연구원, 해삼에서 영감을 얻은 물 구동 소프트 로봇 개발

포항공과대학교 기계공학과 연구팀이 기존 소프트 액추에이터보다 빠르고 강력한 물 구동식 자가작동 소프트 액추에이터를 개발했다. 연구팀은 김동성 교수, Andrew Choi, 한현석 박사가 이끌었다. 

연구 결과는 재료 화학 A.

MCT와 해삼

새로운 개발은 해삼의 변이성 교원질 조직(MCT)에서 영감을 받았습니다. 해삼의 몸은 MCT로 만들어져 주변 환경에 따라 굳거나 부드러워집니다. 해삼의 탄성 계수는 ​​단 몇 초 만에 최대 10배까지 변할 수 있으며, 이것이 작은 틈새를 통과하거나 부풀어 포식자를 위협할 수 있게 하는 것입니다. 해삼은 콜라겐 조직에서 수소 결합을 형성하거나 파괴함으로써 이를 수행할 수 있습니다. 화학 조절제를 제어함으로써.

액추에이터는 단단하며 모터나 스위치와 유사한 전기 신호 변경을 사용하여 물리적 상태를 변경할 수 있습니다. 반면 일부 소프트 액추에이터는 물에 반응하여 에너지원으로 사용할 수 있습니다. 움직임의 자유가 필요한 소프트 로봇의 경우 소프트 액추에이터가 도움이 될 수 있습니다. 즉, 기존의 소프트 액추에이터는 깨지기 쉽고 느리기 때문에 효과적으로 적용할 수 없습니다.

기존의 소프트 액추에이터보다 우수함

연구원들은 물과 반응하여 모양을 자유롭게 바꿀 수 있는 해삼의 MCT에서 영감을 얻었습니다. 그런 다음 프로그래밍이 가능하고 매우 유연한 벌크 PNIPAAm 하이드로겔을 기반으로 하는 액추에이터를 개발했습니다. 물을 에너지원으로 하는 기존 소프트 액추에이터보다 200배, 300배 빠른 작동력을 보였다. 이 액추에이터는 섭씨 80도일 때 물을 에너지원으로 사용할 수도 있습니다. 

액추에이터는 다양한 테스트를 통해 300%의 인장 변형을 받았을 때 원래의 형태로 복원될 정도로 견고함을 입증했습니다. 

팀에 따르면 이 액추에이터는 산업 및 생물 의학 분야를 포함하여 다양한 분야에서 사용될 수 있습니다. 또한 산업용 로봇, 특히 사람의 팔 역할을 하고 재료를 들어 올리는 그리퍼를 사용하여 차이를 만들 수 있습니다. 이 유형의 로봇은 또한 상처를 닫고 인공 손가락 역할을 할 수 있습니다.

김동성 교수는 “소프트 로봇은 습기에 닿으면 작동하며 유연하고 변형이 가능해 다양한 환경에 쉽게 적응할 수 있다”고 설명했다. “이번에 새로 개발한 하이드로겔 액츄에이터는 매우 강력하고 빠르게 작동하여 화학에너지를 이용하여 전기가 없는 곳에서도 작동이 가능합니다.”

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업과 바이오의료핵심기술개발사업, 산업통상자원부가 지원하는 연금술사사업의 지원을 받아 수행됐다.