초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 나뭇잎을 모사하여 극한환경 혹은 초미세 제어환경에서 사용할 수 있는 유체 펌프 및 액추에이터를 개발하고자 한다. 2차원 및 3차원 다공성 매질에서의 유체역학적 이론 확립과 공학적 지식기반으로 연구하며, 나무의 물 수송 이론을 연구하여 작용 매커니즘과 형상을 모사하여 인조 나뭇잎 개발을 목표한다. 또한 극한 환경에서 사용가능한 무동력 액추에이터를 개발하여 다양한 조건에 따라서 피드백이 가능한 기기를 설계하는 것을 목표로 한다.

연구결과
◎ 다공성 매질 조건 및 형상에 따른 유체

연구의 목적 및 내용
본 연구는 나뭇잎을 모사하여 극한환경 혹은 초미세 제어환경에서 사용할 수 있는 유체 펌프 및 액추에이터를 개발하고자 한다. 2차원 및 3차원 다공성 매질에서의 유체역학적 이론 확립과 공학적 지식기반으로 연구하며, 나무의 물 수송 이론을 연구하여 작용 매커니즘과 형상을 모사하여 인조 나뭇잎 개발을 목표한다. 또한 극한 환경에서 사용가능한 무동력 액추에이터를 개발하여 다양한 조건에 따라서 피드백이 가능한 기기를 설계하는 것을 목표로 한다.

연구결과
◎ 다공성 매질 조건 및 형상에 따른 유체 침투현상 연구
- paper-based Microfluidics의 이론적 연구 및 개발
- 종이를 이용한 2차원 및 3차원 다공성 매질조건에 따른 유체 침투 현상 연구
- 다공성 채널 내부 구조 및 형상에 따른 유체 침투 현상 연구
- 채널 형상이 물질 확산에 미치는 영향 시뮬레이션 분석
◎ 나무의 물 수송 원리를 모사한 무동력 펌프 개발
- 나무와 나뭇잎의 유동 원리 규명, 진화론적 최적화의 연구 및 모사연구
- 나뭇잎을 통한 식물내부의 음압형성 원리를 모사하여 지속가능한 펌프의 개발
- 내부 구조물의 특성과 형상을 변경하여 펌프 성능 향상 연구
◎ 친환경 무동력 액추에이터 개발
- Hydrogel의 증발량 차이를 이용한 액추에이터 개발
- 관다발 형태의 친수성 나노 구조물의 유체 침투 현상을 이용한 무동력 액추에이터 개발 및 이론적 원리 분석
- 소수성 페터닝을 이용한 구조물에서의 유체 침투 현상 분석
- 습도에 따라서 움직이는 액추에이터를 이용한 습도 센서 개발
- 유동 양에 따른 무동력 피드백 컨트롤 device 제작

연구결과의 활용계획
Paper-based fluidic device는 제작이 쉽고 가격 또한 저렴하기 때문에 종이기반 여러가지 장치에 활용가능성이 있다. 또한 유동이론을 정립해 놓았기 때문에 간단한 변수만 조작하여도 결과를 예측할 수 있기 때문에 다양한 형태로 제작 가능하다. 무동력 펌프의 경우 제작이 쉽기 때문에 대량생산 하여 물 수송 기기로 이용하여 낙후되고 물이 부족한 지역에 쉽게 물을 이동시킬 수 있는 기기를 제작할 수 있다. 액추에이터는 무동력 액추에이터라는 친환경적 특성을 이용한다면 친환경 sensor, robot 등 다양한 분야에 적용 가능할 것이며 오랜 시간 sustainable하게 이용할 수 있고 외부에너지를 필요로 하지 않기 때문에 기술적 가치뿐만 아니라 경제적 가치도 가지고 있을 것이라고 생각된다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
In this research, we will fabricate powerless pump and actuator mimicking the leaf, which is usable in extreme condition and ultrafine control. In order to make artificial leaf which can pump water, we investigate water transport mechanism and structure in tree, also flow theory

Purpose& contents
In this research, we will fabricate powerless pump and actuator mimicking the leaf, which is usable in extreme condition and ultrafine control. In order to make artificial leaf which can pump water, we investigate water transport mechanism and structure in tree, also flow theory in 2D and 3D porous media can be defined by this research. Additional purpose is that fabricate powerless actuator operating in extreme condition and design the actuator having the feedback controlled by various external environment condition.

Result
◎ fluid imbibition research depending on condition and shape of porous media
- study and development of paper-based Microfluidic theory
- study of fluid imbibition to 2D and 3D porous media using paper
- study of fluid imbibition to porous media depending on inner structure and shape
- study of channel shape effect to dispersion by simulation
◎ development of powerless pump mimicking water transport principle of tree
- study of transport principle of tree and leaf, study of mimicking and optimization of evolution
- development of sustainalbe pump mimicking the principle of negative pressure formation though the leaf inside a plant
- study of improvement of pumping performance changing wettability and pore size
◎ development of powerless pump mimicking water transport principle of tree
- development of actuator using evaporation difference of hydrogel
- development of powerless actuator and study of theoretical principle using fluid imbibition to capillary tube forest
- study of fluid imbibition to hydrophobic patterning structure
- development of humidity sensor using actuator
- fabrication of powerless feedback control device depending on amount of fluid

Expected Contribution
Since paper-based fluidic device is easy to fabricate and cheap, it has application potential to various paper based devices. Also, the results can be predicted by changing some parameter, because we already establish about fluidic theory. Mass production of powerless pump which transports water easily will be intended for underdeveloped area or water shortage area. We expect that powerless actuator has technical and economical value, since it has environment friendly and sustainable properties which are adaptable for sensor, robot and so on.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 3. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 25
• 4. 연구결과의 활용계획 ... 27
• 5. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 27
• 6. 참고문헌 ... 27
• 7. 연구성과 ... 28
• 8. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 31
• 9. 기타사항 ... 31
• 별첨1 ... 32
• 별첨2 ... 47
• 끝페이지 ... 51