KR102547340B1

KR102547340B1 - 미세 유체 펌프 및 이를 구비하는 로봇

Info

Publication number: KR102547340B1
Application number: KR1020210002582A
Authority: KR
Inventors: 배준범; 곽보건
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2023-06-23
Also published as: KR20220100296A

Abstract

본 발명은 매우 작으면서도 제어가 용이한 미세 유체 펌프 및 이를 구비하는 로봇을 위하여, 다공층과, 제1주입구와 상기 다공층의 일측에 위치하는 제1토출구를 갖는 주입관과, 제2토출구와 상기 다공층의 타측에 위치하는 제2주입구를 갖는 토출관과, 내부 공간이 상기 주입관의 상기 제1주입구에 연결되며 플렉서블한 작동챔버를 구비하는, 미세 유체 펌프 및 이를 구비하는 로봇을 제공한다.

Description

미세 유체 펌프 및 이를 구비하는 로봇{Microfluidic Pump and robot comprising the same}

본 발명의 실시예들은 미세 유체 펌프 및 이를 구비하는 로봇에 관한 것으로서, 더 상세하게는 매우 작으면서도 제어가 용이한 미세 유체 펌프 및 이를 구비하는 로봇에 관한 것이다.

기존의 공압 펌프에는 크기가 크고 무게가 무겁다는 문제점이 있다. 특히 공압 펌프로 미세 유체 장치나 마이크로 로봇을 구현할 시, 미세 유체 장치나 마이크로 로봇에 펌프의 호스나 전원 선 등에 연결되어야 하므로, 그 활용도가 극히 낮아진다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 매우 작으면서도 제어가 용이한 미세 유체 펌프 및 이를 구비하는 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 다공층과, 제1주입구와 상기 다공층의 일측에 위치하는 제1토출구를 갖는 주입관과, 제2토출구와 상기 다공층의 타측에 위치하는 제2주입구를 갖는 토출관과, 내부 공간이 상기 주입관의 상기 제1주입구에 연결되며 플렉서블한 작동챔버를 구비하는, 미세 유체 펌프가 제공된다.

베이스를 더 구비하고, 상기 작동챔버, 상기 다공층 및 상기 주입관은 상기 베이스 상에 위치하며, 상기 토출관은 상기 제2토출구가 상기 베이스 외측에 위치하도록 상기 베이스 상에 위치할 수 있다.

내부에 상기 작동챔버, 상기 주입관 및 상기 토출관이 형성되며, 상기 제1토출구와 상기 제2주입구와 연결되고 상기 다공층이 배치될 수 있는 개구를 가지며, 상기 베이스 상에 위치하는, 바디부를 더 구비할 수 있다.

상기 바디부는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 포함할 수 있다.

상기 바디부의 상기 개구 내에 위치한 상기 다공층을 덮는 커버를 더 구비할 수 있다.

토출용 관통구를 갖는 베이스를 더 구비하고, 상기 작동챔버, 상기 다공층 및 상기 주입관은 상기 베이스 상에 위치하며, 상기 토출관은 상기 제2토출구가 상기 토출용 관통구 상에 위치하도록 상기 베이스 상에 위치할 수 있다.

상기 토출관 내에 위치한 토출 유동체는 상기 제2토출구와 상기 토출용 관통구를 통해 상기 베이스 외측으로 배출될 수 있다.

상기 토출용 관통구에 삽입된 토출용 노즐을 더 구비하고, 상기 제2토출구는 상기 토출용 노즐에 연결되어, 상기 토출관 내에 위치한 토출 유동체는 상기 제2토출구와 상기 토출용 노즐을 통해 상기 베이스 외측으로 배출될 수 있다.

상기 바디부는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 포함할 수 있다.

상기 플렉서블한 작동챔버 하부에 위치하는 자성체를 더 구비할 수 있다.

상기 베이스는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 상술한 것과 같은 미세 유체 펌프와, 상기 베이스 하부에 위치하는 프레임과, 상기 프레임에 연결되며 상기 제2토출구 근방에 위치한 풋패드를 구비하는, 로봇이 제공된다.

상기 풋패드는 소수성 물질로 코팅될 수 있다.

상기 풋패드는 원 형상의 가장자리를 갖는 부분을 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 매우 작으면서도 제어가 용이한 미세 유체 펌프 및 이를 구비하는 로봇을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇의 일부분을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇의 작동 방식을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 5 내지 도 7은 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇이 작동하는 모습을 개략적으로 도시하는 배면도들이다.
도 8은 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇이 이동하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9 및 도 10은 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇이 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 개념도들이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)의 일부분을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)은 미세 유체 펌프, 프레임(60) 및 풋패드(71, 73)를 구비한다. 미세 유체 펌프는 다공층(10), 주입관(21), 토출관(23), 작동챔버(25) 및 베이스(30)를 구비한다.

다공층(10)은 셀룰로오스 파우더로 형성된 박막시트 또는 여과지를 포함할 수 있다. 예컨대 다공층(10)은 여과지를 복수개 겹친 구조를 가질 수 있다. 예컨대 다공층(10)은 여과지가 2층 내지 5층으로 적층된 구조를 가지며, 그 총 두께가 0.68mm 내지 1.04mm가 되도록 할 수 있다. 물론 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다공층(10)은 다른 물질을 포함할 수 있다. 이러한 다공층(10)에는 공기로 채워질 수 있는 많은 미세공간들이 내부에 위치한다. 그리고 액체 등이 다공층(10)에 접촉하게 되면, 모세관 현상 등을 통해 해당 액체를 다공층(10) 내의 미세공간들로 흡수할 수 있다.

주입관(21)은 제1주입구(21a)와 제1토출구(21b, 도 2 참조)를 갖는다. 주입관(21)의 제1토출구(21b)는 다공층(10)의 (+y 방향) 일측에 위치한다. 주입관(21)의 제1주입구(21a)는 작동챔버(25)에 연결된다. 즉, 작동챔버(25)의 내부 공간은 주입관(21)의 제1주입구(21a)에 연결되어, 작동챔버(25)의 내부 공간과 주입관(21)의 내부 공간이 서로 연결된다. 토출관(23) 역시 제2주입구(23a, 도 2 참조)와 제2토출구(23b, 도 2 참조)를 갖는다. 토출관(23)의 제2주입구(23a)는 다공층(10)의 (-y 방향) 타측에 위치한다. 주입관(21)과 토출관(23)의 단면은 예컨대 한 변의 길이가 0.75mm인 정사각형일 수 있다.

작동챔버(25), 다공층(10), 주입관(21) 및 토출관(23)은 베이스(30) 상에 위치할 수 있다. 베이스(30)는 토출용 관통구(30a)를 가지며, 토출관(23)은 제2토출구(23b)가 베이스(30)의 토출용 관통구(30a) 상에 위치하도록 베이스(30) 상에 위치할 수 있다. 이 경우 필요에 따라 노즐(31)이 토출용 관통구(30a)에 삽입되어, 노즐(31)의 (+z 방향) 선단이 토출관(23)의 제2토출구(23b) 인근에 위치하도록 할 수 있다. 물론 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스(30) 상에 위치하는 토출관(23)이 베이스(30) 외측으로 연장되어 토출관(23)의 제2토출구(23b)가 베이스(30) 외측에 위치하도록 할 수도 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.

한편, 도 1에 도시된 것과 같이, 작동챔버(25), 주입관(21) 및 토출관(23)은 바디부(20) 내부에 형성된 공간으로 정의될 수도 있다. 즉, 바디부(20) 내에 공간이 형성되며, 이 공간의 일부가 작동챔버(25), 주입관(21) 및 토출관(23)일 수 있다. 이때 바디부(20)는 개구(20a)를 가져, 이 개구(20a) 내에 다공층(10)이 위치하도록 할 수 있다. 이 경우, 주입관(21)의 제1토출구(21b)와 토출관(23)의 제2주입구(23a)는 바디부(20)의 개구(20a)에 연결되어, 주입관(21)의 제1토출구(21b)와 토출관(23)의 제2주입구(23a)가 바디부(20)의 개구(20a) 내에 위치하는 다공층(10)에 인접하여 위치하거나, 주입관(21)의 제1토출구(21b)와 토출관(23)의 제2주입구(23a)가 바디부(20)의 개구(20a) 내에 위치하는 다공층(10)에 컨택하도록 할 수 있다.

이러한 바디부(20)는 고분자 수지 등의 다양한 물질로 형성될 수 있는데, 특히 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성될 수 있다. 바디부(20)가 폴리디메틸실록산으로 형성될 경우, 바디부(20)가 플렉서블한 특성을 갖기에 바디부(20)가 포함하는 작동챔버(25) 역시 플렉서블한 특성을 가질 수 있다. 그리고 폴리디메틸실록산으로 바디부(20)가 형성될 경우 바디부(20)가 전체적으로 투광성인 특성을 갖기에, 주입관(21)과 토출관(23) 내에 위치하는 액체의 상태를 용이하게 확인할 수 있다. 베이스(30)는 바디부(20)와 마찬가지로 폴리디메틸실록산으로 형성되어, 베이스(30)와 바디부(20)의 접합력을 높일 수 있다.

한편, 다공층(10)이 바디부(20)의 개구(20a) 내에 위치할 시, 다공층(10)은 베이스(30)의 바디부(20) 방향의 상면 상에 위치하게 된다. 따라서 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)은 커버(51)를 더 구비하여, 커버(51)가 바디부(20)의 개구(20a) 내에 위치한 다공층(10)을 덮도록 할 수 있다. 이 커버(51)의 하면의 면적은 바디부(20)의 개구(20a)의 면적과 같을 수 있다. 이러한 커버(51)는 다공층(10)과 함께 바디부(20)의 개구(20a) 내에 위치할 수 있다. 이 경우, 커버(51)의 다공층(10) 방향의 반대 방향(+z 방향)의 상면은 바디부(20)의 베이스(30) 방향의 반대 방향(+z 방향)의 상면과 일치할 수 있다. 보호테이프(53)는 이러한 커버(51) 상에 위치하면서 바디부(20)의 베이스(30) 방향의 반대 방향(+z 방향)의 상면에 접착되어, 커버(51)의 위치를 고정할 수 있다.

프레임(60)은 베이스(30)의 바디부(20) 방향의 반대 방향(-z 방향)에 위치하여, 베이스(30) 하부에 위치할 수 있다. 프레임(60)은 예컨대 플라스틱과 같은 수지로 형성될 수 있다. 이러한 프레임(60)은 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)의 전체적인 외형을 이룰 수 있다. 따라서 상술한 것과 같이 다공층(10), 주입관(21), 토출관(23), 작동챔버(25) 및 베이스(30) 등을 구비하는 미세 유체 펌프는 이러한 프레임(60) 상에 위치할 수 있다. 미세 유체 펌프와 프레임(60)을 상호 고정하기 위해, 프레임(60)의 미세 유체 펌프 방향(+z 방향) 상면의 형상과 유사한 형상을 갖는 접착층(80)이 프레임(60)과 미세 유체 펌프 사이에 개재될 수 있다. 도 1에서는 접착층(80)이 프레임(60)과 베이스(30) 사이에 개재되어 프레임(60)과 베이스(30)를 결합하는 것으로 도시하고 있다.

풋패드(71, 73)는 프레임(60)에 연결될 수 있다. 이를 위해 프레임(60)은 프레임(60)의 메인파트로부터 외측으로 돌출된 가지부(61, 63)를 가질 수 있으며, 풋패드(71, 73)는 그러한 가지부(61, 63)에 고정될 수 있다. 특히 풋패드(71, 73)는 프레임(60)의 미세 유체 펌프 방향의 반대 방향(-z 방향)으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 아울러 풋패드(71, 73)는 프레임(60)의 상면에 수직인 방향(z축 방향)에서 바라볼 시, 원 형상의 가장자리를 가질 수 있다.

풋패드(73)는 제2토출구(23b) 근방에 위치할 수 있다. 그리고 풋패드(71)는 풋패드(73)와 달리 제1주입구(21a) 근방에 위치하여, 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)의 전체적인 균형을 유지하는 역할을 할 수 있다.

도 3 및 도 4는 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇의 작동 방식을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 3에 도시된 것과 같이, 주입관(21)에는 주입유체(IF)가 주입될 수 있다. 주입관(21)에 주입되는 주입유체(IF)는 다공층(10)과 접촉할 시 다공층(10)에 용이하게 흡수되는 물질을 포함할 수 있다. 예컨대 주입관(21)에는 주입유체(IF)로서 물이 주입될 수 있다. 이때, 주입관(21)의 제1토출구(21b)과 다공층(10) 사이에는 약간의 공기가 존재하여, 주입관(21) 내의 주입유체(IF)가 다공층(10)과 컨택하지 않도록 할 수 있다. 주입관(21) 내의 물과 같은 주입유체(IF)가 다공층(10)과 컨택하게 되면, 주입관(21) 내의 주입유체(IF)가 바로 다공층(10)에 흡수될 수 있기 때문이다. 참고로 도 3에서는 다공층(10)에 공기(AR)가 채워진 것으로 도시하고 있다.

토출관(23)에는 도 3에 도시된 것과 같이 토출유체(OF)가 주입될 수 있다. 토출관(23)에 주입되는 토출유체(OF) 역시 다공층(10)과 접촉할 시 다공층(10)에 흡수될 가능성이 있다. 따라서 토출관(23)의 제2주입구(23a)와 다공층(10) 사이에는 약간의 공기가 존재하여, 토출관(23) 내의 토출유체(OF)가 다공층(10)과 컨택하지 않도록 할 수 있다.

토출유체(OF)는 물보다 비중이 작아, 물의 수면 상에 도팅될 시 물의 수면 상에 떠 있을 수 있도록 할 수 있다. 아울러 토출유체(OF)는 퍼짐성이 좋아, 물의 수면 상에 도팅될 시 물의 수면을 따라 신속히 퍼지도록 할 수 있다. 이를 위해 토출유체(OF)는 3Me-1Bu(3-Methyl-1-Butanol)를 포함할 수 있다. 이 경우 물의 표면장력은 72mN/m이고 토출유체(OF)의 표면장력은 대략 24mN/m가 되어, 그 차이를 크게 유지할 수 있다.

한편, 후술하는 것과 같이 토출유체(OF)가 물의 표면 상에서 퍼지는 것을 시각적으로 확인하기 위해, 토출유체(OF)가 산성 특성을 갖도록 하는 것을 고려할 수도 있다. 이 경우, 토출유체(OF)는 구연산 가루(citric acid powder), 에탄올 및 3Me-1Bu를 4:48:1로 포함할 수 있다(무게비). 그리고 이러한 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)이 이동할 수면을 형성하는 액체는, BTB 가루와 에탄올을 1:1000의 무게비로 혼합하여 BTB 수용액을 만든 후, 이 BTB 수용액과 물을 1:7의 무게비로 혼합하고, 이후 탄산나트륨을 첨가하여 준비할 수 있다. 이러한 액체는 BTB를 포함하면서도 염기성의 특성을 갖게 되어, 이 액체 상에 토출유체(OF)가 도팅되면 토출유체(OF)가 위치하는 부분의 색상이 바뀌어 시각적으로 인식할 수 있게 된다. 이 경우 물을 포함하는 액체의 표면장력은 57mN/m이고 토출유체(OF)의 표면장력은 대략 30mN/m가 되지만, 여전히 표면장력의 차이를 크게 유지할 수 있다.

그와 같은 상황에서 플렉서블한 작동챔버(25)의 내부 체적이 줄어들게 되면, 플렉서블한 작동챔버(25) 내의 공기가 주입관(21)의 제1주입구(21a)를 통해 주입관(21) 내부로 이동하게 된다. 그리고 이에 따라 주입관(21) 내의 물과 같은 주입유체(IF)가 주입관(21)의 제1토출구(21b)를 통해 다공층(10)에 접촉하게 된다. 주입관(21) 내의 물과 같은 주입유체(IF)가 다공층(10)에 접촉하게 되면, 모세관 현상 등에 의해 주입관(21) 내의 주입유체(IF)는 도 4에 도시된 것과 같이 계속해서 다공층(10) 내로 이동하게 된다.

전술한 것과 같이 다공층(10)의 (-z 방향) 하부에는 베이스(30)가 위치하고, 다공층(10)의 (+z 방향) 상부에는 커버(51)와 보호테이프(53)가 위치하며, 다공층(10)의 측방향에는 바디부(20)의 개구(20a)의 내측면이 위치한다. 따라서 모세관 현상 등에 의해 주입관(21) 내의 주입유체(IF)가 도 4에 도시된 것과 같이 다공층(10) 내로 이동하게 되면, 다공층(10) 내에 존재하던 공기(AR)는 토출관(23)의 제2주입구(23a)를 통해 토출관(23)으로 이동하게 된다. 그리고 이처럼 토출관(23) 내로 이동한 공기(AR)의 압력에 의해, 토출관(23) 내에 위치하는 토출유체(OF)는 제2토출구(23b)를 통해 토출관(23) 외부로 토출된다.

도 5 내지 도 7은 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)이 작동하는 모습을 개략적으로 도시하는 배면도들이다. 도 5 내지 도 7에서와 같이, 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)은 물(WT)의 수면에 떠 있을 수 있다. 이를 위해 풋패드(71, 73)는 프레임(60)의 상면에 수직인 방향(z축 방향)에서 바라볼 시, 원 형상의 가장자리를 가질 수 있다. 나아가 풋패드(71, 73)는 플루오르와 같은 소수성 물질로 코팅될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하여 전술한 것과 같이 토출유체(OF)가 제2토출구(23b)를 통해 토출관(23) 외부로 토출되면, 도 5에 도시된 것과 같이 토출관(23)의 제2토출구(23b) 근방에 위치한 노즐(31)을 통해 토출유체(OF)가 하방으로 토출된다. 노즐(31)을 통해 하방으로 이동하는 토출유체(OF)는 도 6에 도시된 것과 같이 물(WT) 위로 토출되는데, 토출유체(OF)의 점성 또는 표면장력에 의해 그 직후에는 도 7에 도시된 것과 같이 물(WT)에 토출된 토출유체(OF)와 노즐(31)에 위치하는 토출유체(OF)는 서로 이격된다. 이와 같이 도 5 내지 도 7에 도시된 것과 같은 현상이 반복되어, 토출유체(OF)는 방울 형태로 물(WT) 상에 순차적으로 토출된다.

도 5에 도시된 것과 같이 노즐(31)의 바디부(20) 방향의 반대 방향(-z 방향)의 끝단과 풋패드(73)의 바디부(20) 방향의 반대 방향(-z 방향)의 면 사이의 거리(H)는, 도 6에 도시된 것과 같이 노즐(31)에서 토출되는 토출유체(OF)가 노즐(31)로부터 분리되기 전에 물(WT)의 상면에 닿을 수 있도록 하는 거리 이내가 되도록 할 수 있다. 이를 통해 노즐(31)에서 토출되는 토출유체(OF)가 노즐(31)의 바디부(20) 방향의 반대 방향(-z 방향)의 끝단에 부착된 채 물(WT) 상으로 도팅되지 않는 것을 방지할 수 있다.

노즐(31)에서 토출되는 토출유체(OF)가 노즐(31)의 바디부(20) 방향의 반대 방향(-z 방향)의 끝단에 위치한 상태에서 도 6에 도시된 것과 같이 물(WT)에 컨택하게 되면, 도 7에 도시된 것과 같이 토출유체(OF)의 일부는 노즐(31)로부터 분리되어 물(WT)의 표면 상에 위치하게 된다. 그리고 물(WT)의 표면 상에서 토출유체(OF)가 방사상으로 퍼지면서 풋패드(73)를 밀어내서, 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)이 물(WT)의 표면 상에서 이동하도록 할 수 있다. 노즐(31)의 바디부(20) 방향의 반대 방향(-z 방향)의 끝단과 풋패드(73)의 바디부(20) 방향의 반대 방향(-z 방향)의 면 사이의 거리(H)는, 토출유체(OF)의 점성 등에 따라 달라질 수 있다. 참고로 물(WT) 상으로 도팅된 토출유체(OF)가 물(WT)의 표면에서 빠르게 퍼지는 것은, 물(WT)과 토출유체(OF)의 표면장력 차이로 인해 발생하는 마랑고니 효과에 의한 것이다.

도 8은 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)이 이동하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 8에 도시된 것과 같이, 토출유체(OF)가 물(WT, 도 7 등 참조) 상에 토출되면, 물(WT)의 수면에 대략 수직인 방향(z축 방향)에서 바라볼 시 물(WT)의 수면 상의 토출유체(OF)는 대략 원형 형상(OFa)을 갖는다. 그리고 시간에 지남에 따라 토출유체(OF)는 방사 방향으로 퍼져, 점선으로 표시한 것과 같이 더 큰 지름의 대략 원형 형상(OFb)을 갖게 된다. 전술한 것과 같이 토출유체(OF)는 물보다 비중이 작아, 물의 수면 상에 도팅될 시 물의 수면 상에 떠 있기 때문이다. 또한 토출유체(OF)는 퍼짐성이 좋아, 물의 수면 상에 도팅될 시 물의 수면을 따라 신속히 퍼지기 때문이다.

도 9 및 도 10은 도 1의 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)이 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 개념도들이다. 도 9에 도시된 것과 같이, 노즐(31)을 통해 물(WT)의 표면에 도팅된 토출유체(OF)는 물(WT)의 수면을 따라 대략 원형 형상으로 퍼져, 물(WT)의 수면에 대략 수직인 방향(z축 방향)에서 바라볼 시 토출유체(OF)의 가장자리(OF1)는 대략 원형 형상을 갖는다. 이때 물(WT)의 수면 상에 도팅된 토출유체(OF)가 방사 방향으로 퍼지면서, 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)의 제2토출구(23b) 근방에 위치한 풋패드(73)를 물(WT)의 수면 상에서 퍼지는 토출액체(OF)가 밀어내게 된다. 이에 따라 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)은 토출액이 도팅된 것으로부터 멀어지는 방향(+y 방향)으로 물(WT)의 수면을 따라 이동하게 된다.

이후, 도 10에 도시된 것과 같이 토출유체(OF)는 노즐(31)을 통해 물(WT)의 표면에 또 도팅된다. 도팅된 토출유체(OF)는 물(WT)의 수면을 따라 대략 원형 형상으로 퍼져, 물(WT)의 수면에 대략 수직인 방향(z축 방향)에서 바라볼 시 토출유체(OF)의 가장자리(OF2)는 이전에 도팅된 토출유체(OF)와 마찬가지로 대략 원형 형상을 갖는다. 이때 물(WT)의 수면 상에 도팅된 토출유체(OF)가 방사 방향으로 퍼지면서, 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)의 제2토출구(23b) 근방에 위치한 풋패드(73)를 또 밀어내게 된다. 이에 따라 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)은 토출액이 도팅된 것으로부터 멀어지는 방향(+y 방향)으로 물(WT)의 수면을 따라 이동하게 된다. 이와 같은 방식으로, 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)은 물(WT)의 수면 상에서 수면을 따라 이동할 수 있다. 이때 종래의 공압펌프를 이용하는 것과 달리, 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)은 배터리나 각종 배선 등을 갖지 않기에, 소형화가 가능하면서도 그 구조 역시 매우 단순화할 수 있다.

한편, 이와 같은 미세 유체 펌프의 작동은 전술한 것과 같이 플렉서블한 작동챔버(25)의 내부 체적이 줄어들어 시작된다. 이를 위해 도 1에 도시된 것과 같이 베이스(30)의 플렉서블한 작동챔버(25) 방향의 반대 방향(-z 방향)의 하면 상에 자성체인 베이스 자석(40)이 위치하도록 할 수 있다. 이와 같은 베이스 자석(40)이 하나만 존재할 경우에는 플렉서블한 작동챔버(25)의 내부 체적을 변화시키지 않는다. 그와 같은 상태에서 플렉서블한 작동챔버(25)의 베이스(30) 방향의 반대 방향(+z 방향) 상면 상에 작동 자석(41, 도 2 내지 도 4 참조)을 위치시키면, 작동 자석(41)과 베이스 자석(40) 사이의 자력에 의한 인력에 의해 플렉서블한 작동챔버(25)의 내부 체적이 줄어들게 된다. 그리고 이에 따라 플렉서블한 작동챔버(25) 내의 공기가 주입관(21)의 제1주입구(21a)를 통해 주입관(21) 내부로 이동하고, 그 결과 주입관(21) 내의 물과 같은 주입유체(IF)가 주입관(21)의 제1토출구(21b)를 통해 다공층(10)에 접촉하게 된다. 이후의 작동에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 전술한 것과 같다.

지금까지는 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇(1)에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 접착층(80), 프레임(60) 및 풋패드(71, 73) 등을 제외한 미세 유체 펌프 역시 본 발명의 범위에 속한다. 이러한 미세 유체 펌프는 펌프의 기능이 필요한 다양한 기기에 장착되어, 동력원 등으로 사용될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 미세 유체 펌프를 구비하는 로봇 10: 다공층
20: 바디부 20a: 개구
21: 주입관 21a: 제1주입구
21b: 제1토출구 23: 토출관
23a: 제2주입구 23b: 제2토출구
25: 작동챔버 30: 베이스
30a: 토출용 관통구 31: 노즐
40: 베이스 자석 41: 작동 자석
51: 커버 53: 보호테이프
60: 프레임 61, 63: 가지부
71, 73: 풋패드 80: 접착층
WT: 물

Claims

토출용 관통구를 갖는 베이스;
상기 베이스 상에 위치하는 다공층;
상기 베이스 상에 위치하고, 제1주입구와 상기 다공층의 일측에 위치하는 제1토출구를 갖는, 주입관;
상기 베이스 상에 위치하고, 상기 토출용 관통구 상에 위치하는 제2토출구와 상기 다공층의 타측에 위치하는 제2주입구를 갖는, 토출관;
상기 베이스 상에 위치하고, 내부 공간이 상기 주입관의 상기 제1주입구에 연결되며, 플렉서블한, 작동챔버;
상기 플렉서블한 작동챔버의 하면 상에 위치하는 자성체; 및
상기 플렉서블한 작동챔버의 상면 상에 위치할 수 있는 작동 자석;
을 구비하는, 미세 유체 펌프.
베이스와, 상기 베이스 상에 위치하는 다공층과, 상기 베이스 상에 위치하고 제1주입구와 상기 다공층의 일측에 위치하는 제1토출구를 갖는 주입관과, 상기 베이스 상에 위치하고 상기 베이스 외측에 위치하는 제2토출구와 상기 다공층의 타측에 위치하는 제2주입구를 갖는 토출관과, 상기 베이스 상에 위치하고 내부 공간이 상기 주입관의 상기 제1주입구에 연결되며 플렉서블한 작동챔버와, 상기 플렉서블한 작동챔버의 하면 상에 위치하는 자성체와, 상기 플렉서블한 작동챔버의 상면 상에 위치할 수 있는 작동 자석을 구비하는, 미세 유체 펌프;
상기 베이스 하부에 위치하는 프레임; 및
상기 프레임에 연결되며, 상기 제2토출구 근방에 위치한 풋패드;
를 구비하는, 로봇.
제2항에 있어서,
내부에 상기 작동챔버, 상기 주입관 및 상기 토출관이 형성되며, 상기 제1토출구와 상기 제2주입구와 연결되고 상기 다공층이 배치될 수 있는 개구를 가지며, 상기 베이스 상에 위치하는, 바디부를 더 구비하는, 로봇.
제3항에 있어서,
상기 바디부는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 포함하는, 로봇.
제3항에 있어서,
상기 바디부의 상기 개구 내에 위치한 상기 다공층을 덮는 커버를 더 구비하는, 로봇.
삭제
제1항에 있어서,
상기 토출관 내에 위치한 토출 유동체는 상기 제2토출구와 상기 토출용 관통구를 통해 상기 베이스 외측으로 배출될 수 있는, 미세 유체 펌프.
제1항에 있어서,
상기 토출용 관통구에 삽입된 토출용 노즐을 더 구비하고, 상기 제2토출구는 상기 토출용 노즐에 연결되어, 상기 토출관 내에 위치한 토출 유동체는 상기 제2토출구와 상기 토출용 노즐을 통해 상기 베이스 외측으로 배출될 수 있는, 미세 유체 펌프.
제1항에 있어서,
내부에 상기 작동챔버, 상기 주입관 및 상기 토출관이 형성되며, 상기 제1토출구와 상기 제2주입구와 연결되고 상기 다공층이 배치될 수 있는 개구를 가지며, 상기 베이스 상에 위치하는, 바디부를 더 구비하는, 미세 유체 펌프.
제9항에 있어서,
상기 바디부는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 포함하는, 미세 유체 펌프.
제9항에 있어서,
상기 바디부의 상기 개구 내에 위치한 상기 다공층을 덮는 커버를 더 구비하는, 미세 유체 펌프.
삭제
제1항 및 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하는, 미세 유체 펌프.
제1항 및 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항의 미세 유체 펌프;
상기 베이스 하부에 위치하는 프레임; 및
상기 프레임에 연결되며, 상기 제2토출구 근방에 위치한 풋패드;
를 구비하는, 로봇.
제14항에 있어서,
상기 풋패드는 소수성 물질로 코팅된, 로봇.
제14항에 있어서,
상기 풋패드는 원 형상의 가장자리를 갖는 부분을 포함하는, 로봇.