任何位置处。第二机械致动器组件601b设置在第二预定可断裂区域604b处或附近。压载610、612可以安装到器皿壁603的底部处或附近的器皿壁603。压载610、612优选地定位在器皿壁603上低于结构602的预定水线，并且被布置成在结构602内分配重量。
53.如前所述，机械致动器组件601a、601b在被激活时各自被配置成经由弹簧布置结构使冲击构件强制地移动成与其相应的预定可断裂区域604a、604b接触并断裂相应的预定可断裂区域。通过第一机械致动器组件601a断裂第一预定可断裂区域604a有利于空气从结构602的盖板605排出，同时通过第二机械致动器组件601b断裂第二预定可断裂区域604b有利于液体(例如，海水或湖泊水)进入结构602的空隙607，从而导致结构602的凿沉。
54.根据各种实施方案，特别是其中结构602暴露于海洋或湖泊水的那些实施方案，结构602的外表面的全部或一部分可以涂覆有抗生物结垢化学品。例如，抗生物结垢化学品的涂层可以具有约1.5μm至约150μm的厚度。合适的抗生物结垢涂层材料是硅胶滑动防结垢涂层(产品号ss-567)，可购自俄亥俄州凯霍加福尔斯(cuyahoga falls,ohio)的硅胶溶液。
55.实施例
56.使用参考图6描述的类型的结构602进行实验，以便验证在存在捕获的气泡的情况下凿沉浮标的功效。在实验中，第一预定可断裂区域604a包括直径为0.5英寸的开口，并且第二预定可断裂区域604b包括直径为0.25英寸的开口。在激活第一机械致动器组件601a和第二机械致动器组件601b之后，结构602的腔室607快速填充水，这导致结构602在约28秒内倾倒并且最终从初始水进入在约30秒内下沉。
57.图7a至图7d示出了根据各种实施方案的机械致动器组件701。机械致动器组件701可以结合在本文公开的任何结构中。机械致动器组件701包括机械致动器710，其包括框架716和机械连接或联接到框架716的弹簧布置结构712。在图7a至图7d所示的实施方案中，框架716是l形金属支架，并且弹簧布置结构712包括呈细长弹簧钢构件713形式的弹簧元件。弹簧钢构件713的第一端部713a连接到框架716的基座716a，诸如通过一个或多个螺母和螺栓或另选地通过一个或多个铆钉或焊接。
58.冲击构件714在弹簧钢构件713的第二端部713b处连接或联接到弹簧钢构件713。冲击构件714被描绘为螺钉，其具有穿过弹簧钢构件713中的孔并且经由螺母附连在弹簧钢构件713的第二端部713b处的尖端。应当理解，冲击构件714可以使用先前描述的机械构件中的任一个机械构件来实施，该机械构件被配置成给予在短时间内施加到结构的预定可断裂区域的强力或冲击。在一些实施方案中，弹簧钢构件713可包括连接到冲击构件714或位
于其附近的质量负载715(例如，金属重量，诸如大螺栓和/或多个垫圈)。质量负载715用于增加由冲击构件714给予的冲击力。
59.机械致动器710还包括可操作地联接到弹簧布置结构712的约束构件730和从框架716的基座716a以一定角度(例如，约90度)延伸的背板716b。如图所示，约束构件730经由保持在背板716b与弹簧钢构件713的第二端部713b之间的张力将弹簧钢构件713保持在翘起状态。约束构件730被示出为连续环构件(例如，线)，其围绕框架716的背板716b的相背对的两个侧边缘和冲击构件714的一部分(例如，也接触弹簧钢构件713的第二端部713b的边缘表面)延伸。印刷电路板(pcb)720被示出为安装到背板716b的后表面并且包括侧凹口722，该侧凹口被配置成在约束构件730围绕框架716的背板716b的侧表面延伸时接收约束构件。如图7b所示，pcb 720可以经由pcb 720与背板716b的后表面710b之间的粘合剂725(例如，介电粘合胶带)安装到背板716b的后表面710b。应当理解，pcb 720可以使用任何类型的粘合剂材料或紧固布置结构安装到背板716b的后表面710b。
60.约束构件730被配置成将弹簧钢构件713的第二端部713b和冲击构件714保持在预致动位置而不引起约束构件730释放或断裂。更具体地，弹簧钢构件713具有足以将冲击构件714保持在预致动位置而不引起约束构件730释放或断裂的弹簧力。另外，弹簧钢构件713的弹簧力足以使冲击构件714响应于约束构件730的释放或断裂而断裂结构的预定可断裂区域。
61.机械致动器组件701包括经由电连接器726可操作地联接到电源(未示出)的触发源724。电源可以包括电池、dc电源、ac电源、超级电容器和电磁联接电荷源中的一者或多者。如图7c中最佳可见，触发源724和电连接器726设置在pcb 720上。根据一些实施方案，触发源724包括电阻加热器，诸如电阻器。在其它实施方案中，触发源724可以包括电点火头、电弧点火器、等离子点火器或半导体激光器。约束构件730与触发源724热接触。当被激活时，由触发源724产生的热量损坏约束构件730，从而使约束构件730将弹簧713从其预致动位置释放。
62.根据采用电阻器作为触发源的实施方案，电阻器优选地具有相对低的电阻(例如，约5欧姆至约20欧姆)并且在其指定的额定功率上操作，以便有意地使其过热(例如，熔化)。当有意驱动到其功率额定值以上时，电阻器产生足以烧穿或熔化约束构件730的热量。
63.根据采用电阻器的触发源724的实施方案，可以使用具有约5欧姆至约25欧姆的电阻的电阻器、碳膜电阻器或金属箔电阻器和约1/8瓦特至约1/4瓦特的额定功率。经由电连接器726联接到电阻器的电源可以是常规(例如，9v碱性或锂离子)电池，尽管可以使用定制的电池。例如，电源可以包括9v碱性电池、18650电池或cr123a电池。进一步举例来说，电源可以包括被配置成供应介于约0.6安到约3.5安之间的峰值电流的碱性电池。电阻器优选地具有在电源的内部阻抗的约八分之一到约v2/p范围内的电阻，其中v是电源的电压，并且p是断裂约束构件730所需的最小电功率。在采用常见9v碱性电池作为电源的各种实施方案中，电阻器可以具有在约5欧姆至约20欧姆(例如，约10欧姆)范围内的电阻，以用于良好的阻抗匹配。其它选择或电阻器值可更适合于不同类型的电源或用于不同的电力输送配置。
64.如先前所讨论的，机械致动器组件701可以被配置为紧凑的装置。根据一些实施方案，l-支架框架716的基座716a可具有约1.5"的长度和宽度，并且l-支架框架716的背板716b可具有约1.6"的长度和约1.5"的宽度。处于松弛(未翘起)状态的弹簧钢构件713可以
具有约3.75"的长度和约1.5"的宽度。直径为约0.177"的孔(以容纳冲击构件714，例如，#10
×
1/2"刺穿金属片螺钉)可以设置为距弹簧钢构件713的第二端部713b约0.25"，并且居中在弹簧钢构件713的相背对的两侧之间。弹簧钢构件713可以是矩形的，并且使用1095弹簧钢形成(例如，0.032"，硬度rc50)。pcb 720可具有约1.7"的宽度和约0.9"的高度。凹口722可以分别具有约0.10"的切口深度和高度。电阻器724可以是10欧姆的金属膜1/4瓦特电阻器或10欧姆的碳膜1/8瓦特电阻器。约束构件730可以是编织尼龙线(例如，131lb，可以从t.w.evans cordage以商品12-500no-1获得)。电功率连接器726可以是xh2头。
65.图7e至图7g示出了根据各种实施方案的机械致动器组件701a。机械致动器组件701a在结构上和功能上类似于图7a至图7d中所示的机械致动器组件701。因此，出于清楚的目的，在图7e至图7g中未示出对两个机械致动器组件701、701a共同的许多特征。在图7e至图7g所示的实施方案中，细长弹簧钢构件713a具有锥形的第二端部713c，冲击构件714附接到该锥形第二端部。第二端部713c的锥形形状针对各种结构(例如，容器和器皿)特别是具有弯曲壁的结构，提供了更紧凑的设计。同样附接在第二端部713c处的质量负载715a包括具有中心空隙的金属垫圈堆叠。冲击构件714(例如，刺穿金属片螺钉)穿过质量负载715a的中心空隙和设置在第二端部713c的远侧尖端附近的孔。冲击构件714和质量负载715a通过螺母714a固定在第二端部713c处。
66.在图7e至图7g所示的实施方案中，pcb 720a安装到背板716b的后表面。在该实施方案中，pcb 720a不包括凹口722(参见图7a至图7c)并且具有与背板716b共同延伸或比其更小的宽度。如图所示，约束构件730(例如，线)围绕背板716b和pcb 720a延伸。约束构件730还在质量负载715a(示出为垫圈堆叠)和冲击构件714的头侧下方或周围延伸。在该配置中，约束构件730不在第二端部713c的远侧边缘上方延伸，如图7a至图7c所示的实施方案中的情况。图7a至图7c中示出的约束构件730的系紧布置结构消除了在操作期间约束构件730过早断裂的风险。
67.另外如图7e至图7g的实施方案中所示，并且如图7g最佳所示，框架716的基座716a使用具有平坦接合表面的紧固件718a安装到板751，该平坦接合表面有利于机械致动器组件701a到板751的接近齐平安装(例如，《0.030"螺钉头)。紧固件718a可以是平头螺柱或销(例如，可从获得的紧固件)。将机械致动器组件701a齐平安装到板751有利地防止或显著减少机械致动器组件701a在安装到板751(例如，1mm厚的基板)上时的倾斜，并且允许使用单层粘合剂(例如，vhp双重引用的粘合胶带)将板751安装到器皿结构(例如，如图7h所示的器皿基座表面)。图7e至图7g中所示的实施方案通过简化将弹簧钢构件713a放置在其翘起(预致动)状态的过程来提供制造的方便性。
68.图7h和图7i示出了包括两部分结构750a的设备750，该两部分结构一起形成先前描述类型的容器或器皿。结构750a包括器皿752和盖板754。出于说明的目的，结构750a被示出为透明或半透明的。应当理解，结构750a可以由任何结构材料构成，包括例如金属、塑料、钢化玻璃、陶瓷或这些材料和其它材料的任何组合。
69.图7h中所示的器皿752包括附接到器皿752的基座表面752a的板753a。板753a支撑先前描述的类型的至少一个机械致动器组件701a-1(例如，出于说明的目的，示出为图7e至图7g中所示的实施方案)。板753a可以使用粘合剂(例如，vhp双重引用粘合胶带)或其
它附接布置结构附接到器皿752的基座表面752a。机械致动器组件701a-1和板753a定位在基座表面752a上，使得机械致动器组件701a-1的冲击构件714相对于基座表面752a的预定可断裂区域755定位。在图7h所示的实施方案中，预定可断裂区域75包括位于基座表面752a中的空隙上方的离子交换玻璃窗口，并且经由诸如本文讨论的那些中的任一个的密封布置结构(例如，rp25vhb密封件)安装到基座表面752a。
70.图7i示出了根据各种实施方案的图7h中所示的两部分结构750a的盖板754。在该实施方案中，盖板754包括先前描述的类型的机械致动器组件701a-2，其附连到板753b。出于说明的目的，盖板754相对于其安装配置倒置示出，以易于提供机械致动器组件701a-2的说明。板753b可以与上文参考图7h和其它附图所述相同的方式附接到盖板754。机械致动器组件701a-2和板753b定位在盖板754上，使得机械致动器组件701a-2的冲击构件714相对于盖板754的预定可断裂区域759定位。在图7i中所示的实施方案中，预定可断裂区域759包括位于盖板754中的空隙上方的离子交换玻璃窗口，并且经由诸如本文讨论的那些中的任一个的密封布置结构(例如，rp25vhb密封件)安装到盖板754。
71.图8示出了根据各种实施方案的机械致动器组件801。机械致动器组件801可以结合在本文公开的任何结构中。机械致动器组件801包括机械致动器810，其包括基座816和机械连接或联接到基座816的弹簧布置结构812。在图8所示的实施方案中，弹簧布置结构812包括扭转弹簧813。基座816包括切割凹槽817以锚定扭转弹簧813的第一支腿(不可见)。扭转弹簧813的第一支腿被压配合到凹槽817中。可以包括任选的粘合剂以加强附接。凹槽817还用于相对于基座816上的系紧位置精确地定位扭转弹簧813。系紧位置包括基座816上的容纳约束构件830(例如，线)的凹口822。
72.机械致动器810包括联接到扭转弹簧813的冲击构件814。负载质量815(例如，螺母和螺栓)可以附接到扭转弹簧813的第二端部的尖端以存储机械能。螺母和螺栓布置结构将冲击构件814牢固地保持在适当位置，这被示出为具有突出的锯齿状齿814a的锁定垫圈。扭转弹簧813和负载质量815利用约束构件830(例如，线)向后翘起，该约束构件围绕以电阻器的形式的触发源824成环。电阻器824被设计成用作加热器，因此当由来自电联接到电引线826a、826b的电源(例如，电池，未示出)的电流激活时，其加热到高温并断裂约束构件830。当机械致动器810被电激活时，锁定垫圈814的一个或多个锯齿状齿814a以一定冲击压力撞击结构的预定可断裂区域，该冲击压力将使预定可断裂区域处的易碎材料片断裂(例如，引起结构的器皿壁破裂以使结构下沉)。机械致动器组件801可以具有紧凑的配置，其占有面积与上述代表性机械致动器组件701的占有面积大约相同(例如，约相同的占有面积、稍微较小的占有面积(例如，小5％-15％)或稍微更大(例如，大5％-15％)的占有面积)。
73.本公开的机械致动器组件的部件是精心设计的，以便装置可靠地并且按预期工作。冲击构件的设计拉回(翘起)位置的弹簧扭矩与体积比率需要足够高以在冲击时断裂预期目标(例如，易碎材料片)，但又足够低以在不断裂约束构件的情况下保持返回。通常，约束构件是相对非弹性的，在张力下强，但在热量下易于燃烧，并且随着加热而立即断裂，而不是随着杨氏模量逐渐减小而缓慢拉伸。在一些具体实施方式中，约束构件可以是相对弹性的。根据包括作为触发源的部件的电阻器的实施方案，电阻器优选地设计为具有能够由低成本电池产生持续足够的持续时间以断裂约束构件的高热的电阻值和额定功率。
74.根据包括围绕电阻器捆扎约束构件的实施方案，例如图8中所示的实施方案，重要
的是，电阻器加热器不与约束构件(例如，线)以多于一个的结进行捆扎，因为即使线的缠绕部分在加热器激活时散开，多个结也可能使线保持完好。图9a至图9c示出了用于用预成环线缠绕机械致动器组件的电阻器加热器的各种实施方案。这些方法能够以简单并且低成本的方式将电阻器加热器结合到约束环中。图9a示出了具有单个结932a的预成环线930a。图9b示出了通过在自身上插入环形线930b来缠绕电阻器加热器924b的方法，使得结932b远离电阻器加热器924b定位。图9c示出了结合到线约束件中的电阻器加热器924c，该线约束件具有用于将弹簧构件捆扎的残余环930c，使得结932c远离电阻器加热器924c定位。
75.尽管本文参考形成本公开的一部分的一组附图，但是本领域的普通技术人员将理解，本文描述的实施方案的各种改编和修改在本公开的范围内或不脱离本公开的范围。例如，本文描述的实施方案的各方面可以彼此以各种方式组合。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，可以按除了本文明确描述之外的方式实践所要求保护的发明。
76.本文引用的所有参考文献和出版物全文以引用方式明确地并入本公开中，除非它们可能直接与本公开相抵触。除非另有说明，否则本说明书和权利要求书中使用的表达特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应被理解为被术语“恰好”或“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数为近似值，该近似值可根据本领域技术人员利用本文所公开的教导内容所寻求获得的所需特性而变化，或者例如在实验误差的典型范围内。
77.带端点的数值范围的列举包括该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。在本文中，术语“多达”或“不大于”一数字(例如，多达50)包括该数字(例如，50)，并且术语“不小于”一数字(例如，不小于5)包括该数字(例如，5)。
78.术语“联接”或“连接”是指元件直接(彼此直接接触)或间接(具有位于两个元件之间并且附接该两个元件的一个或多个元件)彼此附接。任一术语可以由“操作地”和“可操作地”修饰，其可以互换使用，以描述该联接或连接被配置成允许部件交互以执行至少一些功能(例如，无线电芯片可以可操作地联接到天线元件以提供用于无线通信的射频电信号)。
79.与取向相关的术语，例如“顶部”、“底部”、“侧面”和“端部”用于描述部件的相对位置，并且不意味着限制所设想的实施方案的取向。例如，描述为具有“顶部”和“底部”的实施方案也涵盖其在各个方向上旋转的实施方案，除非上下文另外明确规定。
80.对“一个实施方案”、“实施方案”、“某些实施方案”或“一些实施方案”等的引用意味着结合实施方案描述的特定特征、配置、组成或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。因此，在贯穿全文各地方中出现的此类短语不一定是引用本公开的同一实施方案。此外，特定特征、配置、组成或特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
81.词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些有益效果的本公开的实施方案。然而，在相同或其它情况下，其它实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的叙述并不暗示其它实施方案不是有用的，并且不旨在从本公开的范围排除其它实施方案。
82.如本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”涵盖具有复数指示物的实施方案。如本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确规定，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义采用。
83.如本文所用，“具有(have、having)”、“包含(include、including)”、“包括(comprise、comprising)”等是以其开放式意义使用的，并且通常意指“包括但不限于”。应当理解，“基本上由
……
组成”、“由
……
组成”等包含在“包括”等中。术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部要素或所列要素中的至少两个要素的组合。
84.列表之前的短语“至少一个”、“包括至少一个”和“一个或多个”是指列表中的任何一个项目和列表中两个或更多个项目的任何组合。