True Low-Power Self-Locking Soft Actuators

 

Seung Jae Kim, Onnuri Kim and Moon Jeong Park

 

식물의 뿌리와 같은 유기체로부터 관찰되는 환경 변화에 대한 비대칭적인 독특한 부피변화를 모방하여 본 연구진은 전력 공급 없이도 그 움직임을 유지할 수 있는 고분자 액추에이터를 개발하였다. 이중층 구조의 빛과 전기 활성 고분자(LEAP)에 기반한 LEAP 액추에이터는 종래의 전기 감응성 고분자 액추에이터와 비교하였을 때, 250% 향상된 변형을 나타내며 3 배 무거운 물체를 들어 올릴 수 있다. 가장 흥미로운 점은 LEAP 액추에이터의 움직임이 전원을 전혀 공급하지 않는 조건에서도, 마치 파리지옥처럼 유지될 수 있다는 것이다. 자동 모션-잠금 LEAP 액추에이터는 2.0% 이상의 가역적인 작동이 가능하며, 3 V의 작동 전압에서 15 분 동안 물체를 들고 유지하는데 6.2 mWh/cm2의 전력을 소비한다. 이러한 본 연구진의 연구 결과는 인공 근육, 생의학 마이크로 디바이스 및 다양한 혁신적인 소프트 로봇 기술에 폭넓게 적용될 수 있다.

 

Natural double-layered structures observed in living organisms are known to exhibit asymmetric volume changes with environmental triggers. Typical examples are natural roots of plants, which show unique self-organized bending behavior in response to environmental stimuli. Here, we report light- and electro-active polymer-based (LEAP) actuators with a double-layered structure. The LEAP actuators exhibited an improvement of 250% in displacement and hold an object 3 times heavier as compared to that in the case of conventional electro-active polymer actuators. Most interestingly, the bending motion of the LEAP actuators could be effectively locked for a few tens of minutes even in the absence of a power supply. Further, the self-locking LEAP actuators showed a large and reversible bending strain of more than 2.0% and required only 6.2 mWh/cm2 of energy to hold an object for 15 min at an operating voltage of 3 V. These novel self-locking soft actuators should find wide applicability in artificial muscles, biomedical microdevices, and various innovative soft robot technologies.