김형준 교수 연구팀 Advanced Functional Materials 지에 저전압 구동 강성조절 전기 클러치 관련 논문 게재 2024-08-05
- 작성자 :
- 김형준
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화공생명공학과 김형준 교수 연구팀,
이오노머 이종접합 구조를 기반으로 한 저전압 구동 강성 및 강도 조절 전기클러치 개발
- 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’ 게재 -
김형준 교수 연구팀(제 1저자: 박세환, 제 2저자: 최윤제, 석사과정생)이 이오노머 이종접합 구조를 기반으로 한 저전압에서 물질의 강성 및 강도를 조절할 수 있는 전기클러치 시스템을 개발하였다.
▲ (왼쪽) 박세환 석사과정생, (오른쪽) 최윤제 석사과정생
전기클러치(Electrostatic clutch)는 두 개의 평행한 전극판 사이에 유전체(Dielectric material)를 끼워넣고, 전기장을 가하여 두 개의 전극판 사이의 접착력 조절을 통한 물질의 강성을 조절하는 시스템이다. 최근, 이러한 특징을 이용한 로보틱스나 햅틱스 분야에서의 활용이 큰 각광을 받고있다. 하지만, 기존의 유전체 기반의 전기클러치의 경우 매우 높은 수준의 전압(~kV)을 인가해야 한다는 측면에서 실제 활용에 큰 제한점으로 꼽힌다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 위 연구팀은 전기접착 물질로 기존에 사용하던 유전체가 아닌 이오노머 이종접합(Heterojunction) 구조를 전극판 사이에 도입하여, 저전압(~1 V)에서 이온성 고분자 사이의 상호작용에 따른 접착력 조절을 구현하였다. 이오노머 자체가 가지는 낮은 접착력을 기반으로 오프 상태(off state)에서의 낮은 접착력과, 고분자 간 강한 상호작용에 따른 온 상태(on state)에서의 높은 전기접착력으로, 높은 차이의 강성 조절 시스템을 개발하였다. 또한, 상용 이오노머 막을 이용하였다는 점에 있어서도 실제 활용성과 경제성 측면에서 우수할 것으로 예상된다.
▲ 이오노머 기반 저전압 구동 강성 및 강도 조절 전기클러치 모식도 및 성능 그래프
연구 결과는 국제학술지 'Advanced Functional Materials'(Impact Factor: 18.5)에 게재되었다.
논문 제목: Electrostatic Clutches Based on Ionomer Heterojunctions for Low-Voltage Switching of Stiffness and Strength