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작성일 : 16-11-16 11:40
[2016.11]박문정교수 연구실 1 Volt-Driven Superfast Polymer Actuators Based on Single Ion Conductors
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 글쓴이 : 관리자
조회 : 794  

1 Volt-Driven Superfast Polymer Actuators Based on Single Ion Conductors



김온누리, 박문정*



고분자 액추에이터가 인공 근육으로 활용되기 위해서는 빠른 응답속도, 낮은 구동전압, 우수한 내구성이 필수적이다. 이에 본 연구진은 1V 하에서 수십 ms 이내에 수 mm 의 이동변위를 보이는 빠른 소프트 액추에이터를 개발하였다. 이는 단일이온전도체 기능을 하는 고분자 멤브레인을 액추에이터에 적용함으로서 가능하였다. 특히, 양쪽성 이온을 고분자 전해질의 나노미터 크기 이온채널에 선택적으로 도입함으로서 5에 불과한 고분자 전해질의 유전상수를 물에 가까운 76으로 높이고 그 결과, 이온전도도를 300배 이상 향상시키는 획기적인 결과를 얻었다. 본 연구진이 개발한 소프트 액추에이터는 20,000번 사이클 후에도 변함없는 작동을 보임으로써 우수한 내구성을 보였다. 이번 본 연구진의 연구개발 결과는, 지난 수 십년간 개발된 어떤 형태의 액추에이터서도 달성하지 못한, 1V 구동전압, 4mW의 낮은 소비전력 하에서 수십 밀리초 내에 수 mm를 보이는 최초의 연구 결과이다. 개발된 액추에이터는 인공근육 뿐만 아니라, 다양한 생체모방형 디바이스로 활용할 가능성이 충분하기에 그 의의가 크다.


The key challenges in the advancement of actuator technologies related to artificial muscles include fast-response time, low operation voltages and durability. Although several researchers have tackled these challenges over the last few decades, no breakthrough has been made. Here we describe a platform for the development of soft actuators that moves a few millimetres under 1V in air, with a superfast response time of tens of milliseconds.

An essential component of this actuator is the single-ion-conducting polymers that contain well-defined ionic domains through the introduction of zwitterions; this achieved an exceptionally high dielectric constant of 76 and a 300-fold enhancement in ionic conductivity.

Moreover, the actuator demonstrated long-term durability, with negligible changes in the actuator stroke over 20,000 cycles in air. Owing to its low-power consumption (only 4 mW), we believe that this actuator could pave the way for cutting-edge biomimetic technologies in the future.

 


 
 

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