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강유전체를 사용하여 인공 근육 힘을 1,200배 강화하는 새로운 정전기 액추에이터

Jul 06, 2023Jul 06, 2023

Tokyo Institute of Technology와 ENEOS Corporation의 연구원들은 낮은 구동 전압에서 작동하면서 인공 근육에 사용하기 위해 기술을 확장할 수 있는 수단을 제공할 수 있는 고출력 정전기 액추에이터를 개발했습니다.

전기장을 사용하여 물체를 움직이는 정전기 액추에이터는 전기를 가해 힘을 생성하는 두 개의 반대 전하 전극으로 구성되어 만들기가 매우 간단합니다. 인공 근육을 움직이는 데에도 유용한 것으로 입증되었지만 한 가지 주요 단점이 있습니다. 기술을 인간과 같은 근육 조직까지 확장한다는 것은 합리적인 안전을 위해 장치를 너무 높은 전압으로 구동해야 한다는 것을 의미합니다.

연구진은 전통적인 상유전성 매체에서 강유전체로 전환하여 더 낮은 전압에서 이용 가능한 힘을 증가시킴으로써 이 문제를 해결했다고 주장합니다. "강유전성 매체는 두 가지 측면에서 정전기 액추에이터에 사용하기 위한 일반 상유전성 매체보다 우수합니다."라고 Tokyo Tech의 교수이자 프로젝트 책임자인 Suzushi Nishimura가 설명합니다. "하나는 낮은 전압에서도 큰 분극을 유지함으로써 더 높은 힘을 생성할 수 있다는 것이고, 다른 하나는 전압 응답이 거의 선형이어서 장치 제어성이 좋다는 것입니다."

실온에서 흐르는 네마틱 액정을 사용하여 연구팀은 절연유와 같은 전통적인 재료를 사용하는 것보다 약 1,200배 더 높은 힘을 전극에 생성할 수 있었습니다. 3D 프린팅된 이중 나선형 코일 전극은 이론 이상의 개념을 입증했습니다. ""0.25MV m⁻1의 전기장을 적용했을 때 장치는 6.3mm(약 0.25") 수축했습니다. 이는 약 19mm입니다. 원래 길이의 퍼센트 정도입니다."라고 Nishimura는 설명합니다. "시각적 관찰을 통해 20V의 전압이 가해지면 장치가 움직이는 것으로 나타났습니다. 이는 건전지 배터리로도 현재 액추에이터에 전원을 공급할 수 있음을 의미합니다."

팀의 작업은 Advanced Physics Research 저널에 게재되었으며, 공개 액세스 조건으로 Wiley Online Library에서 초기 보기 사본을 사용할 수 있습니다.