KR102418843B1 - Soft actuator and artificial muscle including the same - Google Patents
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Abstract
제1 쌍안정 고분자층; 상기 제1 쌍안정 고분자층 상의 제2 쌍안정 고분자층; 상기 제2 쌍안정 고분자층의 상면 상의 제1 유연 전극층; 상기 제1 쌍안정 고분자층과 상기 제2 쌍안정 고분자층 사이의 제2 유연 전극층; 상기 제1 유연 전극층 상에 위치하며 광을 흡수하면 온도가 올라가는 제1 광흡수 발열층; 제1 전압 공급부; 를 포함하되, 상기 제1 전압 공급부는 상기 제1 유연 전극층 및 상기 제2 유연 전극층에 전기적으로 연결되는 소프트 액츄에이터가 제공된다.a first bistable polymer layer; a second bistable polymer layer on the first bistable polymer layer; a first flexible electrode layer on the upper surface of the second bistable polymer layer; a second flexible electrode layer between the first bistable polymer layer and the second bistable polymer layer; a first light absorption heating layer positioned on the first flexible electrode layer and having a temperature increase when light is absorbed; a first voltage supply; Including, wherein the first voltage supply unit is provided with a soft actuator electrically connected to the first flexible electrode layer and the second flexible electrode layer.
Description
본 발명은 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정밀한 제어가 가능한 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 관한 것이다.The present invention relates to a soft actuator and an artificial muscle including the same, and more particularly, to a soft actuator capable of precise control and an artificial muscle including the same.
인공근육은 실제 근육을 모방하여 인위적으로 만들어진 것으로 전압, 전류, 온도, 압력 등의 자극에 움직임을 보이는 물질 혹은 장치를 의미한다. 인공근육 기술은 관 내부에 압축 공기를 공급하면서 수축 이완하는 맥키븐 공압근육 (Mckibben air muscle)을 시작으로 형상기억합금(SMA), 전기활성고분자(EAP), 얀 구조 폴리머 나노소재 복합재 등 다양한 소재와 구조로 개발되고 있다. 전기활성고분자는 전압 인가 시 움직임을 보이는 소재로 빠른 응답속도, 대변형, 낮은 전력소모, 우수한 가공성 등 다양한 장점과 인체의 근육과 가장 유사한 원리와 특성을 지니고 있다. 따라서 낮은 출력의 한계가 있음에도 불구하고 인공근육 기술로 가장 많이 연구된다. 전기활성고분자는 작동방식에 따라 이온성 전기활성고분자(Ionic EAP), 전계활성 전기활성고분자(Field activated EAP) 나뉠 수 있다. 이온성 고분자는 전압을 인가했을 때, 이온들이 반대 전하를 띄는 전극 방향으로 이동하게 되면서 발생되는 부피차이에 의해 굽힘 변형(벤딩)이 일어난다. 전계활성 전기활성고분자는 인가된 전기장에 의해 전자 분극현상이 일어나고 양 전극에 유도된 전하들에 의한 정전기력에 의해 변형이 발생한다. 그 중 유전 탄성체는 다른 전기활성고분자에 비해 매우 큰 변형량 및 응력, 빠른 응답속도, 내구성, 우수한 재현성으로 가장 주목 받고 있는 인공근육 소재이다.Artificial muscle refers to a material or device that is artificially created by imitation of an actual muscle and exhibits movement in response to stimuli such as voltage, current, temperature, and pressure. Artificial muscle technology starts with McKibben air muscle, which contracts and relaxes while supplying compressed air inside the tube, and various materials such as shape memory alloy (SMA), electroactive polymer (EAP), yarn structure polymer nano material composite, etc. and structure are being developed. Electroactive polymer is a material that moves when voltage is applied, and has various advantages such as fast response speed, large deformation, low power consumption, and excellent processability, as well as principles and characteristics most similar to those of muscles of the human body. Therefore, despite the limitation of low output, it is the most studied artificial muscle technology. The electroactive polymer can be divided into an ionic electroactive polymer (Ionic EAP) and a field activated electroactive polymer (Field activated EAP) according to the operation method. When a voltage is applied to the ionic polymer, bending deformation (bending) occurs due to the volume difference generated as ions move in the direction of the electrode having opposite charge. Electroactive polymers undergo electronic polarization by an applied electric field and are deformed by electrostatic force caused by electric charges induced in both electrodes. Among them, the dielectric elastomer is an artificial muscle material that is attracting the most attention for its very large amount of deformation and stress, fast response speed, durability, and excellent reproducibility compared to other electroactive polymers.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정밀한 제어가 가능한 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a soft actuator capable of precise control and an artificial muscle including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 부피가 적고 슬림한 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a soft actuator that is small in volume and slim and an artificial muscle including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다수의 곡률로 벤딩할 수 있는 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a soft actuator capable of bending with a plurality of curvatures and an artificial muscle including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터는 제1 쌍안정 고분자층; 상기 제1 쌍안정 고분자층 상의 제2 쌍안정 고분자층; 상기 제2 쌍안정 고분자층의 상면 상의 제1 유연 전극층; 상기 제1 쌍안정 고분자층과 상기 제2 쌍안정 고분자층 사이의 제2 유연 전극층; 상기 제1 유연 전극층 상에 위치하며 광을 흡수하면 온도가 올라가는 제1 광흡수 발열층; 및 제1 전압 공급부; 를 포함하되, 상기 제1 전압 공급부는 상기 제1 유연 전극층 및 상기 제2 유연 전극층에 전기적으로 연결될 수 있다.In order to achieve the above object, a soft actuator according to an embodiment of the present invention includes a first bistable polymer layer; a second bistable polymer layer on the first bistable polymer layer; a first flexible electrode layer on the upper surface of the second bistable polymer layer; a second flexible electrode layer between the first bistable polymer layer and the second bistable polymer layer; a first light absorption heating layer positioned on the first flexible electrode layer and having a temperature increase when light is absorbed; and a first voltage supply unit; Including, wherein the first voltage supply unit may be electrically connected to the first flexible electrode layer and the second flexible electrode layer.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터는 상기 제1 광흡수 발열층이 PEDOT 계열의 물질을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, in the soft actuator according to an embodiment of the present invention, the first light absorption heating layer may include a PEDOT-based material.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터는 상기 제1 쌍안정 고분자층의 하면 상의 제3 유연 전극층을 더 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the soft actuator according to an embodiment of the present invention may further include a third flexible electrode layer on the lower surface of the first bistable polymer layer.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터는 상기 제3 유연 전극층의 밑에 결합되는 제2 광흡수 발열층을 더 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the soft actuator according to an embodiment of the present invention may further include a second light absorption heating layer coupled under the third flexible electrode layer.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터는 제2 전압 공급부를 더 포함하되, 상기 제2 전압 공급부는 상기 제2 유연 전극층 및 상기 제3 유연 전극층에 전기적으로 연결될 수 있다.In order to achieve the above object, the soft actuator according to an embodiment of the present invention further comprises a second voltage supply, wherein the second voltage supply is electrically connected to the second flexible electrode layer and the third flexible electrode layer. can
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터는 상기 제1 광흡수 발열층의 상면 및 상기 제2 쌍안정 고분자층의 측면에 결합되는 지지구조부를 더 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the soft actuator according to an embodiment of the present invention may further include a support structure coupled to an upper surface of the first light absorption heating layer and a side surface of the second bistable polymer layer. .
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공근육은 소프트 액츄에이터; 광원; 및 제어부; 를 포함하되, 상기 소프트 액츄에이터는: 제1 쌍안정 고분자층; 상기 제1 쌍안정 고분자층 상의 제2 쌍안정 고분자층; 상기 제2 쌍안정 고분자층의 상면 상의 제1 유연 전극층; 상기 제1 쌍안정 고분자층과 상기 제2 쌍안정 고분자층 사이의 제2 유연 전극층; 상기 제1 유연 전극층 상에 위치하며 광을 흡수하면 온도가 올라가는 제1 광흡수 발열층; 제1 전압 공급부; 및 상기 제1 광흡수 발열층의 상면 및 상기 제2 쌍안정 고분자층의 측면에 결합되는 지지구조부; 를 포함하되, 상기 제1 전압 공급부는 상기 제1 유연 전극층 및 상기 제2 유연 전극층에 전기적으로 연결되며, 상기 제어부는 상기 광원 및 상기 제1 전압 공급부를 제어할 수 있다.In order to achieve the above object, an artificial muscle according to an embodiment of the present invention includes a soft actuator; light source; and a control unit; Including, wherein the soft actuator comprises: a first bistable polymer layer; a second bistable polymer layer on the first bistable polymer layer; a first flexible electrode layer on the upper surface of the second bistable polymer layer; a second flexible electrode layer between the first bistable polymer layer and the second bistable polymer layer; a first light absorption heating layer positioned on the first flexible electrode layer and having a temperature increase when light is absorbed; a first voltage supply; and a support structure coupled to an upper surface of the first light absorption heating layer and a side surface of the second bistable polymer layer; including, wherein the first voltage supply unit is electrically connected to the first flexible electrode layer and the second flexible electrode layer, and the control unit may control the light source and the first voltage supply unit.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공근육은 상기 제1 쌍안정 고분자층의 하면 상의 제3 유연 전극층; 및 상기 제3 유연 전극층의 밑에 결합되는 제2 광흡수 발열층; 을 더 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, an artificial muscle according to an embodiment of the present invention includes a third flexible electrode layer on the lower surface of the first bistable polymer layer; and a second light absorption heating layer coupled under the third flexible electrode layer; may further include.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공근육은 제2 전압 공급부를 더 포함하되, 상기 제2 전압 공급부는 상기 제2 유연 전극층 및 상기 제3 유연 전극층에 전기적으로 연결될 수 있다.In order to achieve the above object, the artificial muscle according to an embodiment of the present invention further comprises a second voltage supply, wherein the second voltage supply is electrically connected to the second flexible electrode layer and the third flexible electrode layer. can
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공근육은 상기 제1 광흡수 발열층 및 상기 제2 광흡수 발열층의 각각은 PEDOT 계열의 물질을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, in the artificial muscle according to an embodiment of the present invention, each of the first light absorption heating layer and the second light absorption heating layer may include a PEDOT-based material.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공근육은 상기 광원이 상기 제1 광흡수 발열층에 광을 조사하는 제1 광원 및 상기 제2 광흡수 발열층에 광을 조사하는 제2 광원을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, in the artificial muscle according to an embodiment of the present invention, the light source irradiates light to a first light source that irradiates light to the first light absorption heating layer and the second light absorption heating layer It may include a second light source.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공근육은 소프트 액츄에이터; 및 상기 소프트 액츄에이터에 광을 조사하는 광원; 을 포함하되, 상기 소프트 액츄에이터는: 쌍안정 고분자층; 상기 쌍안정 고분자층의 상면 상의 제1 유연 전극층; 상기 쌍안정 고분자층의 하면 상의 제2 유연 전극층; 상기 제1 유연 전극층 상에 위치하며 광을 흡수하면 온도가 올라가는 광흡수 발열층; 및 전압 공급부; 를 포함하되, 상기 전압 공급부는 상기 제1 유연 전극층 및 상기 제2 유연 전극층에 전기적으로 연결되고, 상기 광흡수 발열층은 패터닝되어, 패터닝된 상기 광흡수 발열층 사이로 상기 제1 유연 전극층의 일부가 노출될 수 있다.In order to achieve the above object, an artificial muscle according to an embodiment of the present invention includes a soft actuator; and a light source irradiating light to the soft actuator. Including, wherein the soft actuator comprises: a bistable polymer layer; a first flexible electrode layer on the upper surface of the bistable polymer layer; a second flexible electrode layer on the lower surface of the bistable polymer layer; a light absorption heating layer positioned on the first flexible electrode layer and raising a temperature when light is absorbed; and a voltage supply; Including, wherein the voltage supply unit is electrically connected to the first flexible electrode layer and the second flexible electrode layer, the light absorption heating layer is patterned, a portion of the first flexible electrode layer is between the patterned light absorption heating layer may be exposed.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공근육은 상기 광흡수 발열층은 PEDOT 계열의 물질을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, in the artificial muscle according to an embodiment of the present invention, the light absorption heating layer may include a PEDOT-based material.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공근육은 상기 광흡수 발열층의 상면, 상기 제2 쌍안정 고분자층의 측면 또는 상기 지지대층의 하면에 결합되는 지지구조부를 더 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the artificial muscle according to an embodiment of the present invention further includes a support structure coupled to an upper surface of the light absorption heating layer, a side surface of the second bistable polymer layer, or a lower surface of the support layer. may include
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 의하면, 정밀한 제어가 가능할 수 있다.According to the soft actuator and the artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention, precise control may be possible.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 의하면, 부피가 적고 슬림할 수 있다.According to the soft actuator and the artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention, the volume may be small and slim.
본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 의하면, 다수의 곡률로 벤딩할 수 있다.According to the soft actuator and the artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention, it can be bent with a plurality of curvatures.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육의 사용 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육의 사용 상태를 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a soft actuator and a method of using an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 and 4 are cross-sectional views sequentially illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 기술적 사상의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명 기술적 사상은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들의 설명을 통해 본 발명의 기술적 사상의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.In order to fully understand the configuration and effects of the technical idea of the present invention, preferred embodiments of the technical idea of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various forms and various changes may be made. However, it is provided so that the disclosure of the technical idea of the present invention is complete through the description of the present embodiments, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상의 이상적인 예시도인 블록도, 사시도, 및/또는 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 다양한 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.Parts indicated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements. Embodiments described in this specification will be described with reference to a block diagram, a perspective view, and/or a cross-sectional view that is an ideal illustration of the technical idea of the present invention. In the drawings, the thickness of the regions is exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have a schematic nature, and the shapes of the illustrated regions in the drawings are intended to illustrate specific shapes of regions of the device and not to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, various terms are used to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the terms 'comprises' and/or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other components.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시 예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the technical idea of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하에서, 도 1의 D1을 제1 방향, 제1 방향(D1)에 교차되는 D2를 제2 방향, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)에 교차되는 D3를 제3 방향이라 칭할 수 있다.Hereinafter, D1 in FIG. 1 will be referred to as a first direction, D2 intersecting the first direction D1 will be referred to as a second direction, and D3 intersecting the first direction D1 and the second direction D2 will be referred to as a third direction. can
도 1을 참고하면, 인공근육(M)이 제공될 수 있다. 인공근육(M)은 인체의 근육 일부를 대신하여, 인체를 움직이는 동력을 제공할 수 있다. 실시 예들에서, 인공근육(M)은 소프트 액츄에이터(A), 광원 및 제어부(C) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , an artificial muscle M may be provided. The artificial muscle M may provide power to move the human body in place of a part of the muscle of the human body. In embodiments, the artificial muscle M may include a soft actuator A, a light source and a controller C, and the like.
소프트 액츄에이터(A)는 인공근육(M)을 움직이는 기능을 가질 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 소프트 액츄에이터(A)는 다른 용도로 사용될 수도 있다. 실시 예들에서, 소프트 액츄에이터(A)는 제1 쌍안정 고분자층(13), 제2 쌍안정 고분자층(11), 제1 유연 전극층(31), 제2 유연 전극층(33), 제3 유연 전극층(35), 제1 광흡수 발열층(51), 제2 광흡수 발열층(53), 제1 전압 공급부(91), 제2 전압 공급부(93) 및 지지구조부(7) 등을 포함할 수 있다.The soft actuator (A) may have a function of moving the artificial muscle (M). However, the present invention is not limited thereto, and the soft actuator A may be used for other purposes. In embodiments, the soft actuator (A) is a first
제1 쌍안정 고분자층(13)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제1 쌍안정 고분자층(13)은 온도에 따라 강성이 변하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 쌍안정 고분자층(13)은 온도가 올라가면 강성이 낮아지는 쌍안정 유전성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 실시 예들에서, 쌍안정 유전성 고분자 물질은 두 가지 온도 범위에서 안정된 상태로 존재할 수 있는 고분자 물질을 의미할 수 있다. 따라서 제1 쌍안정 고분자층(13)은 일정 온도에서 일정 강성을 유지하며 존재하다가, 온도가 올라가 다른 온도 구간에 도달하면 강성이 변할 수 있다. 즉, 제1 쌍안정 고분자층(13)의 온도가 올라가면, 제1 쌍안정 고분자층(13)의 강성이 변할 수 있다.The first
제2 쌍안정 고분자층(11)은 제1 쌍안정 고분자층(13) 상에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 쌍안정 고분자층(11)은 제2 유연 전극층(33)을 매개로, 제1 쌍안정 고분자층(13) 상에 결합될 수 있다. 제2 쌍안정 고분자층(11)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제2 쌍안정 고분자층(11)은 온도에 따라 강성이 변하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 쌍안정 고분자층(11)은 온도가 올라가면 강성이 낮아지는 쌍안정 유전성 고분자 물질을 포함할 수 있다.The second
제1 유연 전극층(31)은 제2 쌍안정 고분자층(11) 상에 위치할 수 있다. 제1 유연 전극층(31)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제1 유연 전극층(31)은 유연한 전도성 물질을 포함할 수 있다. 따라서 제1 유연 전극층(31)은 휘어질 수 있다. 제1 유연 전극층(31)은 제1 전압 공급부(91)에 전기적으로 연결될 수 있다.The first
제2 유연 전극층(33)은 제1 쌍안정 고분자층(13)과 제2 쌍안정 고분자층(11) 사이에 위치할 수 있다. 제2 유연 전극층(33)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제2 유연 전극층(33)은 제1 유연 전극층(31)과 실질적으로 동일 또는 유사한 물질을 포함할 수 있다. 따라서 제2 유연 전극층(33)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 제2 유연 전극층(33)은 제1 전압 공급부(91) 및/또는 제2 전압 공급부(93)에 전기적으로 연결될 수 있다.The second
제3 유연 전극층(35)은 제1 쌍안정 고분자층(13)의 하면 상에 위치할 수 있다. 제3 유연 전극층(35)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제3 유연 전극층(35)은 제1 유연 전극층(31)과 실질적으로 동일 또는 유사한 물질을 포함할 수 있다. 따라서 제3 유연 전극층(35)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 제3 유연 전극층(35) 제2 전압 공급부(93)에 전기적으로 연결될 수 있다.The third
제1 광흡수 발열층(51)은 제1 유연 전극층(31) 상에 위치할 수 있다. 제1 광흡수 발열층(51)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제1 광흡수 발열층(51)은 광을 흡수하여, 온도를 상승시킬 수 있다. 즉, 제1 광흡수 발열층(51)에 광을 조사하면, 제1 광흡수 발열층(51)의 온도는 상승할 수 있다. 제1 광흡수 발열층(51)은 근적외선 파장대의 광에 대한 흡수도가 높을 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광흡수 발열층(51)은 PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 계열의 물질을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니다.The first light
제2 광흡수 발열층(53)은 제3 유연 전극층(35) 하에 위치할 수 있다. 제2 광흡수 발열층(53)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제2 광흡수 발열층(53)은 광을 흡수하여, 온도를 상승시킬 수 있다. 즉, 제2 광흡수 발열층(53)에 광을 조사하면, 제2 광흡수 발열층(53)의 온도는 상승할 수 있다. 제2 광흡수 발열층(53)은 근적외선 파장대의 광에 대한 흡수도가 높을 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 광흡수 발열층(53)은 PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 계열의 물질을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니다.The second light
제1 전압 공급부(91)는 제1 유연 전극층(31) 및 제2 유연 전극층(33)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전압 공급부(91)는 제1 유연 전극층(31) 및 제2 유연 전극층(33)에 전압을 공급할 수 있다. 제1 전압 공급부(91)가 제공하는 전압에 의해, 제2 쌍안정 고분자층(11)이 휘어질 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.The first
제2 전압 공급부(93)는 제3 유연 전극층(35) 및 제2 유연 전극층(33)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전압 공급부(93)는 제3 유연 전극층(35) 및 제2 유연 전극층(33)에 전압을 공급할 수 있다. 제2 전압 공급부(93)가 제공하는 전압에 의해, 제1 쌍안정 고분자층(13)이 휘어질 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.The second
지지구조부(7)는 제1, 2 쌍안정 고분자층(13, 11)의 측면, 제1 내지 제3 유연 전극층(31, 33, 35)의 측면 및/또는 제 1, 2 광흡수 발열층(51, 53)의 측면 및 상면 상에 결합될 수 있다. 지지구조부(7)는 외부의 구성에 결합될 수 있다. 지지구조부(7)에 의해 유연한 재질의 소프트 액츄에이터(A)는 외부의 구성에 연결될 수 있다.The
광원은 제1 광흡수 발열층(51) 및/또는 제2 광흡수 발열층(53)에 광을 조사할 수 있다. 실시 예들에서, 광원은 복수 개가 제공될 수 있다. 예를 들어, 광원은 제1 광원(L1) 및 제2 광원(L2)을 포함할 수 있다. 제1 광원(L1)은 제1 광흡수 발열층(51)으로부터 위로 이격될 수 있다. 제1 광원(L1)은 제1 광흡수 발열층(51)을 향해 광을 조사할 수 있다. 제2 광원(L2)은 제2 광흡수 발열층(53)으로부터 아래로 이격될 수 있다. 제2 광원(L2)은 제2 광흡수 발열층(53)을 향해 광을 조사할 수 있다. 이상에서 광원이 2개가 제공되는 것으로 서술하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 광원은 1개가 제공될 수도 있고, 3개 이상이 제공될 수도 있다. 실시 예들에서, 광원은 복수 개가 수평 방향으로 이격될 수도 있다. 즉, 광원들은 서로 제2 방향(D2) 및/또는 제3 방향(D3)으로 이격된 상태로 배치될 수 있다. 수평 방향으로 이격 배치된 광원들은, 광흡수 발열층의 각기 다른 부분에 광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 하나의 광흡수 발열층 내에서 수평 방향으로 각기 다른 지점에서, 광흡수 발열층은 서로 다른 형태로 변형될 수 있다. 즉, 하나의 광흡수 발열층이 다양한 곡률을 가지고 휘어질 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다.The light source may irradiate light to the first light
제어부(C)는 광원(L1, L2) 및 제1, 2 전압 공급부(91, 93)를 제어할 수 있다. 제어부(C)의 제어에 의해, 광원(L1, L2)이 제1, 2 광흡수 발열층(51, 53)에 광을 조사하거나, 제1, 2 전압 공급부(91, 93)가 제1, 2, 3 유연 전극층(31, 33, 35)에 전압을 공급할 수 있다.The controller C may control the light sources L1 and L2 and the first and second
도 2는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육의 사용 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a soft actuator and a method of using an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 인공근육 구동 방법(S)이 제공될 수 있다. 인공근육 구동 방법(S)은 광흡수 발열층에 광을 조사하는 것(S1), 쌍안정 고분자층의 강성이 낮아지는 것(S2), 유연 전극층에 전압을 인가하는 것(S3), 소프트 액츄에이터가 변형되는 것(S4), 소프트 액츄에이터를 변형된 형상으로 유지시키는 것(S5) 및 광을 다시 조사하여 소프트 액츄에이터의 형상을 복원시키는 것(S6) 등을 포함할 수 있다. 이하에서, 도 3 및 도 4를 참고하여 인공근육 구동 방법(S)의 각 단계를 상세히 설명하도록 한다.Referring to FIG. 2 , an artificial muscle driving method S may be provided. The artificial muscle driving method (S) includes irradiating light to the light-absorbing heating layer (S1), lowering the rigidity of the bistable polymer layer (S2), applying a voltage to the flexible electrode layer (S3), and a soft actuator. may include deforming (S4), maintaining the soft actuator in a deformed shape (S5), and restoring the shape of the soft actuator by re-irradiating light (S6). Hereinafter, each step of the artificial muscle driving method S will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4 .
도 3 및 도 4는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육의 사용 상태를 순차적으로 나타낸 단면도들이다. 이하 도 3 및 도 4에서는 편의 상 도 1의 제어부는 도시하지 않을 수 있다.3 and 4 are cross-sectional views sequentially illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention. Hereinafter, the control unit of FIG. 1 may not be shown in FIGS. 3 and 4 for convenience.
도 3 및 도 2를 참고하면, 광흡수 발열층에 광을 조사하는 것(S1)은 제어부(C, 도 1 참고)의 제어에 의해 제1 광원(L1)이 제1 광흡수 발열층(51)에 광을 조사하는 것을 포함할 수 있다. 제1 광원(L1)은 제1 광흡수 발열층(51)으로부터 제1 방향(D1)으로 이격된 상태에서, 제1 광흡수 발열층(51) 전체에 광을 조사할 수 있다. 제1 광흡수 발열층(51)은 제1 광원(L1)에서 조사된 광의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제1 광흡수 발열층(51)은 근적외선 파장 영역의 광을 흡수할 수 있다. 광을 흡수한 제1 광흡수 발열층(51)의 온도는 상승할 수 있다. 온도가 상승한 제1 광흡수 발열층(51)은 외부로 열을 방출할 수 있다. 따라서 제1 광흡수 발열층(51)으로부터 제2 쌍안정 고분자층(11)으로 열 전달이 발생할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 2 , in the irradiating light to the light absorption heating layer ( S1 ), the first light source L1 is controlled by the control unit C (refer to FIG. 1 ) to the first light
쌍안정 고분자층의 강성이 낮아지는 것(S2)은 제1 광흡수 발열층(51)으로부터 제2 쌍안정 고분자층(11)으로 열이 전달되는 것을 포함할 수 있다. 제2 쌍안정 고분자층(11)으로의 열 전달이 발생하면, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 온도가 상승할 수 있다. 제2 쌍안정 고분자층(11)의 온도가 일정 수준 이상으로 올라가면, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 물리적 성질 중 적어도 일부가 변할 수 있다. 예를 들어, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 온도가 일정 수준 이상으로 올라가면, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 강성이 변할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 강성(rigidity)이 낮아질 수 있다.The lowering of the rigidity of the bistable polymer layer ( S2 ) may include transfer of heat from the first light absorption
유연 전극층에 전압을 인가하는 것(S3)은 제어부(C, 도 1 참고)의 제어에 의해, 제1 전압 공급부(91)가 제1 유연 전극층(31) 및 제2 유연 전극층(33)에 전압을 가하는 것을 포함할 수 있다. 제1 유연 전극층(31) 및 제2 유연 전극층(33)에 전압이 가해지면, 정전기력이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 정전기력은 제1 유연 전극층(31)과 제2 유연 전극층(33) 사이에 정전기력이 발생할 수 있다.Applying a voltage to the flexible electrode layer (S3) is by the control of the control unit (C, see FIG. 1), the first
도 4 및 도 2를 참고하면, 소프트 액츄에이터가 변형되는 것(S4)은 정전기력에 의해 제2 쌍안정 고분자층(11)이 변형되는 것을 포함할 수 있다. 온도가 상승한 제2 쌍안정 고분자층(11)의 강성은 약해져 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 강성은 제1 쌍안정 고분자층(13)의 강성보다 낮을 수 있다. 따라서 제2 쌍안정 고분자층(11)에 힘이 가해지면, 제2 쌍안정 고분자층(11)은 물리적 변형을 일으킬 수 있다. 제2 쌍안정 고분자층(11)의 밑에 결합되어 있는 제1 쌍안정 고분자층(13)의 강성은 상대적으로 높으므로, 소프트 액츄에이터(A)는 전체적으로 위로 볼록한 형상으로 변형될 수 있다. 지지구조부(7)는 소프트 액츄에이터(A)의 변형을 지지하거나, 가이드할 수 있다.4 and 2 , the deformation of the soft actuator ( S4 ) may include deformation of the second
이상에서는 제1 광원(L1)을 이용하여 소프트 액츄에이터(A)를 위로 볼록하게 변형시키는 것을 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제2 광원(L2)을 이용하여 제2 광흡수 발열층(53)에 광을 조사하면, 전술한 과정이 반대 방향으로 일어나, 소프트 액츄에이터(A)는 아래로 볼록하게 변형될 수 있다.Although it has been described above that the soft actuator A is convexly upwardly deformed using the first light source L1, the present invention is not limited thereto. That is, when light is irradiated to the second light
도 2 및 도 4를 참고하면, 소프트 액츄에이터를 변형된 형상으로 유지시키는 것(S5)은 광원에 의한 광 조사가 끝난 뒤, 쌍안정 고분자층의 강성이 원래대로 복원되는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 광원(L1)에 의한 광 조사가 종료되면, 제1 광흡수 발열층(51)의 온도가 내려갈 수 있다. 제1 광흡수 발열층(51)의 온도가 내려가면, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 온도도 내려갈 수 있다. 이에 따라 제2 쌍안정 고분자층(11)의 강성은 원래대로 복원될 수 있다. 실시 예들에서, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 강성은 원래와 같이 강해질 수 있다. 제2 쌍안정 고분자층(11)의 강성이 원래대로 복원되면, 소프트 액츄에이터(A)의 형상은 휘어진 상태로 유지될 수 있다. 예를 들어, 소프트 액츄에이터(A)의 형상은 위로 볼록한 상태로 고정되어 유지될 수 있다.2 and 4 , maintaining the soft actuator in a deformed shape ( S5 ) may include restoring the original stiffness of the bistable polymer layer after the light irradiation by the light source is finished. More specifically, when light irradiation by the first light source L1 is finished, the temperature of the first light
도 2를 참고하면, 광을 다시 조사하여 소프트 액츄에이터의 형상을 복원시키는 것(S6)은 광원을 이용하여 광흡수 발열층에 광을 다시 조사하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 광원(L1)을 이용하여 제1 광흡수 발열층(51)을 향해 광을 다시 조사할 수 있다. 이에 따라 제1 광흡수 발열층(51)의 온도는 상승할 수 있다. 제1 광흡수 발열층(51)의 온도가 상승함에 따라, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 온도도 상승할 수 있다. 제2 쌍안정 고분자층(11)의 온도가 상승하면, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 강성은 다시 낮아질 수 있다. 이 과정에서 제1 전압 공급부(91)에 의한 제1 유연 전극층(31) 및 제2 유연 전극층(33)으로의 전압 인가는 진행되지 아니할 수 있다. 따라서 정전기력도 발생하지 아니할 수 있다. 강성이 낮아진 제2 쌍안정 고분자층(11)의 형상은 다시 원래대로 돌아갈 수 있다. 즉, 제2 쌍안정 고분자층(11)의 형상이 다시 평평하게 복원되어, 소프트 액츄에이터(A)의 형상이 원래대로 복원될 수 있다.Referring to FIG. 2 , restoring the shape of the soft actuator by re-irradiating light ( S6 ) may include re-irradiating light to the light absorption heating layer using a light source. More specifically, the light may be irradiated again toward the first light
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 의하면, 소프트 액츄에이터의 형상을 변형된 상태로 유지할 수 있다. 즉, 쌍안정 고분자층의 강성이 온도에 따라 변하므로, 이를 이용하여 쌍안정 고분자층이 휘어진 상태로 형태를 유지하게 만드는 것이 용이할 수 있다.According to the soft actuator and the artificial muscle including the same according to exemplary embodiments of the present invention, the shape of the soft actuator can be maintained in a deformed state. That is, since the rigidity of the bistable polymer layer changes with temperature, it may be easy to maintain the shape of the bistable polymer layer in a bent state using this.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 의하면, 온도에 따라 강성이 달라지는 특성을 이용해 쌍안정 고분자층을 변형시킬 수 있다. 따라서 강성을 변화시키기 위해 복잡한 구조를 사용할 필요가 없을 수 있다. 이에 따라 소프트 액츄에이터의 전체적인 구조가 간단해지고, 부피가 작아질 수 있다. 또한, 슬림한 소프트 액츄에이터의 구동에 의하므로, 정밀한 제어가 가능할 수 있다.According to the soft actuator and the artificial muscle including the same according to exemplary embodiments of the present invention, the bistable polymer layer can be deformed by using the characteristic that stiffness varies according to temperature. Thus, it may not be necessary to use complex structures to vary the stiffness. Accordingly, the overall structure of the soft actuator may be simplified and the volume may be reduced. In addition, since it is driven by a slim soft actuator, precise control may be possible.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하에서, 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.Hereinafter, descriptions of contents substantially the same as or similar to those described with reference to FIGS. 1 to 4 may be omitted for convenience.
도 5를 참고하면, 인공근육(M')은 쌍안정 고분자층(12), 제1 유연 전극층(31'), 제2 유연 전극층(33'), 광흡수 발열층(5'), 지지구조부(7) 및 전압 공급부(91) 등을 포함할 수 있다.Referring to Figure 5, the artificial muscle (M') is a bistable polymer layer (12), a first flexible electrode layer (31'), a second flexible electrode layer (33'), a light absorption heating layer (5'), a support structure part (7) and a
쌍안정 고분자층(12)은 도 1 등을 참고하여 설명한 쌍안정 고분자층과 유사할 수 있다. 쌍안정 고분자층(12)은 도 1 등을 참고하여 설명한 쌍안정 고분자층과 실질적으로 동일 또는 유사한 물질을 포함할 수 있다. 제1 유연 전극층(31')은 쌍안정 고분자층(12)의 상면 상에 위치할 수 있다. 제2 유연 전극층(33')은 쌍안정 고분자층(12)의 하면 상에 위치할 수 있다.The
광흡수 발열층(5')은 제1 유연 전극층(31')의 상면 상에 위치할 수 있다. 광흡수 발열층(5')은 도 1 등을 참고하여 설명한 광흡수 발열층과 실질적으로 동일 또는 유사한 물질을 포함할 수 있다. 광흡수 발열층(5')은 패터닝되어 있을 수 있다. 즉, 광흡수 발열층(5')은 패터닝되어, 패터닝 구멍을 제공할 수 있다. 광흡수 발열층(5')은 패터닝 구멍을 두고 서로 수평적으로 이격되는 복수 개의 광흡수 발열층(51', 53', 55', 57')을 제공할 수 있다. 패터닝 구멍을 통해, 제1 유연 전극층(31')의 일부가 노출될 수 있다. 다시 말해, 패터닝된 광흡수 발열층(5')에 의해 제1 유연 전극층(31')의 일부가 노출될 수 있다.The light
전압 공급부(91)는 제1 유연 전극층(31') 및 제2 유연 전극층(33')에 전기적으로 연결될 수 있다.The
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 의하면, 광흡수 발열층이 패터닝되어 있으므로, 광원에 의한 광 조사가 행해질 경우, 일부 구역의 온도만 상승할 수 있다. 즉, 광흡수 발열층이 배치된 곳의 밑에 있는 쌍안정 고분자층의 온도만 상승할 수 있다. 이에 따라 쌍안정 고분자층의 일부 영역만 강성이 변할 수 있다. 즉, 쌍안정 고분자층의 일부 영역만 휘어질 수 있다. 따라서 소프트 액츄에이터는 다수의 곡률을 가지고 휘어질 수 있다. 이에 따라 인체의 근육 움직임을 더 정확하게 모사하는 것이 가능할 수 있다.According to the soft actuator and the artificial muscle including the same according to the exemplary embodiments of the present invention, since the light absorbing heating layer is patterned, when light is irradiated by the light source, only the temperature of some areas may increase. That is, only the temperature of the bistable polymer layer under the place where the light absorption heating layer is disposed may increase. Accordingly, only a partial region of the bistable polymer layer may have a change in stiffness. That is, only a partial region of the bistable polymer layer may be bent. Accordingly, the soft actuator can be bent with multiple curvatures. Accordingly, it may be possible to more accurately simulate the muscle movement of the human body.
본 발명의 예시적인 실시 예들에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육에 의하면, 광흡수 발열층의 패터닝이라는 간단한 제조 공정만 거치면, 다수 곡률을 가지고 휘어지는 소프트 액츄에이터를 만들 수 있다. 즉, 간단한 공정으로 다양하게 휘는 인공 근육의 제조가 가능할 수 있다.According to the soft actuator and the artificial muscle including the same according to the exemplary embodiments of the present invention, it is possible to make a soft actuator that has multiple curvatures and bends only through a simple manufacturing process of patterning the light absorption heating layer. That is, it may be possible to manufacture variously curved artificial muscles through a simple process.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하에서, 도 1 내지 도 5를 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.Hereinafter, descriptions of contents substantially the same as or similar to those described with reference to FIGS. 1 to 5 may be omitted for convenience.
도 6을 참고하면, 인공근육(M'')은 지지대층(15), 제1 변형층(14), 제2 변형층(16), 제1 유연 전극층(32), 제2 유연 전극층(34), 제3 유연 전극층(36) 및 제4 유연 전극층(38) 등을 포함할 수 있다. 지지대층(15)은 제1 변형층(14) 및 제2 변형층(16)보다 강성이 높은 물질을 포함할 수 있다. 지지대층(15)을 사이에 두고, 제1 변형층(14) 및 제2 변형층(16)이 마주할 수 있다. 제1 변형층(14) 및 제2 변형층(16)은 유전 탄성 고분자를 포함할 수 있다. 유전 탄성 고분자는 프리폴리머 (Prepolymer) 와 가교제 (Crosslinker)를 혼합하여 제조할 수 있다. 두 물질의 조성비(Crosslinker/Prepolymer, C/P)를 달리하면 유전 탄성 고분자의 강성을 조절할 수 있다. 제1 유연 전극층(32), 제2 유연 전극층(34), 제3 유연 전극층(36) 및 제4 유연 전극층(38)은 지지대층(15), 제1 변형층(14) 및 제2 변형층(16)의 사이 밑 상/하면에 결합될 수 있다. 제1 유연 전극층(32), 제2 유연 전극층(34), 제3 유연 전극층(36) 및 제4 유연 전극층(38)에 전압이 가해지면, 정전기력에 의해 소프트 액츄에이터(A'')가 위로 볼록하게 휘거나, 혹은 아래로 볼록하게 휘어질 수 있다.Referring to FIG. 6 , the artificial muscle M'' includes a
도 7은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.Hereinafter, descriptions of contents substantially the same as or similar to those described with reference to FIGS. 1 to 6 may be omitted for convenience.
도 7을 참고하면, 도 6을 참고하여 설명한 것과는 달리, 지지대층(2')이 하부 지지대(21') 및 복수 개의 구분 지지대(231', 233', 235')를 포함할 수 있다. 전압 공급부(91)에 의해 제1 유연 전극층(31'') 및 제2 유연 전극층(33')에 전압이 가해지면, 소프트 액츄에이터(A''')는 다양한 곡률로 휘어질 수 있다.Referring to FIG. 7 , unlike that described with reference to FIG. 6 , the
도 8은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 소프트 액츄에이터 및 이를 포함하는 인공근육을 나타낸 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a soft actuator and an artificial muscle including the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하에서, 도 1 내지 도 7을 참고하여 설명한 것과 실질적으로 동일 또는 유사한 내용에 대한 것은 편의 상 설명을 생략할 수 있다.Hereinafter, descriptions of contents substantially the same as or similar to those described with reference to FIGS. 1 to 7 may be omitted for convenience.
도 8을 참고하면, 인공근육(M’’’’)은 도 7을 참고하여 설명한 것과는 달리, 지지대층(2’’)이 중심 지지대(21’’), 상부 구분 지지대(231’’, 233’’, 235’’) 및 하부 구분 지지대(232’’, 235’’, 236’’)를 포함할 수 있다. 제1 전압 공급부(91)에 의해 제1 유연 전극층(31’’’) 및 제2 유연 전극층(33’’’)에 전압이 가해지면, 소프트 액츄에이터(A’’’’)는 위로 볼록하게 휘어질 수 있다. 제2 전압 공급부(93)에 의해 제3 유연 전극층(35''') 및 제4 유연 전극층(37''')에 전압이 가해지면, 소프트 액츄에이터(A’’’’)는 아래로 볼록하게 휘어질 수 있다.Referring to FIG. 8 , the artificial muscle M'''' is different from that described with reference to FIG. 7 , the support layer 2'' includes the central support 21'', the upper division support 231'', 233 '', 235'') and lower division supports (232'', 235'', 236''). When a voltage is applied to the first flexible electrode layer 31''' and the second flexible electrode layer 33''' by the first
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
M: 인공근육
A: 소프트 액츄에이터
11: 제2 쌍안정 고분자층
13: 제1 쌍안정 고분자층
31: 제1 유연 전극층
33: 제2 유연 전극층
35: 제3 유연 전극층
51: 제1 광흡수 발열층
53: 제2 광흡수 발열층
L1: 제1 광원
L2: 제2 광원
C: 제어부
7: 지지구조부
91: 제1 전압 공급부
93: 제2 전압 공급부M: artificial muscle
A: soft actuator
11: second bistable polymer layer
13: first bistable polymer layer
31: first flexible electrode layer
33: second flexible electrode layer
35: third flexible electrode layer
51: first light absorption heating layer
53: second light absorption heating layer
L1: first light source
L2: second light source
C: control
7: Support structure
91: first voltage supply unit
93: second voltage supply unit
Claims (14)
상기 제1 쌍안정 고분자층 상의 제2 쌍안정 고분자층;
상기 제2 쌍안정 고분자층의 상면 상의 제1 유연 전극층;
상기 제1 쌍안정 고분자층과 상기 제2 쌍안정 고분자층 사이의 제2 유연 전극층;
상기 제1 유연 전극층 상에 위치하며 광을 흡수하면 온도가 올라가는 제1 광흡수 발열층; 및
제1 전압 공급부; 를 포함하되,
상기 제1 전압 공급부는 상기 제1 유연 전극층 및 상기 제2 유연 전극층에 전기적으로 연결되는 소프트 액츄에이터.
a first bistable polymer layer;
a second bistable polymer layer on the first bistable polymer layer;
a first flexible electrode layer on the upper surface of the second bistable polymer layer;
a second flexible electrode layer between the first bistable polymer layer and the second bistable polymer layer;
a first light absorption heating layer positioned on the first flexible electrode layer and having a temperature increase when light is absorbed; and
a first voltage supply; including,
The first voltage supply unit is a soft actuator electrically connected to the first flexible electrode layer and the second flexible electrode layer.
상기 제1 광흡수 발열층은 PEDOT 계열의 물질을 포함하는 소프트 액츄에이터.
The method of claim 1,
The first light absorption heating layer is a soft actuator comprising a PEDOT-based material.
상기 제1 쌍안정 고분자층의 하면 상의 제3 유연 전극층을 더 포함하는 소프트 액츄에이터.
The method of claim 1,
A soft actuator further comprising a third flexible electrode layer on the lower surface of the first bistable polymer layer.
상기 제3 유연 전극층의 밑에 결합되는 제2 광흡수 발열층을 더 포함하는 소프트 액츄에이터.
4. The method of claim 3,
A soft actuator further comprising a second light absorption heating layer coupled under the third flexible electrode layer.
제2 전압 공급부를 더 포함하되,
상기 제2 전압 공급부는 상기 제2 유연 전극층 및 상기 제3 유연 전극층에 전기적으로 연결되는 소프트 액츄에이터.
4. The method of claim 3,
Further comprising a second voltage supply,
The second voltage supply unit is a soft actuator electrically connected to the second flexible electrode layer and the third flexible electrode layer.
상기 제1 광흡수 발열층의 상면 및 상기 제2 쌍안정 고분자층의 측면에 결합되는 지지구조부를 더 포함하는 소프트 액츄에이터.
The method of claim 1,
The soft actuator further comprising a support structure coupled to an upper surface of the first light absorption heating layer and a side surface of the second bistable polymer layer.
광원; 및
제어부; 를 포함하되,
상기 소프트 액츄에이터는:
제1 쌍안정 고분자층;
상기 제1 쌍안정 고분자층 상의 제2 쌍안정 고분자층;
상기 제2 쌍안정 고분자층의 상면 상의 제1 유연 전극층;
상기 제1 쌍안정 고분자층과 상기 제2 쌍안정 고분자층 사이의 제2 유연 전극층;
상기 제1 유연 전극층 상에 위치하며 광을 흡수하면 온도가 올라가는 제1 광흡수 발열층;
제1 전압 공급부; 및
상기 제1 광흡수 발열층의 상면 및 상기 제2 쌍안정 고분자층의 측면에 결합되는 지지구조부; 를 포함하되,
상기 제1 전압 공급부는 상기 제1 유연 전극층 및 상기 제2 유연 전극층에 전기적으로 연결되며,
상기 제어부는 상기 광원 및 상기 제1 전압 공급부를 제어하는 인공근육.
soft actuator;
light source; and
control unit; including,
The soft actuator comprises:
a first bistable polymer layer;
a second bistable polymer layer on the first bistable polymer layer;
a first flexible electrode layer on the upper surface of the second bistable polymer layer;
a second flexible electrode layer between the first bistable polymer layer and the second bistable polymer layer;
a first light absorption heating layer positioned on the first flexible electrode layer and having a temperature increase when light is absorbed;
a first voltage supply; and
a support structure coupled to an upper surface of the first light absorption heating layer and a side surface of the second bistable polymer layer; including,
The first voltage supply unit is electrically connected to the first flexible electrode layer and the second flexible electrode layer,
The control unit is an artificial muscle that controls the light source and the first voltage supply unit.
상기 제1 쌍안정 고분자층의 하면 상의 제3 유연 전극층; 및
상기 제3 유연 전극층의 밑에 결합되는 제2 광흡수 발열층; 을 더 포함하는 인공근육.
8. The method of claim 7,
a third flexible electrode layer on the lower surface of the first bistable polymer layer; and
a second light absorption heating layer coupled under the third flexible electrode layer; Artificial muscles further comprising a.
제2 전압 공급부를 더 포함하되,
상기 제2 전압 공급부는 상기 제2 유연 전극층 및 상기 제3 유연 전극층에 전기적으로 연결되는 인공근육.
9. The method of claim 8,
Further comprising a second voltage supply,
The second voltage supply unit is an artificial muscle electrically connected to the second flexible electrode layer and the third flexible electrode layer.
상기 제1 광흡수 발열층 및 상기 제2 광흡수 발열층의 각각은 PEDOT 계열의 물질을 포함하는 인공근육.
9. The method of claim 8,
Each of the first light absorption heating layer and the second light absorption heating layer is an artificial muscle comprising a PEDOT-based material.
상기 광원은 상기 제1 광흡수 발열층에 광을 조사하는 제1 광원 및 상기 제2 광흡수 발열층에 광을 조사하는 제2 광원을 포함하는 인공근육.
9. The method of claim 8,
The light source includes a first light source for irradiating light to the first light absorption heating layer and a second light source for irradiating light to the second light absorption heating layer.
상기 소프트 액츄에이터에 광을 조사하는 광원; 을 포함하되,
상기 소프트 액츄에이터는:
쌍안정 고분자층;
상기 쌍안정 고분자층의 상면 상의 제1 유연 전극층;
상기 쌍안정 고분자층의 하면 상의 제2 유연 전극층;
상기 제1 유연 전극층 상에 위치하며 광을 흡수하면 온도가 올라가는 광흡수 발열층; 및
전압 공급부; 를 포함하되,
상기 전압 공급부는 상기 제1 유연 전극층 및 상기 제2 유연 전극층에 전기적으로 연결되고,
상기 광흡수 발열층은 패터닝되어, 패터닝된 상기 광흡수 발열층 사이로 상기 제1 유연 전극층의 일부가 노출되는 인공근육.
soft actuator; and
a light source irradiating light to the soft actuator; including,
The soft actuator comprises:
bistable polymer layer;
a first flexible electrode layer on the upper surface of the bistable polymer layer;
a second flexible electrode layer on the lower surface of the bistable polymer layer;
a light absorption heating layer positioned on the first flexible electrode layer and raising a temperature when light is absorbed; and
voltage supply; including,
The voltage supply unit is electrically connected to the first flexible electrode layer and the second flexible electrode layer,
The light absorption heating layer is patterned, and a portion of the first flexible electrode layer is exposed between the patterned light absorption heating layer.
상기 광흡수 발열층은 PEDOT 계열의 물질을 포함하는 인공근육.
13. The method of claim 12,
The light-absorbing heating layer is an artificial muscle containing a PEDOT-based material.
상기 광흡수 발열층의 상면 또는 상기 쌍안정 고분자층의 측면에 결합되는 지지구조부를 더 포함하는 인공근육.
13. The method of claim 12,
The artificial muscle further comprising a support structure coupled to the upper surface of the light absorption heating layer or the side surface of the bistable polymer layer.
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