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[국내논문] 전기활성 고분자 액추에이터 원문보기

기계저널 : 大韓機械學會誌, v.56 no.6, 2016년, pp.46 - 49  

구종민 (한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터) ,  박현철 (한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터) ,  권태훈 (한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터)

초록
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이 글에서는 생체 모방 분야에서 인공 근육 액추에이터의 유력한 소재로 주목받고 있는 전기활성 고분자 액추에이터에 대한 소개와 최근 연구 동향에 대해 소개하고자 한다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

성능/효과

  • 이때 IPMC 액추에이터 작동을 위해 전극에 전압을 인가하면 내부에 존재하는 금속 양이온은 물에 수화된 상태로 음극으로 대전된 IPMC 전극방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 발생된 양쪽 전극 사이의 이온 농도의 불균형은 삼투압을 야기하여 음극으로 대전된 전극방향으로 이동하는 물 분자의 양을 증가시킨다. 결과적으로, 음극으로 대전된 전극 층은 팽창하고, 양극으로 대전된 전극 층은 수축하여 IPMC의 굽힘 변형(bending deformation)이 일어난다.

후속연구

  • 해외 기업에서는 햅틱 게임기, 관상용 물고기, 카메라 렌즈 등에 시제품을 출시하고 있고 많은 대학, 연구소, 기업들의 연구기관들이 연구를 수행하고 있으며, 매년 새로운 아이디어와 이를 구현한 사례가 발표되고 있다. 하지만 국내에서는 전기활성 고분자 액추에이터에 관한 연구 및 연구지원이 미미한 실정으로, 선진국과의 기술격차를 줄이고 전기활성 고분자 액추에이터 기술을 선점하기 위해 국가적인 연구사업 지원 및 다양한 연구지원이 이루어지길 기대해 본다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
액추에이터란 무엇인가? 액추에이터(actuator)란 전기적 에너지를 기계적 에너지로 직접 변환하여 기계적 변형을 만들어내는 소자를 의미하며 기존의 모터 구동부에 기어를 조합한 시스템에 비해 소형화 및 집적화가 가능하여 현재 이와 관련된 많은 연구들이 진행되고 있다. 액추에이터 소재로는 세라믹(EAC: electroactive ceramic), 형상기억합금(SMA: shape memory alloy), 전기활성 고분자(EAP: electroactive polymer)로 구분된다.
액추에이터 소재는 어떻게 구분되는가? 액추에이터(actuator)란 전기적 에너지를 기계적 에너지로 직접 변환하여 기계적 변형을 만들어내는 소자를 의미하며 기존의 모터 구동부에 기어를 조합한 시스템에 비해 소형화 및 집적화가 가능하여 현재 이와 관련된 많은 연구들이 진행되고 있다. 액추에이터 소재로는 세라믹(EAC: electroactive ceramic), 형상기억합금(SMA: shape memory alloy), 전기활성 고분자(EAP: electroactive polymer)로 구분된다. 압전소재(piezoelectric material)로 대표되는 세라믹 소재는 빠른 응답속도, 우수한 재현성, 큰 구동력 등의 장점이 있지만 작동변위는 매우 작은 단점이 있다.
이온성 전기활성 고분자의 장단점은 무엇인가? 이온성 전기활성 고분자로는 전기유변유체(ERF: electrorheological fluid), 탄소나노튜브(CNT: carbon nanotube), 전도성 고분자(CP: conducting polymer), 이온성 고분자-금속 복합체(IPMC: ionic polymer-metal composite), 고분자겔(IPG: ionic polymer gel) 등이 있으며 전압이 인가되었을 때 용매 분자에 둘러싸인 이온들이 반대 전하를 띄는 전극방향으로 이동하게 되고 양전극방향에서의 상대적 부피차이가 발생하여 기계적 굽힘(bending) 변형이 일어나는 특성을 가진다. 인가전압이 낮은 장점이 있지만, 구동력이 작고 응답속도가 느리며 정교한 변위 조절이 힘든 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 이온전도도가 향상된 전기활성 고분자 개발 및 전기화학적 안정성이 우수한 시스템에 대한 개발이 진행되고 있다.
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