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

Jul 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.