악어가죽처럼 유연한 전자피부

다중 감각 전자 피부의 개발은 재활, 의료, 의족, 로봇 공학 등 다양한 분야에서 필수적입니다. 이 기술의 핵심 부품 중 하나는 다양한 유형의 접촉과 압력을 감지할 수 있는 신축성 압력 센서입니다. 최근 포항공과대학교와 울산대학교 공동 연구팀은 최근 악어 가죽에서 영감을 받아 전방향으로 신축성이 있는 압력 센서를 성공적으로 만드는 데 성공했습니다.

연구팀은 포스텍 화학공학과 조길원 교수, 이기원 박사, 손종현 박사, 포항공과대학교 화학과 이승구 교수팀이 참여했다. 울산. 그들은 악어 가죽의 독특한 감각 기관에서 영감을 얻어 마이크로 돔과 주름진 표면이 있는 압력 센서를 개발했습니다. 그 결과 전방향으로 신축성이 있는 압력 센서가 탄생했습니다.

대부분의 시간을 물속에서 보내는 무시무시한 포식자인 악어는 작은 파도를 감지하고 먹이의 방향을 감지하는 놀라운 능력을 가지고 있습니다. 이 능력은 피부에 있는 놀랍도록 정교하고 민감한 감각 기관에 의해 가능합니다. 기관은 주름진 경첩을 사이에 두고 반복되는 패턴으로 배열된 반구형 감각 돌기로 구성됩니다. 악어가 몸을 움직일 때 경첩이 변형되고 감각 부분은 기계적 변형에 영향을 받지 않으므로 악어는 수중에서 수영하거나 사냥하는 동안 외부 자극에 대해 뛰어난 감도를 유지할 수 있습니다.

연구팀은 악어의 감각기관 구조와 기능을 모사해 신축성이 뛰어난 압력센서 개발에 성공했다. 길거나 짧은 나노와이어를 포함하는 섬세한 주름이 있는 반구형 엘라스토머 폴리머를 발명함으로써 그들은 현재 사용 가능한 압력 센서를 능가하는 장치를 만들었습니다. 다른 센서는 기계적 변형을 받으면 감도가 떨어지지만, 이 새로운 센서는 한두 방향으로 늘어져도 감도를 유지합니다.

표면의 미세한 주름 구조로 인해 센서가 크게 변형되더라도 압력에 대해 높은 감도를 유지할 수 있습니다. 외부의 기계적인 힘이 가해지면 주름진 구조가 펼쳐지면서 적용된 압력 감지를 담당하는 반구형 감지 영역의 응력이 감소합니다. 이러한 응력 감소를 통해 센서는 변형 상태에서도 압력 감도를 유지할 수 있습니다. 그 결과 새로운 센서는 한 방향으로 최대 100%, 두 방향으로 최대 50% 늘린 경우에도 압력에 대한 탁월한 감도를 나타냅니다.

연구팀은 다양한 용도의 웨어러블 기기에 적합한 신축성 압력 센서를 개발했다. 성능을 평가하기 위해 연구원들은 센서를 플라스틱 악어에 장착하고 물에 담갔다. 흥미롭게도 장착된 센서는 작은 물결을 감지할 수 있어 악어의 감각 기관의 감지 기능을 성공적으로 복제했습니다.

연구팀을 이끈 조 교수는 “장력이 가해진 상태에서도 효과적으로 압력을 감지하는 웨어러블 압력 센서”라고 설명했다. 이어 “보철의 압력센서, 소프트로봇의 전자피부, VR·AR, 휴먼-머신 인터페이스 등 다양한 애플리케이션에 활용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 한국연구재단과 교육부 산하 대학주요연구기관의 지원으로 수행됐다. 연구 결과를 요약한 논문이 표지에 실렸습니다. 작은.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230316212539.htm