Penn State University가 이끄는 국제 연구팀이 로봇을 위한 “인공 근육”을 만들 수 있는 재료를 개발했습니다.
그 팀은 가능성을 보여주었다 새로운 유형의 강유전성 폴리머는 이전 방법보다 더 효율적으로 전기 에너지를 기계적 응력으로 변환할 수 있습니다.
이러한 자료는 개발에 매우 도움이 될 수 있습니다. 의료 기기, 고급 로봇 및 정밀 포지셔닝 시스템.
이 새로운 폴리머는 극복할 수 있습니다. 기존 압전 고분자 복합재료의 한계. 이를 통해 외력이 가해지면 형태가 변하는 소재인 소프트 액츄에이터 개발에 유망한 길을 제시할 수 있을 것이다.
하드 액추에이터와 달리 소프트 액추에이터는 로봇 공학에서 매우 유용합니다. 강도, 강도 및 탄력성.
Penn State의 재료 과학 및 공학 교수이자 연구의 공동 저자인 Qing Wang은 “우리는 이제 ‘인공 근육’이라고 부르는 일종의 소프트 로봇을 갖게 될 가능성이 높습니다. 높은 하중과 큰 응력을 견딜 수 있는 부드러운 소재를 사용하기 위해 이 소재는 인간 근육의 시뮬레이션에 더 가까워질 것입니다.
그러나 “인공 근육”이 현실화되기 전에 이러한 재료는 몇 가지 장애물을 극복해야 합니다.
첫 번째는 부드러운 재료의 강도를 향상시킬 필요성입니다. 현재 폴리머로 구성된 연질 가공 재료는 가장 큰 응력을 갖지만 압전 세라믹에 비해 훨씬 적은 힘을 발생시킵니다. 이 힘은 변환에 매우 중요합니다. 전기 에너지를 기계 에너지로.
두 번째 문제는 강유전성 폴리머 액추에이터가 일반적으로 액추에이터의 모양 변경과 같은 시스템 변경을 강제하는 힘인 매우 높은 구동 필드를 필요로 한다는 것입니다. 이 경우 활성화되기 위해 필요한 열전기 반응에 필요한 폴리머의 형태 변화를 생성하기 위해 높은 구동 필드가 필요합니다.
강유전성 폴리머의 성능을 향상시키기 위해 제안된 솔루션은 강유전성 폴리머 나노복합체(폴리머에 부착된 미세한 라벨 유형)를 개발하는 것이었습니다.
연구진은 나노입자를 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride) 폴리머에 내장함으로써 폴리머 내에 상호 연결된 전극 네트워크를 만들었습니다.
이 네트워크는 일반적으로 요구되는 것보다 훨씬 낮은 전기장에서 강유전성 상전이를 유도하는 것을 가능하게 했습니다. 이것은 전류가 도체를 통과하여 열을 발생시킬 때 발생하는 주울 열을 이용한 열전 방식을 통해 달성되었습니다.
열전 상 변화에 일반적으로 필요한 전기장 강도의 10% 미만만 필요한 나노복합 중합체에서 상 전이를 유도하기 위해 주울 가열을 사용합니다.
“일반적으로 강유전성 재료의 이러한 응력과 힘은 역의 관계로 서로 관련되어 있습니다.”라고 Wang은 말했습니다. “이제 우리는 그것들을 단일 물질로 융합할 수 있으며 줄 가열을 사용하여 그것들을 추진하는 새로운 방법을 개발했습니다.
“드라이빙 필드가 10% 미만으로 훨씬 더 낮기 때문에 이 새로운 재료가 의료 기기, 광학 장치 및 소프트 로봇과 같이 낮은 구동 필드가 효율적이어야 하는 많은 응용 분야에 사용될 수 있는 이유입니다.”
이 연구는 최근 저널에 게재되었습니다. 천연 재료.
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"트위터를 통해 다양한 주제에 대한 생각을 나누는 아 동율은 정신적으로 깊이 있습니다. 그는 맥주를 사랑하지만, 때로는 그의 무관심함이 돋보입니다. 그러나 그의 음악에 대한 열정은 누구보다도 진실합니다."