연구자들, 자체 추진 가능한 인공 섬유 개발에 성공

하버드 존 A. 폴슨 공과대학 및 응용과학 학교(SEAS)의 연구자들은 자체 추진 가능한 프로그래밍 가능한 인공 섬유를 성공적으로 개발했다. 새로운 발전은 과학자들이 미니어처 로봇 시스템을 위한 작은 인공 섬유를 설계하려는 시도한 수년 후에 이루어졌다. 인공 섬유는 이러한 로봇 시스템이 굽히기, 비틀기, 반전하기와 같은 매우 복잡한 동작을 수행하는 데 도움이 될 수 있다.

이 연구는 네이처에 발표되었다.

마이크로 구조의 구축

전통적으로 마이크로 구조의 구축에는 복잡한 운동을 생성하기 위해 다단계 제조 공정과 다양한 자극이 필요했으며, 이는 광범위한 응용 분야에서 제한적이었다.

새로 개발된 마이크로 규모의 구조는 소프트 로봇, 생체 적합성 의료 기기, 동적 정보 암호화와 같은 많은 응용 분야에서 사용될 수 있다.

조안나 아이젠버그는 SEAS의 재료 과학 및 화학 및 화학 생물학 교수이며, 또한 이 논문의 선임 저자이다.

“적응형 자체 조절 재료의 혁신은 다양한 프로그래밍 가능한 운동을 수행할 수 있는 재료와 장치를 설계하는 데 큰 영향을 미칠 수 있다”라고 아이젠버그는 말했다. “이 분야에서 달성된 발전은 로봇, 의료, 정보 기술과 같은 다양한 응용 분야에서 재료와 장치를 설계하는 방식에 크게 영향을 미칠 수 있다.”

구조를 재구성하고 추진하는 것

이전의 연구에서는 이러한 시스템의 구조적 요소를 달성하기 위해 복잡한 다중 구성 요소 재료가 필요했지만, 새로운 팀은 단일 재료로 구성된 마이크로 구조 기둥을 설계했다. 이 단일 재료는 광반응성 액체 크리스탈 엘라스토머로, 마이크로 구조가 빛에 반응하여 형태를 변경할 수 있다.

형태가 변경되면, 먼저 빛이 닿은 부분이 투명해지며, 이는 빛이 재료에 더 깊이 침투하여 더 많은 변형을 유발한다. 그 후, 재료가 변형되고 형태가 변경되며, 이는 새로운 위치의 기둥이 빛에 노출되어 형태를 변경한다.

이 과정은 마이크로 구조가 주기적인 운동을 수행할 수 있도록 한다.

슈콩 리는 하버드 대학교 화학 및 화학 생물학 과의 대학원생이자, 또한 이 논문의 공동 제1저자이다.

“이 내부 및 외부 피드백 루프는 자체 조절 재료를 제공한다”라고 리는 말했다. “한번 빛을 켜면, 모든 작업을 tự động으로 수행한다.”

재료는 빛이 꺼지면 원래 형태로 돌아간다. 재료가 형태를 변경하고運動할 수 있으므로, 가장 간단한 구조도 무한한 가능성으로 재구성되고 조정될 수 있다.

마이클 M. 러치는 아이젠버그 연구소의 박사 후 연구원이며, 또한 이 논문의 공동 제1저자이다.

“우리는 조명 각도, 빛의 강도, 분자 정렬, 마이크로 구조 기하학, 온도 및 복사 간격과 기간과 같은 다양한 매개변수를 조정하여 이 동적舞蹈의 안무를 프로그래밍할 수 있다는 것을 보여주었다”라고 러치는 말했다.

팀은 또한 기둥이 배열의 일부로서 서로 상호 작용하는 방법을 보여주었다.

“이 기둥들이 함께 묶여 있을 때, 매우 복잡한 방식으로 상호 작용한다”라고 리는 말했다. “각 기둥이 변형될 때, 그 기둥이 그늘을落とし, 이는 변형 과정 동안 계속 변경된다. 이러한 그림자 매개 자체 노출의 동적 상호 작용을 프로그래밍하는 것은 동적 정보 암호화와 같은 응용 분야에서 유용할 수 있다.”

“개별 및 집단 운동의 광범위한 설계 공간은 소프트 로봇, 마이크로 워커, 센서 및 강력한 정보 암호화 시스템을 위한 변혁적 가능성을 가지고 있다”라고 아이젠버그는 추가했다.

이 연구에는 제임스 T. 워터스, 보레이 덩, 리스 S. 마르텐스, 유싱 야오, 도윤 김, 카티아 베르톨디, 앨리슨 그린탈, 안나 C. 발라즈와 같은 공동 저자들이 포함되었다.