[논문]이온성 고분자-금속 복합체 작동기의 소개 및 이의 응용

전진한; 오일권

이온성 고분자-금속 복합체 작동기의 소개 및 이의 응용
Introduction to Ionic Polymer-Metal Composite Actuators and Their Applications 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.28 no.11, 2011년, pp.1242 - 1250

전진한 (한국과학기술원 기계항공시스템공학부) , 오일권 (한국과학기술원 기계항공시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Several biomimetic artificial muscles including the electro-active synthetic polymers (SSEBS, PSMI/PVDF, SPEEK/PVDF, SPSE, XSPSE, PVA/SPTES and SPEI), bio-polymers (Bacterial Cellulose and Cellulose Acetate) and nano-composite (SSEBS-CNF, SSEBS-$C_{60}$, Nafion-$C_{60}$ and PHF-SPEI) actuators are introduced in this paper. Also, some applications of the developed biomimetic actuators are explained including biomimetic robots and biomedical active devices. Present results show that the developed electro-active polymer actuators with high-performance bending actuation can be promising smart materials applicable to diverse applications.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

SSEBS(sulfonated poly(styrene-b-ethylene-co-butyleneb-styrene)는 삼중블록 공중합체로 에틸렌, 부타디엔 그리고 스티렌의 조성에 따라 물리, 기계적 물성 조절이 용이하다. 또한 수화된 상태에서 우수한 양이온 전도성, 함수도와 기계적 강성을 가져 연료전지용 고체전해질 막으로 연구되고 있으며, 이에 본 연구팀에서 인공근육형 이온성 고분자 작동기로 적용 가능성을 평가하였다. 특히 SSEBS 기반 고분자 작동기는 친환경적인 탄화수소계열로 가격 또한 기존의 Nafion 에 비해 저렴하며, DC 가진시 straightening-back 현상 없이 일정한 응답 특성을 보였다.
본 논문에서는 기존 Nafion 기반의 이온성 고분자 작동기의 단점들을 극복하고자 본 연구실에서 수행하였던 새로운 전기반응 고분자, 생체적합성 고분자, 고성능 나노-복합체 작동기 개발 및 이들의 제어기법연구, 그리고 이의 응용에 대해 개략적으로 소개 하고자 한다.
본 연구에서는 임의의 곡면을 갖는 해파리의 형태를 모사하기 위해 열처리 기법을 이용한 곡면형의 이온성 고분자 작동기 제작기술을 개발하였다. 또한 큰 부양력을 갖도록 구성된 실제 해파리의 주기적 움직임 패턴인 빠른 작동·느린 회복과정을 모사한 전기 신호(bio-inspired signal)를 사용하여 낮은 소비전력으로 큰 부양력을 얻을 수 있는 해파리 로봇의 효율적인 움직임을 구현하였다.
심혈관계와 소화기계 질환에 의한 재협착/후기 혈전, 암 등의 생체물질을 모니터링하고 이에 감응하여 약물 방출 및 직경을 제어할 수 있는 능동형 스텐트에 대한 연구가 진행 중에 있다. 본 연구에서는 직경 제어가 가능한 스텐트용 스마트 재료로 IPMC 를 이용하여 스텐트의 직경 및 길이 조절이 동시에 구현 가능한 나선형 IPMC 스텐트를 개발하였다. 나선형 IPMC 작동기의 구동특성을 조화 가진, DC 가진에 대하여 살펴 보았으며 직경의 확장과 수축이 요구되는 스텐트 등에 적용 가능함을 확인하였다.
본 절에서는 플루오르 계열의 Nafion 이온교환막을 대체하여 PSMI-PVDF 와 탄화수소 계열인 SPEEK, SSEBS, SPSE, SPTES 등의 값싸고, 친환경적인 이온성 고분자 재료로 개발한 이온성 전기반응 고분자 작동기에 대해 소개하고자 한다. 특히 이들은 우수한 이온교환용량, 양이온 전도도 그리고 인공근육형 작동기에 적합한 기계적 물성을 지녀 이온성 전기반응 고분자 작동기로 적용 가능하였다.
본 특집 논문에서는 본 연구실에서 개발한 전기반응 고분자와 이의 응용 연구에 대해 소개하였다. 기존의 전기반응 고분자 작동기의 단점을 개선하기 위하여 탄화수소계 이온교환성 고분자, 바이오 고분자 그리고 나노-복합체를 이용하여 새로운 고기능성 고분자 작동기를 개발하고 있으며, 최근에는 이러한 작동기들을 생체모방 로봇과 능동형 의료 디바이스에 적용하려는 연구를 활발히 진행하고 있다.
또한 PEI 막은 가격 효용성과 고분자 작동기로 적용 시 요구되는 기계적 강성의 조절이 가능하다는 장점을 지닌다. 이에 우수한 생체적합성을 지닌 SPEI(sulfonated polyetherimide)에 기반한 생체적합성을 갖는 이온성 고분자 작동기를 개발하였다. 이온성 고분자 작동기로 적용하기 위해 PEI 고분자의 백본(back-bone)에 술폰산 그룹을 도입하여 양이온 전도도, 함수도와 친수성 성질 등의 전기/화학적 특성을 개선하였다.

제안 방법

IPMC 작동기의 수중 동적 거동을 잘 반영할 수 있는 비선형 실험 모델을 설계하고, 이를 이용하여 비선형 IPMC 플랜트의 동적 거동 개선과 굽힘 거동 제어 성능이 우수한 ADRC(autodisturbance-rejection controller) 제어 기법을 개발하였다. 먼저 개루프 계단응답을 통해 IPMC 작동기의 2 차 실험 모델을 추출한 후 시스템의 내부 동특성과 외란을 표현하는 두 개의 비선형 함수 항들을 이용하여, IPMC 작동기의 동적 특성을 충분히 반영할 수 있는 수정된 모델을 구하고, 이를 외란 제거 특성이 우수한 ADRC 에 반영하여 불확실 비선형 플랜트인 IPMC 를 효과적으로 제어하였다.
SPTES 의 -SO3H와 PVA 의 –OH 의 축합 반응을 통해 가교결합된 PVA/SPTES 를 합성하였다.
고성능의 생체적합성을 지닌 나노복합체 작동기를 개발하기 위하여 Fullerenol-SPEI 기반 전기활성 인공근육형 작동기를 개발하였다. 소량의 Fullerenol(PHF, 0.
다공성 나노섬유 매트 제작에 용이한 전기방사 기법을 적용하여, 생체적합성을 지닌 셀룰로오스아세테이트(cellulose acetate)와 풀러렌올(PHF) 기반의 전기반응 바이오 고분자 매트를 개발하였다. 낮은 농도의 PHF 는 전기 방사시 발생한 비드의 불안정을 최소화시켜 나노 섬유의 크기를 400-800nm 로 형성하는데 도움을 주었다.
특히 이들은 우수한 이온교환용량, 양이온 전도도 그리고 인공근육형 작동기에 적합한 기계적 물성을 지녀 이온성 전기반응 고분자 작동기로 적용 가능하였다. 또한 이온성 고분자의 전기/기계/화학적 물성을 개선하기 위하여 블렌딩기법과 교차연계기법을 적용한 SPEEK/PVDF, XSPSE 그리고 PVA/SPTES 기반의 고성능 전기반응 고분자 작동기를 개발하였다.
IPMC 작동기의 수중 동적 거동을 잘 반영할 수 있는 비선형 실험 모델을 설계하고, 이를 이용하여 비선형 IPMC 플랜트의 동적 거동 개선과 굽힘 거동 제어 성능이 우수한 ADRC(autodisturbance-rejection controller) 제어 기법을 개발하였다. 먼저 개루프 계단응답을 통해 IPMC 작동기의 2 차 실험 모델을 추출한 후 시스템의 내부 동특성과 외란을 표현하는 두 개의 비선형 함수 항들을 이용하여, IPMC 작동기의 동적 특성을 충분히 반영할 수 있는 수정된 모델을 구하고, 이를 외란 제거 특성이 우수한 ADRC 에 반영하여 불확실 비선형 플랜트인 IPMC 를 효과적으로 제어하였다.²⁰
비선형 응답 특성을 갖는 IPMC 작동기의 끝단 변위를 제어하기 위해 적응 뉴로-퍼지 제어기(ANFC, adaptive neuro-fuzzy control)를 설계하였다. 인공 뉴로 네트워크 알고리즘을 이용하여 IPMC 에 대한 멤버쉽 함수와 제어 규칙을 트레이닝 하였다.
특히 높은 술폰화도로 인한 SPEEK 고분자 내의 과도한 acidic group은 이온성 고분자막의 수분함량을 증대시켜 기계적 물성을 낮추는 단점이 있다. 이를 개선하고자 안정적인 기계적 물성과 소수성 특성을 지닌 PVDF 와 블렌딩하여, 막의 강성과 술폰화도를 제어하였다. SPEEK/PVDF 의 경우 straightening-back 현상 없이 일정한 작동 특성을 보였으며, 조화 응답 특성 또한 우수하여 고성능 인공근육형 고분자 작동기로 적용 가능하였다.
그러나 기존의 상용 SPSE 로 제작된 막은 높은 함수도 특성으로 인해 수화된 상태에서 우수한 기계적 물성을 보였으며, 술폰화도 또한 조절하기 어려웠다. 이에 UV 조사를 통한 교차연계 기법으로 SPSE 의 함수도를 낮춤으로서 기계적 물성 및 작동 성능을 개선하였다. Fig.
특히, 박테리아 셀룰로오스는 헤미셀룰로우스, 펙틴, 및 리그닌 등 불순물이 함유한 식물 셀룰로오스와 달리 순수한 셀룰로오스 집합체로 결정화도, 화학적 안정성, 높은 기계적 강성 및 강도 등의 뛰어난 물성을 지니고 있다. 이에 따라 박테리아 셀룰로오스(BC)를 기반으로 한 전기 반응 고분자 작동기를 개발하였다. 또한 박테리아 셀룰로오스에 LiCl 알칼리 처리 기법을 도입하여 박테리아 셀룰로오스의 결정성 약화와 동시에 비정질 부분을 증가시켜, 박테리아 셀룰로오스의 전기-화학-기계적 물성이 개선되었다.
이온 망사형의 새로운 이온성 고분자인 PSMIPVDF(Poly(styrene-alt-maleimide)-Incorporated Poly(vinylidene fluoride))를 적용하여 Fig. 3 과 같이 2V의 낮은 구동 전압에서 straightening-back 현상 없이 10mm 이상의 큰 굽힘 성능을 갖는 작동기를 개발하였다.⁶ 특히 본 작동기는 고유의 우수한 이온교환용량과 친수-소수성 블렌딩에 의해 형성된 친수성 나노채널로 인하여 뛰어난 전기-기계적 성능을 보였다.
이에 우수한 생체적합성을 지닌 SPEI(sulfonated polyetherimide)에 기반한 생체적합성을 갖는 이온성 고분자 작동기를 개발하였다. 이온성 고분자 작동기로 적용하기 위해 PEI 고분자의 백본(back-bone)에 술폰산 그룹을 도입하여 양이온 전도도, 함수도와 친수성 성질 등의 전기/화학적 특성을 개선하였다. SPEI 작동기는 계단 응답에서 straightening-back 현상은 거의 없었으며, 대변형 특성을 보여 생체의료용 디바이스의 작동기로 적용 가능성을 확인하였다.
비선형 응답 특성을 갖는 IPMC 작동기의 끝단 변위를 제어하기 위해 적응 뉴로-퍼지 제어기(ANFC, adaptive neuro-fuzzy control)를 설계하였다. 인공 뉴로 네트워크 알고리즘을 이용하여 IPMC 에 대한 멤버쉽 함수와 제어 규칙을 트레이닝 하였다. 장시간 동안 적응 뉴로-퍼지 제어 알고리즘으로 끝단 변위를 제어하여 IPMC의 straightening-back 문제가 발생하지 않았음을 확인하였고, 특히 큰 제어 입력과 시스템 모델의 변경 없이도 본 제어 기법을 통해 IPMC 작동기 성능 저감을 회복하여 장시간 제어가 가능하도록 하였다.
초소형 펌프에 적용 가능하도록 곡률을 갖는 다중 IPMC 빔과 곡면형 멤브레인을 만들어 불안정 좌굴형태에서 발생하는 동적 스냅-스루를 유발하여 아래방향으로 급격한 대변형이 가능한 마이크로 펌프를 제안하였다. 이로서 기존의 평평한 형태의 IPMC 와 달리 횡방향으로 행정이 매우 커지게 되어 큰 유량을 펌핑할 수 있으며, 비대칭적인 상향·하향 운동에 의해 밸브구조에서 발생할 수 있는 유량손실을 최소화할 수 있을 것이다.

대상 데이터

이에 따라 나노 스케일의 강화 입자를 이용하여 나노 복합체와 스마트 재료의 화학/물리적 물성 개선 연구가 활발하다. 본 연구에서는 고분자와 우수한 적합성을 지닌 CNF(Carbon Nano Fiber)를 나노입자 강화제로 사용하였다. 특히 CNF 는 1 차원 탄소 구조체로 길이방향으로 전기/기계적 물성이 우수하여 고성능 나노복합체 제작에 유용할 것으로 판단하였다.

성능/효과

또한 SSEBS 용액의 점도와 CNF 나노 입자 사이의 강한 반데르발스 힘으로 인해 CNF 의 응집 현상이 억제되어, CNF 가 균질 분산된 SSEBS 기반 나노복합체를 제작할 수 있었다.¹² SSEBS-CNF 작동기의 조화 및 계단 입력에 따른 굽힘 성능을 살펴보면, 인가전압이 증가함에 따라 변위가 증가하였으며 2V 인가전압에서 straightening-back 현상 없이 오랜 시간 동안 큰 구동변위를 유지하였다. 또한 순수 SSEBS 작동기에 비해서는 더 빠른 응답성과 작동 성능을 보였다.
3 과 같이 2V의 낮은 구동 전압에서 straightening-back 현상 없이 10mm 이상의 큰 굽힘 성능을 갖는 작동기를 개발하였다.⁶ 특히 본 작동기는 고유의 우수한 이온교환용량과 친수-소수성 블렌딩에 의해 형성된 친수성 나노채널로 인하여 뛰어난 전기-기계적 성능을 보였다.
장시간 동안 적응 뉴로-퍼지 제어 알고리즘으로 끝단 변위를 제어하여 IPMC의 straightening-back 문제가 발생하지 않았음을 확인하였고, 특히 큰 제어 입력과 시스템 모델의 변경 없이도 본 제어 기법을 통해 IPMC 작동기 성능 저감을 회복하여 장시간 제어가 가능하도록 하였다. ANFC 제어기는 우수한 제어 성능뿐 아니라 빠른 기준 변위의 변화에도 신속히 적응하였고, 사인, 톱니, 사각파와 같은 동적 변화도 잘 트래킹함을 입증하였다.¹⁹
이에 UV 조사를 통한 교차연계 기법으로 SPSE 의 함수도를 낮춤으로서 기계적 물성 및 작동 성능을 개선하였다. Fig. 6 에서 보듯이 UV 에 반응하는 비닐 실리안 가교제를 함유한 SPSE 를 이용하여 가교결합한 SPSE 기반의 고분자 작동기로 개발하였으며, 응답 속도와 AC/DC 응답 특성 모두 기존 SPSE 작동기 보다 우수한 성능을 보였다.^8,9
순수 Nafion 기반 작동기에 비해 Nafion-fullerene 작동기에서 훨씬 straightening-back 현상이 줄어들었으며, 굽힘 작동 성능도 향상되었다. Nafion-C₆₀ 나노-복합체 트랜스듀서는 순수 Nafion 기반 IPMC 트랜스듀서 보다 세배까지 작동 및 센싱 성능이 향상되었다.^16,17
SPTES 의 -SO3H와 PVA 의 –OH 의 축합 반응을 통해 가교결합된 PVA/SPTES 를 합성하였다. PVA/SPTES 작동기의 계단응답을 통해 straightening-back 현상 없이 빠른 응답속도와 대변형 특성을 보였다. 또한 조화응답에서는 조화 왜곡 없이 Nafion 기반 IPMC 작동기 보다 훨씬 우수한 작동 성능을 보였다.
이온성 고분자 작동기로 적용하기 위해 PEI 고분자의 백본(back-bone)에 술폰산 그룹을 도입하여 양이온 전도도, 함수도와 친수성 성질 등의 전기/화학적 특성을 개선하였다. SPEI 작동기는 계단 응답에서 straightening-back 현상은 거의 없었으며, 대변형 특성을 보여 생체의료용 디바이스의 작동기로 적용 가능성을 확인하였다.¹¹
본 연구에서는 직경 제어가 가능한 스텐트용 스마트 재료로 IPMC 를 이용하여 스텐트의 직경 및 길이 조절이 동시에 구현 가능한 나선형 IPMC 스텐트를 개발하였다. 나선형 IPMC 작동기의 구동특성을 조화 가진, DC 가진에 대하여 살펴 보았으며 직경의 확장과 수축이 요구되는 스텐트 등에 적용 가능함을 확인하였다.²⁴ 이와 더불어 IPMC 를 능동형 생체의료용 디바이스인 내시경 로봇²⁵ 및 능동형 카테터 26의 작동기로 적용하려는 연구도 활발하다.
SPEI 매트릭스 안에 PHF 입자의 분산은 fullerene 나노 입자의 분산 보다 더 우수했으며, 이는 PHF 와 SPEI 안의 극성 그룹 사이에 약한 수소 결합 때문이다. 또한 PHF-SPEI 작동기를 순수 SPEI 작동기와 비교했을 때 훨씬 우수한 조화 및 계단 응답 특성을 보였다.¹⁸
특히 CNF 는 1 차원 탄소 구조체로 길이방향으로 전기/기계적 물성이 우수하여 고성능 나노복합체 제작에 유용할 것으로 판단하였다. 또한 SSEBS 용액의 점도와 CNF 나노 입자 사이의 강한 반데르발스 힘으로 인해 CNF 의 응집 현상이 억제되어, CNF 가 균질 분산된 SSEBS 기반 나노복합체를 제작할 수 있었다.¹² SSEBS-CNF 작동기의 조화 및 계단 입력에 따른 굽힘 성능을 살펴보면, 인가전압이 증가함에 따라 변위가 증가하였으며 2V 인가전압에서 straightening-back 현상 없이 오랜 시간 동안 큰 구동변위를 유지하였다.
이에 따라 박테리아 셀룰로오스(BC)를 기반으로 한 전기 반응 고분자 작동기를 개발하였다. 또한 박테리아 셀룰로오스에 LiCl 알칼리 처리 기법을 도입하여 박테리아 셀룰로오스의 결정성 약화와 동시에 비정질 부분을 증가시켜, 박테리아 셀룰로오스의 전기-화학-기계적 물성이 개선되었다. 이러한 변화를 통해 박테리아 셀룰로오스 작동기의 굽힘 변형량과 성능 재현성이 개선되었음을 확인하였다.
¹² SSEBS-CNF 작동기의 조화 및 계단 입력에 따른 굽힘 성능을 살펴보면, 인가전압이 증가함에 따라 변위가 증가하였으며 2V 인가전압에서 straightening-back 현상 없이 오랜 시간 동안 큰 구동변위를 유지하였다. 또한 순수 SSEBS 작동기에 비해서는 더 빠른 응답성과 작동 성능을 보였다. 이는 CNF 에 의한 SSEBS 막의 기계적 강성 개선뿐 아니라 이온 교환막의 두께 방향으로 양이온 전도도가 향상되었기 때문이다.
PVA/SPTES 작동기의 계단응답을 통해 straightening-back 현상 없이 빠른 응답속도와 대변형 특성을 보였다. 또한 조화응답에서는 조화 왜곡 없이 Nafion 기반 IPMC 작동기 보다 훨씬 우수한 작동 성능을 보였다.10
또한 큰 부양력을 갖도록 구성된 실제 해파리의 주기적 움직임 패턴인 빠른 작동·느린 회복과정을 모사한 전기 신호(bio-inspired signal)를 사용하여 낮은 소비전력으로 큰 부양력을 얻을 수 있는 해파리 로봇의 효율적인 움직임을 구현하였다.
고성능의 생체적합성을 지닌 나노복합체 작동기를 개발하기 위하여 Fullerenol-SPEI 기반 전기활성 인공근육형 작동기를 개발하였다. 소량의 Fullerenol(PHF, 0.5 wt %)를 SPEI 매트릭스에 첨가함으로써 고분자 복합체 막의 양이온 전도도와 함수도가 크게 개선되었으며, 이로 인해 작동 성능이 크게 향상되었다. SPEI 매트릭스 안에 PHF 입자의 분산은 fullerene 나노 입자의 분산 보다 더 우수했으며, 이는 PHF 와 SPEI 안의 극성 그룹 사이에 약한 수소 결합 때문이다.
풀러렌의 첨가로 인장 강도 및 강성이 크게 증가하였으며, 양이온 전도도, 함수도 등이 크게 증가 하였다. 순수 Nafion 기반 작동기에 비해 Nafion-fullerene 작동기에서 훨씬 straightening-back 현상이 줄어들었으며, 굽힘 작동 성능도 향상되었다. Nafion-C₆₀ 나노-복합체 트랜스듀서는 순수 Nafion 기반 IPMC 트랜스듀서 보다 세배까지 작동 및 센싱 성능이 향상되었다.
또한 박테리아 셀룰로오스에 LiCl 알칼리 처리 기법을 도입하여 박테리아 셀룰로오스의 결정성 약화와 동시에 비정질 부분을 증가시켜, 박테리아 셀룰로오스의 전기-화학-기계적 물성이 개선되었다. 이러한 변화를 통해 박테리아 셀룰로오스 작동기의 굽힘 변형량과 성능 재현성이 개선되었음을 확인하였다.¹²
인공 뉴로 네트워크 알고리즘을 이용하여 IPMC 에 대한 멤버쉽 함수와 제어 규칙을 트레이닝 하였다. 장시간 동안 적응 뉴로-퍼지 제어 알고리즘으로 끝단 변위를 제어하여 IPMC의 straightening-back 문제가 발생하지 않았음을 확인하였고, 특히 큰 제어 입력과 시스템 모델의 변경 없이도 본 제어 기법을 통해 IPMC 작동기 성능 저감을 회복하여 장시간 제어가 가능하도록 하였다. ANFC 제어기는 우수한 제어 성능뿐 아니라 빠른 기준 변위의 변화에도 신속히 적응하였고, 사인, 톱니, 사각파와 같은 동적 변화도 잘 트래킹함을 입증하였다.
또한 수화된 상태에서 우수한 양이온 전도성, 함수도와 기계적 강성을 가져 연료전지용 고체전해질 막으로 연구되고 있으며, 이에 본 연구팀에서 인공근육형 이온성 고분자 작동기로 적용 가능성을 평가하였다. 특히 SSEBS 기반 고분자 작동기는 친환경적인 탄화수소계열로 가격 또한 기존의 Nafion 에 비해 저렴하며, DC 가진시 straightening-back 현상 없이 일정한 응답 특성을 보였다.⁵
풀러렌은 축구공 모양으로 오직 탄소로만 구성되어 있으며, 뛰어난 화학/물리/전기/전자/광학적 물성 때문에 태양전지, 에너지 저장 소자, 나노 복합체 등 에너지 관련 소재로 널리 연구되고 있다. 풀러렌을 나노입자 강화제로 사용한 SSEBS-C₆₀ 기반 나노 복합체 이온성 고분자 막은 향상된 양이온 전도도, 이온교환 용량을 보였으며, 이로 인해 계단 가진 시에도 장시간 동안 straightening-back 현상이 나타나지 않았다.¹⁵

후속연구

기존의 전기반응 고분자 작동기의 단점을 개선하기 위하여 탄화수소계 이온교환성 고분자, 바이오 고분자 그리고 나노-복합체를 이용하여 새로운 고기능성 고분자 작동기를 개발하고 있으며, 최근에는 이러한 작동기들을 생체모방 로봇과 능동형 의료 디바이스에 적용하려는 연구를 활발히 진행하고 있다. 개발된 고성능 전기활성 고분자 작동기들은 생체 의료용 디바이스의 구현뿐 아니라, 차세대 성장 동력이 될 오락용 로봇 및 바이오 로봇, MEMS 센서와 작동기, 인공근육의 의료보조장비, 인간과 기계의 인터페이스, 약물전달시스템 그리고 바이오칩 개발 등에 일조할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	IPMC가 다양한 분야에 응용 가능하도록 하는 특성은?	전기반응 고분자 작동기는 크게 Electronic type 과 Ionic type 으로 구분되는데, Ionic EAP 는 동일전압대비 대변형을 하며 전력소모가 적어 작은 스케일의 응용 연구에 적합하다. 그 중 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composite, IPMC) 작동기는 낮은 구동 전압에서 대변형 특성과 외력에 의한 감지 특성 그리고 생체적합성에 의해 다양한 분야에서 응용 가능하다.
	기존 Nafion 기반 IPMC의 한계점은 무엇인가?	기존 Nafion 기반 IPMC 는 낮은 구동 전압에서 대변형 작동 특성과 외력에 의한 감지 특성을 가지는 새로운 트랜스듀서로서 널리 연구되고 있다. 그러나, DC 가진에 따른 변위 유지 성능이 약하고(straightening-back), 낮은 작동주파수와 작동력, 장시간 운전시 성능 저하, 고가의 낮은 친환경성 특징을 보인다. 이에 따라 고성능과 환경 친화성을 지닌 새로운 이온성 전기반응 고분자의 개발이 요구된다.
	전기반응 고분자 작동기는 어떻게 구분되는가?	이러한 변화에 따라 생체모방형 작동기로 전기반응 고분자(electro-active polymer, EAP)1-3가 널리 연구되고 있으며, 특히 가볍고 유연한 분포형 작동기 특성을 지니는 인공근육형 메커니즘을 구현 함에 있어서 유리한 특징을 가지고 있다. 전기반응 고분자 작동기는 크게 Electronic type 과 Ionic type 으로 구분되는데, Ionic EAP 는 동일전압대비 대변형을 하며 전력소모가 적어 작은 스케일의 응용 연구에 적합하다. 그 중 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composite, IPMC) 작동기는 낮은 구동 전압에서 대변형 특성과 외력에 의한 감지 특성 그리고 생체적합성에 의해 다양한 분야에서 응용 가능하다.

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Jeon, J. H., Oh, I. K., Kee, C. D. and Kim, S. J., "Bacterial cellulose actuator with electrically driven bending deformation in hydrated condition," Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 146, No. 1, pp. 307- 313, 2010.

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Li, J., Sridhar, V., Kee, C. D. and Oh, I. K., "Electrospun Fullerenol-Cellulose Biocompatible Actuators," Biomacromolecules, Vol. 12, No. 6, pp. 2048-2054, 2011.

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Wang, X. L., Oh, I. K. and Kim, J. B., "Enhanced electromechanical performance of carbon nano-fiber reinforced sulfonated poly(styrene-b-[ethylene/ butylene]-b-styrene) actuator," Composite Science and Technology, Vol. 69, No. 13, pp. 2098-2101, 2009.
Wang, X. L. and Oh, I. K., "Sulfonated Poly(styreneb- ethylene-co-butylene-b-styrene) and Fullerene Composites for Ionic Polymer Actuators," Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 10, No. 5, pp. 3203-3206, 2010.

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Jung, J. H., Sridhar, V. and Oh, I. K., "Electro-active nano-composite actuator based on fullerenereinforced Nafion," Composites Science and Technology, Vol. 70, No. 4, pp. 584-592, 2010.

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Oh, I. K., Jung, J. H., Jeon, J. H. and Sridhar, V., "Electro-chemo-mechanical characteristics of fullerene-reinforced ionic polymer-metal composite transducers," Smart Materials and Structures, Vol. 19, No. 7, Paper No. 075009, 2010.

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Rajagopalan, M. and Oh, I. K., "Fullerenol-Based Electroactive Artificial Muscles Utilizing Biocompatible Polyetherimide," ACS Nano, Vol. 5, No. 3, pp. 2248-2256, 2011.

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Thinh, N. T., Yang, Y. S. and Oh, I. K., "Adaptive neuro-fuzzy control of ionic polymer metal composite actuators," Smart Materials and Structures, Vol. 18, No. 6, Paper No. 065016, 2009.

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Xing, H. L., Jeon, J. H., Park, K. C. and Oh, I. K., "Active Disturbance Rejection Control for Precise Position Tracking of Ionic Polymer-Metal Composite Actuators," IEEE ASME Trans. on Mechatronics, DOI: 10.1109/TMECH.2011.2163524
Yeom, S. W. and Oh, I. K., "A biomimetic jellyfish robot based on ionic polymer metal composite actuators," Smart Materials and Structures, Vol. 18, No. 8, Paper No. 085002, 2009.

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Oh, I. K., Jeon, J. H. and Park, J. W., "Snap-through micro-pump," Industry Foundation of Chonnam National University, No. 10-0931894, 2010.
Oh, I. K., Jeon, J. H. and Park, J. W., "Snap-through micro-pump," Industry Foundation of Chonnam National University, No. 10-0931897, 2010.
Li, S. L., Kim, W. Y., Cheng, T. H. and Oh, I. K., "A helical ionic polymer-metal composite actuator for radius control of biomedical active stents," Smart Materials and Structures, Vol. 20, No. 3, Paper No. 035008, 2011.

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Oh, S. J., Kim, H., Choi, H. and Nam, J. D., "Development of Fuzzy control and Modeling of IPMC Actuator for the Endoscopic Microcapsule," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 20, No. 4, pp. 39-48, 2003.

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Park, H. S., Lee, J. Y., Jho, J. Y. and Rhee, K., "Analysis of an Active Catheter Using Thermal Equivalent Modeling of IPMC," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 24, No. 12, pp. 36-41, 2007.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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