Study on Low-power Polymer Actuators Responsive to Light and Voltage

Master최근 웨어러블 로봇, 인공 근육과 같은 소프트 로봇 분야에 대한 관심이 증가함에 따라 전기 감응 고분자 액추에이터의 연구가 주목받고 있다. 전기 감응 고분자 액추에이터는 높은 에너지 전환 효율, 뛰어난 가공성, 경량성 등의 특징을 장점으로 가지며 구동 원리는 외부에서 인가된 전압에 의해 고분자 전해질 내의 이온들의 분극이 일어나며 이 분극으로 인해 전극 표면에 누적된 이온들 간의 반발력이 발생한다. 양이온간, 음이온간 반발력의 차이에 의해 액추에이터에 비대칭적인 변형이 일어나는 원리로 액추에이터는 구동한다. 따라서 고분자 전해질막 내부에서의 이온 수송능력은 액추에이터의 성능에 직접적인 영향을 끼친다. 액추에이터의 중추적 역할을 하는 고분자 전해질막을 개선하여 액추에이터의 구동 전압을 낮추는 등에 대한 연구가 활발히 이루어 지고있다. 하지만 전기 감응 고분자 액추에이터는 기초 구동원리에 따라 그 변형을 유지하기 위해서는 지속적인 전력공급이 불가피하다. 같은 맥락에서 액추에이터의 구동전압을 낮추는 것은 실질적인 액추에이터의 소비전력을 감소시키는데 있어 본질적인 해결방안이 될 수 없다. 따라서 저전력 액추에이터를 가시화하기 위해 액추에이터의 변형을 전력 소모 없이 유지하는 자기 동작 잠금을 구현하고자 한다. 본 연구에서는 azobenzene 기반의 빛 감응 고분자, 이온생 액체가 담지된 전기 감응 고분자로 구성되어 빛과 전기 두 가지 자극에 감응 하는 고분자 (Light- and electro-active polymer, LEAP)액추에이터를 고안하였다. 이중 자극에 감응하는 LEAP 액추에이터는 기존의 전기 감응 액추에이터와 비교하여 250% 향상된 굽힘 변형률을 발생 시키며, 그 변형을 수 분 수준 동안 유지하는 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 변형이 유지되는 현상은 빛 감응 고분자를 구성하는 azobenzene의 이성질화 현상의 동역학차이에 기인한다. 이러한 현상을 활용하여 인공손의 일종인 gripper를 제작하여 실험해 보았을 때, 기존 전기 감응 액추에이터에 비해 3배 더 무거운 물체를 들어 올릴 수 있었다. 또한 LEAP 액추에이터는 2.0%의 굽힘 변형률을 15분 동안 유지하는데 6.2 mWh/cm2 의 에너지를 소비하며 기존의 액추에이터의 소비 전력량과의 차이는 그 지속시간을 연장할 수 록 벌어지게 된다. 이에 더 나아가 LEAP 액추에이터의 표면에 다양한 모양의 마이크로 패턴을 도입함으로써 액추에이터의 변형을 조절할 수 있었으며 그 패턴 중 동공(hole)패턴의 경우 가장 증대된 굽힘 변형률을 나타냄을 확인 할 수 있었다. 이러한 현상을 시뮬레이션을 통해 분석해 보았을 때, 패턴에 의해 국지적으로 응력이 누적되어 변형이 조절될 수 있었고 특히 동공 패턴의 경우 이러한 현상이 효과적으로 일어나 크게 증대된 굽힘 변형률을 발생 하는 것으로 해석할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 고안한 LEAP 액추에이터는 저전력 소프트 로봇에 적용 가능성을 보여 주었으며, 또한 표면 개질을 통해 액추에이터의 성능을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 기존 굽힘 동작에 국한되는 동작 양상을 다양하게 변화를 줄 수 있을 것으로 기대 할 수 있다.There are rising demands for developing electroactive polymer (EAP) actuators for application of soft robotics including artificial muscle or wearable robots. Owing to EAP actuator’s strengths; good energy transducing efficiency, excellent processability of polymer, lightness etc. Principle mechanism of ion-conducting polymer-based EAP actuator is the asymmetric volume change of electrodes due to accumulated cation and anion on the electrodes by external voltage. For that reason, ion transportation property of polymer electrolyte membrane affects to actuation performance directly thus polymer electrolyte membrane can be estimated as the most important component of EAP actuator. Many research groups dedicated to decrease working voltage of EAP actuators. However, following this mechanism to maintain bending deformation continuous power supply is necessary. in this manner, the low-driven voltage actuator couldn’t be the intrinsic solution. To actualize the low-power actuator, self-locking motion must be implemented. In this study, I investigated azobenzene based light-active polymer and ionic liquid-containing electroactive polymer and designed light- and electro-active polymer (LEAP) actuator, dual-sensitive. LEAP actuator generates enhanced bending strain about 250% comparing to conventional EAP actuators and effectively maintain the deformation a for few minutes. From these phenomena, the gripper made with LEAP actuators can lift three-times heavier object then the gripper made with EAP actuators and LEAP actuator consumed only 6.2 mWh/cm2 of energy for maintaining 2.0% of strain for 15 min at a driving voltage of 3 V

충남 영유아 인성교육 및 인성학습원 개발방향 정책토론회(이정임,석용현,김승제)

O 충남 영유아 인성교육 및 인성학습원 개발방향 정책토론회 O 목 적 - 최근 영유아의 인성교육에 대한 수요가 증대되고 있고, 인성교육의 프로그램 또한 매우 다양화되고 있음. - 충남에는 충남어린이인성학습원과 충남유아교육진흥원 2곳에서 영유아 인성교육을 담당하고 있으나, 시설과 프로그램의 제약으로 정책수요를 충족하지 못하고 있음. - 따라서 향후 충남도의 영유아 인성교육의 방향과 현재 충남도가  검토 중인“(가칭) 내포인성학습원”의 정책방향을 설정하고자 함. O 개 요 - 일시 : 2015년 12월 22일(화) 14:30~18:00 - 장소 :  충남연구원 1층 중회의실 - 주관/협조 : 충남연구원 / 저출산고령화정책과 O 주제발표 - 제1주제 : 충남지역 영유아 인성교육시설의 실태와 과제 / 이정임 실장(충남어린이인성학습원) - 제2주제 : 영유아 인성교육의 의의와 추진전략 / 석용현 센터장(전, 공주시 5도2촌센터) - 제3주제 : 충남 (가칭) 내포인성학습원의 기본구상 / 김승제 팀장(충남도청 저출산고령화정책과) - 이후 생략제1주제 : 충남지역 영유아 인성교육시설의 실태와 과제 이정임 실장 (충남어린이인성학습원) 제2주제 : 영유아 인성교육의 의의와 생태인성학습원의 추진전략 석용현 센터장 (전, 공주시 5도2촌센터) 제3주제 : 영유아 인성교육의 의의와 생태인성학습원의 추진전략 석용현 센터장 (전, 공주시 5도2촌센터