지속 가능한 소프트 로봇틱스를 선도하는 기술: 더绿色 미래를 위한 생분해성 인공 근육

독일 슈투트가르트의 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 로봇틱스에서 지속 가능성을 앞세웠습니다.

그들은 젤라틴, 오일, 및 바이오플라스틱으로 구성된 완전히 생분해 가능한 고성능 인공 근육을 개발했습니다. 연구자들은 이 혁신적인 기술의 잠재력을展示하기 위해 로봇 그립퍼를 애니메이션화했습니다. 특히 폐기물 수집과 같은 단일 사용 애플리케이션에서 유용한 인공 근육입니다. 이러한 인공 근육은 시설 조건에서 6개월 이내에 완전히 생분해됩니다.

Cu Boulder의 방문 과학자이자 MPI-IS의 로봇 소재 부서에서 일하는 Ellen Rumley는 소프트 로봇틱스에서 지속 가능한 재료의 중요성을 강조합니다.

“생분해성 부품은 특히 의료 작동, 탐색 및 구조 임무, 유해 물질 조작과 같은 단일 사용 애플리케이션에서 지속 가능한 솔루션을 제공할 수 있습니다. 제품 수명 끝에 폐기물이 쌓이지 않도록 로봇은 미래의 식물 성장에 대한堆肥가 될 수 있습니다.”

생분해성 HASEL 인공 근육 개발

연구자들은 전기적으로 구동되는 인공 근육인 HASEL (Hydraulically Amplified Self-healing Electrostatic Actuators)을 개발했습니다. HASEL은 오일이充填된 플라스틱 포우치로 구성되며 전기 전도체인 전극으로 부분적으로 덮여 있습니다. 전극 쌍에 고압을 적용하면 반대 전하가 생성되어 오일을 전극이 없는 포우치 영역으로 推進시킵니다. 이 오일 이동은 포우치가 수축되도록 하며, 실제 근육과 유사합니다. HASEL이 변형되기 위해서는 플라스틱 포우치와 오일에 사용되는 재료가 전기 절연체여야 하며 전기 전도체에 의해 생성되는 높은 전기 응력을 견딜 수 있어야 합니다.

일차적인 도전은 전도성, 연성, 및 완전히 생분해 가능한 전극을 개발하는 것이었습니다. JKU의 연구자들은 바이오폴리머 젤라틴과 염을 혼합하여 HASEL 액추에터에 직접 캐스팅할 수 있는 레시피를 개발했습니다.

이 프로젝트의 공동 1저자이자 JKU의 소프트 매터 물리학 부서의 과학자인 David Preninger는 다음과 같이 설명합니다.

“우리는 이러한 고성능 애플리케이션에 적합한 전극을 개발하는 것이 중요했지만, 쉽게 사용할 수 있는 구성 요소와 접근 가능한 제조 전략을 사용했습니다.”

이미지 출처: Max Plank Institute

전기적 성능 및 생분해성 플라스틱

다음 도전은 적절한 생분해성 플라스틱을 식별하는 것이었습니다. 공학자들은 일반적으로 분해 속도와 기계적 강도와 같은 요소를 전기 절연보다 우선시합니다. 그러나 일부 바이오플라스틱은 젤라틴 전극과 충분한 전기 절연과 함께 良好한 재료 호환성을 보여주었습니다.

특정 재료 조합은 HASEL이 수천 볼트에서 100,000 회의 작동 주기를 견딜 수 있도록 하였으며, 전기적 고장이나 성능 손실 없이 작동했습니다. 이러한 생분해성 인공 근육은 비 생분해성 대응물과 비교하여 전기 기계적으로 경쟁력이 있습니다. 이는 인공 근육 기술에서 지속 가능성을 촉진합니다.

Ellen Rumley는 다음과 같이 연구의 영향에 대해 설명합니다.

“우리는 새로운 재료 시스템의卓越한 성능을 보여줌으로써, 로봇틱스 커뮤니티가 로봇을 구축하는 데 생분해성 재료를 실용적인 재료 옵션으로 고려하도록 동기를 부여하고 있습니다. 바이오플라스틱이 이러한伟大한 결과를 달성했으므로, 다른 재료 과학자들이 전기적 성능을 고려하여 새로운 재료를 개발하도록 мотив화할 수 있습니다.”

미래의 전망 및 애플리케이션

생분해성 인공 근육의 개발은 로봇틱스의 미래에 새로운 기회를 열어줍니다. 로봇 기술에 지속 가능한 재료를 통합함으로써 과학자들은 로봇의 환경적 영향을 줄일 수 있습니다. 특히 단일 사용 기기가 일반적인 애플리케이션에서 이러한 연구의 성공은 더 많은 생분해성 구성 요소의 탐색과 완전히 환경 친화적인 로봇의 설계를 위한 길을 열어줍니다.

생분해성 소프트 로봇의 잠재적인 애플리케이션은 폐기물 수집과 의료 작동을 넘어 환경 모니터링, 농업, 및 소비자 전자 제품에까지 확장됩니다. 이러한 로봇은 매립지를 부담을 줄이고 순환 경제에 기여할 수 있습니다.

연구가 계속됨에 따라, 팀은 생분해성 인공 근육을 생성하는 데 사용되는 재료와 공정을 더욱 tinh chỉnh할 계획입니다. 재료 과학 및 로봇틱스 전문가와의 협력을 통해, 그들은 지속 가능한 소프트 로봇틱스 분야를 앞으로 추진할 새로운 기술을 개발하고자 합니다. 연구자들은 다양한 산업에서 생분해성 재료의 채택을 장려하여 기술 개발에更加 환경적으로 의식적인 접근 방식을 촉진하고자 합니다.

이 국제 연구 팀의 획기적인 연구는 소프트 로봇틱스에更加 지속 가능한 미래를 향한 중요한 단계를 나타냅니다. 생분해성 인공 근육의 실용성과 성능을 демон스트레이션함으로써, 그들은 녹색 기술의 추가적인 발전과 로봇틱스 커뮤니티가 그들의 창조물에 대한 지속 가능한 대안을 고려하도록 영감을 불어넣고 있습니다.