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성과명로봇, 바이오 등 다양한 영역에 적용 가능한 고성능 하이드로젤 전극/작동장치 개발

High-performance electrified hydrogel actuators based on wrinkled nanomembrane electrodes for untethered insect-scale soft aquabots(Science Robotics (IF: 27.541, 2021 기준))

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지원사업
개인기초연구사업(중견연구 및 신진연구)
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
고려대학교
연구자
조진한, 고제성, 고종국
발표일
2022-10-27
조회수
197

로봇, 바이오 등 다양한 영역에 적용 가능한 고성능 하이드로젤 전극/작동장치 개발


차세대 초소형·초경량 로봇, 의료용 장치에 적용 가능한 신기술 제시



개요

과학기술정보통신부는 조진한 교수 연구팀과 고제성 교수 연구팀이 고전도·고신축성 하이드로젤 전극을 제작할 수 있는 기술을 확보하여 고성능·저전력 연성 구동기와 초소형 수상로봇 개발에 성공했다고 밝혔다. 과기정통부 개인기초연구사업(중견연구 및 신진연구) 등의 지원으로 수행한 이번 연구의 성과는 국제학술지인 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 10월 27일(현지시간
10.26.(수) 14시, 미국 동부) 게재되었다.


연구 내용

본 연구에서는 핵심기술로 친수/소수성 계면의 나노입자 상온 소결 현상을 이용한 고전도/고신축성 하이드로젤 전극 제작 기술을 제안한다. 해당 현상을 바탕으로 금나노입자의 단일 용액 공정으로 하이드로젤 표면에 다공성 전극층을 균일하게 코팅할 수 있게 되고, 이후 하이드로젤의 수축현상을 이용하여 전극충의 주름구조를 유도하여, 고전도/고신축성의 주름진 다공성 전극을 하이드로젤 표면에 안정적으로 형성시킬 수 있게 된다. 이렇게 제작된 하이드로젤 기반 전극은 기존의 제조 방법으로 이룰 수 없었던 높은 수준의 전기 전도도와 기계적 신축성을 동시에 얻을 수 있었다. 연구팀은 하이드로젤 표면에 전극층을 균일하게 도포하고, 하이드로젤의 수축현상을 이용해 주름진 전극을 제작했다. 이를 통해, 높은 전기 전도도와 신축성을 동시에 확보하는 데 성공했고, 이를 연성 구동기로 사용하는 것이 가능함을 확인했다. 기존 연성 구동기는 1,000볼트[V] 이상의 높은 전압이 필요한 것에 비해, 개발한 연성 구동기는 3볼트[V] 이하의 낮은 전압에서도 동작이 가능하며, 성능 측면에서도 100배 이상의 에너지 밀도와 10배 이상의 출력 밀도를 가진다. 개발한 연성 구동기는 작은 배터리만으로도 높은 성능을 발휘하기 때문에 초소형·초경량 로봇에도 응용이 가능하다. 연구팀은 이를 실제
로봇에 적용하여 물속에서도 동작이 가능한 초소형 수상로봇 제작에도 성공했다.


기대 효과

저전압·저전력으로 작동하는 연성 구동기는 향후 다양한 소형 환경탐사로봇, 의료용 장치 등에 응용이 가능할 것으로 기대된다”라고 밝혔다


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