초록 ▼

연구의 목적 및 내용
벌새의 물 먹는 원리를 이해하고, 이를 응용한 마이크로유체역학 소자를 개발한다. 수학적 분석과 실험을 통해, (1) 벌새의 혀끝 open/close 과정 이론 예측(혀끝으로 머금을 수 있는 꿀물의 최대 부피 예측, 혀끝의 최적 모양 예측, 혀끝의 최적 bending stiffness 예측, 꿀물의 최적 surface tension coefficient 예측, 꿀물의 최적 viscosity 예측), (2) 벌새의 혀끝 open/close 과정 실험 검증, (3) 벌새의 혀끝 open/close 과정 원리를

연구의 목적 및 내용
벌새의 물 먹는 원리를 이해하고, 이를 응용한 마이크로유체역학 소자를 개발한다. 수학적 분석과 실험을 통해, (1) 벌새의 혀끝 open/close 과정 이론 예측(혀끝으로 머금을 수 있는 꿀물의 최대 부피 예측, 혀끝의 최적 모양 예측, 혀끝의 최적 bending stiffness 예측, 꿀물의 최적 surface tension coefficient 예측, 꿀물의 최적 viscosity 예측), (2) 벌새의 혀끝 open/close 과정 실험 검증, (3) 벌새의 혀끝 open/close 과정 원리를 이용한 마이크로유체역학 소자 개발 등을 연구한다.
연구결과
1차년도는 벌새의 혀끝 open/close 과정 이론 예측에 초점을 맞추고, 연구를 진행하였다. 벌새는 두 갈래로 갈라진 혀 사이에 액체를 머금어서 액체를 섭취한다. 액체를 머금는 과정에서, 표면 장력에 의한 혀 끝의 닫힘 현상이 일어나고, 얇은 박막 층(lamellae)의 변형이 일어난다. 이는 탄성 모세관 현상이라고 불리우는 표면장력에 의한 구조 변형 효과와 밀접하게 관련이 있다. 이번 1차년도에는 (1) 2개의 판 사이의 액체로 인한 판의 변형 연구와 (2) 마이크로미터 사이즈의 필라 구조의 변형 연구를 수행하였다. 또한 벌새의 두 갈래로 갈라진 혀 및 박막 층이 만들어내는 모세관 현상을 해석하기 위하여 (3) 복합 다공성 구조 내의 액체 퍼짐에 대한 연구를 수행하였다. 표면 장력으로 인한 두 개의 판의 변형 연구에서는 판을 휘게 만드는 모멘트를 구하고, 변형에 필요한 모멘트를 계산하여, 둘을 비교함으로써 변형 예측에 관한 일반화된 이론식을 도출하였다. 표면 장력 및 증발 효과로 인한 마이크로 필라 어레이의 변형 연구에서는 1차원 구조의 변형에서 벗어나 2차원적인 양상을 관찰하였고, 마이크로미터 사이즈보다 더 작은 나노미터 사이즈의 구조물의 변형도 실험적으로 분석하여 향후 이론화 작업의 토대를 마련하였다. 복합 다공성 구조 내의 유동 연구에서는 유동에 영향을 미치는 각 인자들을 모두 고려하여, 실험적, 이론적으로 분석하여 향후 응용의 이론적 기반을 마련하였다.
연구결과의 활용계획
이번 1차년도의 연구를 통해, 벌새 혀끝의 open/close 과정에 대한 전반적인 이론 및 실험 작업을 완료할 수 있었다. 여기에 벌새 혀의 자의적 움직임을 추가하여 보다 발전된 이론을 정립할 수 있다. 이 이론은 벌새 혀의 액체 섭취 원리를 모사한 마이크로 유체역학 소자 개발 기술에 이론적 기반이 될 수 있다. 즉, 채널을 이용하지 않고, 직접 액적을 옮기는 소자의 최적화된 형태 개발이나, 응축된 액적의 효율적 포집 기술 등에 직, 간접적으로 응용될 수 있다. 뿐만 아니라 벌새의 혀 사이에서 발생하는 다공성 복합 구조 내의 유동 이론은 향후 lab on a chip 기술에도 다양하게 쓰일 수 있으며, 효율적인 액체 전달 기술에 이론적 토대를 마련할 것으로 기대한다.

Abstract ▼

Purpose&contents
The purpose of this research is to understand the humming bird's drinking mechanism and to develop new micro fluid mechanical devices. By mathematical analysis and experiments, (1) we predict the opening/closing process of humming
bird's end of the tongue (Predicting maximum v

Purpose&contents
The purpose of this research is to understand the humming bird's drinking mechanism and to develop new micro fluid mechanical devices. By mathematical analysis and experiments, (1) we predict the opening/closing process of humming
bird's end of the tongue (Predicting maximum volume of honey water that humming bird's tung can hold, optimal shape of the tongue end, optimal bending stiffness of the tongue end, optimal surface tension coefficient of honey water, optimal viscosity
of honey water), (2) verify the opening/closing theory by experiment, and (3) develop micro fluid mechanical devices by applying this opening/closing process.
Result
In the first year, we focused on the prediction of the theory related to opening/closing process of humming bird's tongue. Humming bird intakes the liquid by keep liquid in its cleft tongue. In the process of liquid retension, tongue end closing
phenomena occur due to surface tension, and then deformation of the thin layers(lamellae) occurs. In other words, this process is closely related to structural deformation induced by surface tension, which is termed elasto-capillary phenomena.
This year, we conducted researches on (1) plate deformation by liquid between two plates, and (2) miro-size pillar structure deformation. Also, we conducted research on (3) liquid spreading in composite porous structure to analyze capillary
phenomenon occurring in humming bird's cleft tongue and thin layer. In the research of plate deformation, we obtained the moment to bend plate, calculated the moment that is needed to deform the plate, and then finally we constructed generalized
equation of deformation by comparing the two moments. In the research of micro pillar array deformation by surface tension and vaporization, we could understand how deformation occurs in 2D space, in addition to 1D wall structure, through
experiments on nano size structure, we laid the foundation for future work for theorization. In the research of flow in composite porous structure, we considered various factors that influence the flow. By analyzing this, we laid theoretical
foundation for future application.
Expected Contribution
In this first-year research, we understood humming bird tongue's opening/closing process through theoretical and experimental work. In addition, we established advanced theories by adding arbitrary movement of humming bird's tongue. This
theory can be foundation of micro fluid mechanical device development that mimics humming bird's liquid intake process. In other words, this can be applied for developing optimal device to move droplet without channel or collecting condensed
droplets effectively. In addition, we are expecting that theory of flow in composite porous media that can be used in the field of lab on a chip technology and it will provide theoretical foundation to deliver liquids effectively in micro porous media.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종보고서 양식 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구 계획 요약문 ... 3
• 연구 결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 16
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 16
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 17
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구 실적 ... 18
• 8. 참고 문헌 ... 18
• 9. 연구 성과 ... 18
• 10. 기타사항 ... 18