바이오닉 혁신: 혁신적인 자가 감지 전기 "인공 근육"

 런던의 Queen Mary University 연구원들이 수행한 획기적인 연구는 바이오닉스 분야에서 중요한 이정표를 세웠습니다. 자체 감지 전기 인공 근육, An Electric Self-Sensing and Variable-tiffness Artificial Muscle 을 개발하여 소프트 로봇 공학 및 의료 응용 분야의 발전을 위한 길을 열었습니다.

전기 자기 감지 및 가변 강성 인공 근육. 크레딧: Chen Liu 등 al, Advanced Intelligent System

 
 7월 8일 Advanced Intelligent Systems 에 발표된 연구에서 런던의 Queen Mary University의 연구원들은 자체 감지 기능을 보유한 새로운 유형의 전기 가변 강성 인공 근육을 개발하여 생체 공학 분야에서 상당한 발전을 이루었습니다. 
 
 이 기술은 소프트 로봇 공학 및 의료 응용 프로그램에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
 

자연에서 영감을 얻은 기술

근수축경화는 근력강화에 필수적일 뿐만 아니라 살아있는 유기체의 빠른 반응을 가능하게 합니다. 

자연에서 영감을 얻은 QMUL의 공학 및 재료 과학 대학 연구팀은 힘과 변형을 감지하는 놀라운 능력을 보유하면서 부드러운 상태와 단단한 상태 사이를 매끄럽게 전환하는 인공 근육을 성공적으로 만들었습니다.

Queen Mary의 수석 연구원인 Ketao Zhang 박사는 인공 근육과 같은 액추에이터에서 가변 강성 기술의 중요성을 설명합니다. 
 "로봇, 특히 유연한 재료로 만들어진 로봇에 자가 감지 기능을 제공하는 것은 진정한 생체 공학 지능을 향한 중추적인 단계입니다."라고 Zhang 박사는 말합니다.

 

새로운 인공 근육의 특성

 

 연구진이 개발한 첨단 인공근육은 자연 근육과 유사한 유연성과 신축성을 보여 복잡한 소프트 로봇 시스템에 통합하고 다양한 기하학적 형태에 적응하는 데 이상적입니다. 

 길이 방향으로 200% 이상의 신축을 견딜 수 있는 스트라이프 구조의 유연한 액추에이터는 뛰어난 내구성을 발휘합니다.

 서로 다른 전압을 인가함으로써 인공 근육은 강성을 빠르게 조정할 수 있어 강성 변화가 30배를 초과하는 지속적인 변조를 달성할 수 있습니다.

 전압 구동 특성은 다른 유형의 인공 근육에 비해 응답 속도 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 

 또한 이 새로운 기술은 저항 변화를 통해 변형을 모니터링할 수 있으므로 추가 센서 배열이 필요하지 않고 제어 메커니즘을 단순화하는 동시에 비용을 절감할 수 있습니다.
 

제작 과정

 자가 감지 인공 근육의 제조 공정은 간단하고 신뢰할 수 있습니다. 탄소나노튜브를 초음파 분산 기술을 이용해 액상 실리콘과 혼합하고 필름 어플리케이터를 사용해 균일하게 코팅해 인공근육의 감지부 역할도 하는 얇은 층의 음극을 만듭니다.
 
양극은 부드러운 금속 메쉬 컷을 사용하여 직접 만들어지며 작동 층은 음극과 양극 사이에 끼워져 있습니다.
액체 재료가 경화된 후 완전한 자가 감지 가변 강성 인공 근육이 형성됩니다.

잠재적인 응용 프로그램

  이 유연한 가변 강성 기술의 잠재적 응용 분야는 소프트 로봇 공학에서 의료 응용 분야에 이르기까지 광범위합니다.  

 인체와의 원활한 통합은 장애인이나 환자가 필수적인 일상 업무를 수행하는 데 도움을 줄 수 있는 가능성을 열어줍니다. 
 
  자체 감지 인공 근육을 통합함으로써 웨어러블 로봇 장치는 환자의 활동을 모니터링하고 강성 수준을 조정하여 저항을 제공하여 재활 훈련 중에 근육 기능 회복을 용이하게 합니다.
   
Zhang 박사는 "이러한 의료 로봇을 임상 환경에 배치하기 전에 해결해야 할 과제가 여전히 남아 있지만 이 연구는 인간-기계 통합을 향한 중요한 진전을 나타냅니다."라고 강조합니다. "소프트웨어 및 웨어러블 로봇의 미래 개발을 위한 청사진을 제공합니다."
 
런던의 Queen Mary University 연구원들이 수행한 획기적인 연구는 바이오닉스 분야에서 중요한 이정표를 세웠습니다.  
 자체 감지 전기 인공 근육을 개발하여 소프트 로봇 공학 및 의료 응용 분야의 발전을 위한 길을 열었습니다.

참조: "An Electric Self-Sensing and Variable-tiffness Artificial Muscle" by Chen Liu, James JC Busfield 및 Ketao Zhang, 2023년 7월 8일, Advanced Intelligent Systems .