지속 가능한 소프트 로봇의 개척: 생분해성 인공 근육으로 더绿色的 미래를 위한

독일 스투트가르트의 Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), 오스트리아 린츠의 Johannes Kepler University (JKU), 미국 볼더의 University of Colorado (CU Boulder)의 국제 연구팀은 소프트 로봇의 최전선에 지속 가능성을 가져왔습니다.

그들은 젤라틴, 오일, 및 바이오플라스틱으로 구성된 전면 생분해성의 고성능 인공 근육을 개발했습니다. 과학자들은 이 혁신적인 기술의 잠재력을 로봇 그립퍼를 애니메이션화하여, 특히 폐기물 수집과 같은 단일 사용 응용 분야에서 유용한 것으로 보여주었습니다. 이러한 인공 근육은 시설 조건에서 6개월 이내에 완전히 생분해되는 시내 유기물 쓰레기통에서 폐기될 수 있습니다.

CU Boulder에서 방문 과학자로 MPI-IS의 로봇 재료 부서에서 근무하며 이 논문의 공동 1저자인 Ellen Rumley는 소프트 로봇에서 지속 가능한 재료의 중요성을 강조합니다.

“생분해성 부품은 의료 작전, 탐색 및 구조 작전, 유해 물질 조작과 같은 단일 사용 응용 분야에서 지속 가능한 해결책을 제공할 수 있습니다. 제품 수명이 끝나면 매립지에 쌓이지 않도록 미래의 식물 성장에 대한 퇴비가 될 수 있는 로봇을 만들 수 있습니다.”

생분해성 HASEL 인공 근육 개발

연구자들은 전기적으로 구동되는 인공 근육인 HASEL (Hydraulically Amplified Self-healing Electrostatic Actuators)을 만들었습니다. HASEL은 오일로 채워진 플라스틱 포우치로, 전도체인 전극의 쌍으로 부분적으로 덮여 있습니다. 전극 쌍에 고전압을 적용하면 반대 전하가 쌓여서 오일을 전극이 없는 포우치 영역으로 밀어냅니다. 이 오일 이동으로 인해 포우치가 수축되어 실제 근육과 유사합니다. HASEL이 변형되기 위해서는 플라스틱 포우치와 오일을 위한 재료가 전기 절연체여야 하며 전기적으로 충전된 전극에 의해 생성되는 높은 전기 응력을 견딜 수 있어야 합니다.

전기적으로 구동되는 인공 근육을 위한 전도성, 부드럽고, 전면 생분해성 전극을 개발하는 것이 주요 도전 과제였습니다. JKU의 연구자들은 HASEL 작동기에 직접 주조할 수 있는 젤라틴과 염의 혼합물 레시피를 만들었습니다.

이 프로젝트의 공동 1저자이자 JKU의 Soft Matter Physics Division의 과학자인 David Preninger는 다음과 같이 설명합니다.

“이 높은 성능 응용 분야에 적합한 전극을 만들되, 사용 가능한 구성 요소와 접근 가능한 제조 전략을 사용하는 것이 중요했습니다.”

Image Source: Max Plank Institute

전기적 성능 및 생분해성 플라스틱

다음으로 생분해성 플라스틱을 식별하는 것이 필요했습니다. 엔지니어는 일반적으로 분해 속도와 기계적 강도보다 전기 절연을 우선考虑하지만, HASEL은 수천 볼트에서 작동합니다. 그러나 일부 바이오플라스틱은 젤라틴 전극과 충분한 전기 절연과 함께 좋은 재료 호환성을 보여주었습니다.

특정 재료 조합을 사용하면 HASEL이 수천 볼트에서 100,000 개의 작동 주기를 견딜 수 있으며 전기적 故障이나 성능 손실 없이 작동할 수 있습니다. 이러한 생분해성 인공 근육은 전기 기계적으로 비 생분해성 대응물과 경쟁력을 가지며 인공 근육 기술에서 지속 가능성을 촉진합니다.

Ellen Rumley는 그들의 연구의 영향에 대해 다음과 같이 설명합니다.

“새로운 재료 시스템의 뛰어난 성능을 보여줌으로써, 우리는 로봇을 구축하는 데 생분해성 재료를 사용 가능한 재료 옵션으로 고려하도록 로봇 공학 커뮤니티에 동기를 부여하고 있습니다. 바이오플라스틱으로 이러한 훌륭한 결과를 얻은 것은 다른 재료 과학자들이 전기적 성능을 고려하여 새로운 재료를 만들도록 동기를 부여할 것입니다.”

미래 전망 및 응용

생분해성 인공 근육의 개발은 로봇의 미래를 위한 새로운 기회를 열어줍니다. 로봇 기술에 지속 가능한 재료를 통합함으로써 과학자들은 특히 단일 사용 장치가普遍한 응용 분야에서 로봇의 환경적 영향을 줄일 수 있습니다. 이 연구의 성공은 더 많은 생분해성 구성 요소를 탐색하고 전면적으로 환경 친화적인 로봇을 설계하는 길을 열어줍니다.

생분해성 소프트 로봇의 잠재적인 응용 분야는 폐기물 수집과 의료 작전을 넘어 환경 모니터링, 농업, 소비자 전자 제품에까지 확장될 수 있습니다. 이러한 로봇은 매립지의 부담을 줄이고 순환 경제에 기여할 수 있습니다.

연구가 계속됨에 따라 팀은 생분해성 인공 근육을 생성하는 데 사용되는 재료와 프로세스를 더 tinh chỉnh할 계획입니다. 재료 과학과 로봇 공학의 다른 전문가들과 협력하여 지속 가능한 소프트 로봇 분야를 앞으로 추진할 새로운 기술을 개발하는 것을 목표로 합니다. 연구자들은 다양한 산업에서 생분해성 재료의 채택을 장려하여 기술 개발에 대한 더 환경적으로 의식적인 접근 방식을 촉진하기를 희망합니다.

이 국제 연구 팀의 개척적인 작업은 소프트 로봇의 더 지속 가능한 미래를 위한 중요한 단계를 나타냅니다. 생분해성 인공 근육의 praktikability와 성능을 보여줌으로써, 그들은 녹색 기술의 추가적인 발전을 위한 길을 열어주고 로봇 공학 커뮤니티에 지속 가능한 대안을 고려하도록鼓励하고 있습니다.