KR20150049767A - 초탄성 특성이 개선된 선재 및 그를 이용한 튜브 연속체 로봇 - Google Patents

Abstract

소정 온도 구간에서 초탄성을 가지는 형상기억합금 재질의 선재는, 적정할 열처리 공정에 의해 제1 변태온도를 가지는 제1부분과, 상기 제1 변태온도 보다 낮은 제2 변태온도를 가지는 제2부분을 포함하고, 상기 제1 변태온도 보다 낮은 온도에서 상기 제1부분은 초탄성을 상실하도록 구성되어, 서로 겹쳐진 튜브끼리의 상호 작용에 의해 동작하는 튜브 연속체 로봇에 이용될 수 있다.

Description

초탄성 특성이 개선된 선재 및 그를 이용한 튜브 연속체 로봇{Wire rod having improved super-elastic characteristics and Tube continuum robot using the same}

본 발명은 길게 연장되는 선재 및 튜브형 선재를 이용한 튜브 연속체 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지름과 곡률이 서로 다른 복수의 튜브를 서로 겹쳐 움직임으로써, 튜브끼리의 상호작용을 이용해 동작하는 튜브 연속체 로봇에 적합하게 이용될 수 있는 선재(wire-rod) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최소침습수술이란 배를 열지 않고 절개부위를 최소화해 시행하는 수술로, 절개 부위가 작아 흉터나 후유증이 거의 없고 회복이 빠른 장점이 있다. 이러한 최소침습수술을 시행하기 위해서 미세 수술용 기기들이 사용되어야 하며, 기기들의 제작 및 그 제어에 관한 연구가 진행되고 있다.

종래의 미세 수술용 기기로서 소위 "액티브 캐뉼라(active cannular)"로 불리는 튜브 연속체 로봇이 제안되어 있다.

도 1은 종래의 튜브 연속체 로봇을 구성하는 복수의 튜브(10 내지 40)를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 튜브들에 의해 구성된 튜브 연속체 로봇을 개념적으로 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 튜브(10 내지 40)은 직선부(11, 21, 31, 41)와, 상기 직선부에서 연장되어 소정의 곡률을 가지고 굴절되는 곡선부(12, 22, 32, 42)를 구비한다.

각각의 튜브(10 내지 40)는 초탄성 특성을 보이는 형상기억합금을 재료로 하며, 서로 길이, 지름 및 곡률이 서로 달라 서로 겹쳐져 움직일 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 서로 겹쳐져 움직이는 튜브의 상호작용으로 인해 튜브 연속체 로봇의 최선단에 결합된 엔드 이펙터(end-effector)(미도시)의 위치가 제어될 수 있다.

튜브 연속체 로봇은 상온 조건의 생체 외부(1)에 위치한 후단부를 동작 제어하여 튜브(10 내지 40)를 서로 회전 및/또는 평행 이동시킴으로써, 생체(2)의 내부의 작업 공간(3)에 삽입된 선단부가 공간(3)의 형상에 대응하여 적절히 굴곡되도록 한다.

구체적으로 에너지 식을 사용해 서로 겹쳐진 튜브(10 내지 40)가 가질 수 있는 에너지를 최소화하는 결과 각도와 엔드 이펙터의 최종 위치를 예측하게 된다.

각각의 튜브(10 내지 40)는 다른 튜브와 독립적으로 내부 회전 자유도 및 내부 평행 이동 자유도를 갖는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 서로 겹쳐진 튜브(10 내지 40) 각각을 적절히 회전 및/또는 평행 이동시킴으로써, 기기가 삽입되는 공간(3)의 형상에 대응하여 튜브(10 내지 40)가 적절히 굴곡될 수 있고, 최종적으로 엔드 이펙터를 원하는 위치에 위치시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 튜브 연속체 로봇은 초탄성을 나타내는 형상기억합금으로 되어 있다. 튜브의 재료로 형상기억합금을 쓰는 이유는 높은 탄성변형율 때문이다. 곡선부위가 바깥 튜브에 들어가 직선이 되면 대략 2% (인장변형 기준) 이상의 탄성변형이 가능해야 하는데 일반금속은 0.5%를 넘기 힘들다. 따라서 형상기억합금의 초탄성 (최대 8%)을 이용한다.

이러한 로봇의 가장 큰 문제점은 서로 겹쳐진 튜브 사이에 큰 마찰이 발생하여 움직임이 원활하지 못하고, 나아가 마찰에 의한 파손이 발생할 수 있다는데 있다.

특히 직경이 큰 외측 튜브(예를 들어, 튜브(10))의 직선부(11)를 그에 삽입되는 내측튜브(20)의 곡선부(22)가 통과할 때, 내측튜브(20)의 곡선부(22)가 외측 튜브(10)의 직선부(11)를 통과하면서 크게 변형이 일어나므로, 두 개의 튜브간에 큰 마찰이 생기게 된다. 그 결과 움직임이 원활하지 못하고, 튜브(대개 외측튜브) 쪽의 파손이 일어날 수 있다.

또한, 더 넓은 작업 공간에 접근하기 위해서는 굴곡이 더 큰 곡선부를 구비한 튜브가 필요하게 되는데, 곡선부의 굴곡이 클수록 튜브의 강성이 세므로, 일단 내측 튜브를 외측 튜브에 삽입하는 것이 매우 어렵고, 삽입된 후에도 동작에 따른 튜브간 마찰로 인해 파손을 초래한다.

미국 특허출원공개 제2013/0018303호

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초탄성 특성이 개선되어, 외부와 온도가 상이한 작업 영역에 그 일부가 삽입되어 작업을 수행하는 튜브 연속체 로봇 등에 적절히 이용될 수 있는 선재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 소정 온도 구간에서 초탄성을 가지는 형상기억합금 재질의 선재로서, 제1 변태온도를 가지는 제1부분과, 상기 제1 변태온도 보다 낮은 제2 변태온도를 가지는 제2부분을 포함하고, 상기 제1 변태온도 보다 낮은 온도에서 상기 제1부분은 초탄성을 상실하는 것을 특징으로 하는 선재가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1부분과 상기 제2부분은 상기 선재의 길이방향으로 배치되고, 상기 제1부분은 상기 제1 변태온도 이상의 온도를 가지는 작업 영역 내로 삽입되고, 상기 제2부분은 상기 제2 변태온도 이상과 상기 제1 변태온도 미만의 온도를 가지는 상기 작업 영역의 외부에 위치하도록 할 수 있다.

또한, 상기 선재는 직선부와, 상기 직선부의 선단에서 소정 곡률을 가지로 굴곡되는 곡선부를 포함하고, 상기 제1부분은 적어도 상기 곡선부를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 작업 영역은 생물의 생체 내이고, 상기 제1 변태온도 이상의 온도는 상기 생물의 체온이며, 상기 작업 영역의 외부의 온도는 상온일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 선재를 제조하는 방법으로서, 형상기억합금 재질의 선재를 형성하는 단계 (a)와, 상기 선재가 상기 제1 변태온도를 가지도록 제1열처리를 수행하는 단계 (b)와, 상기 단계 (b)에서 열처리된 선재에서 상기 제1부분 및 제2부분을 설정하는 단계 (c) 및 상기 단계 (c)에서 설정된 제2부분이 상기 제2 변태온도를 가지도록 제2열처리를 수행하는 단계 (d)를 포함하는 선재 제조 방법이 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1열처리는 공기 순환식 열처리로에서 수행되며, 400도 내지 500도 온도에서 10분 내지 120분간 수행될 수 있다.

또한, 상기 제2열처리는 상기 제2부분을 염 욕로에 침지한 상태로 수행되며, 500도 내지 550도 온도에서 1분 내지 60분간 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 지름과 곡률이 서로 다른 복수의 튜브를 서로 겹쳐 움직임으로써, 튜브끼리의 상호작용으로 인해 최선단에 결합된 엔드 이펙터의 위치가 달라지는 튜브 연속체 로봇으로서, 상기 복수의 튜브 중 적어도 하나는 중공으로 형성된 상기 선재인 것을 특징으로 하는 튜브 연속체 로봇이 제공된다.

도 1은 종래의 튜브 연속체 로봇을 구성하는 복수의 튜브를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 튜브들에 의해 구성된 튜브 연속체 로봇을 개념적으로 도시한 것이다.
도 3은 형상기억합금의 온도에 따른 변태 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 형상기억합금의 온도에 따른 거동을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선재를 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 선재의 거동 특성을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.

본 발명을 이해하기 위해 본 발명의 구체적인 실시예의 설명에 앞서 형상기억합금의 특성에 대해 설명한다.

도 3은 형상기억합금의 온도에 따른 변태(trasformation) 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 형상기억합금에서는 냉각 시 또는 가열시 순식간에 원자의 구조가 변화하는 소위 변태가 일어난다. 냉각시 고온상(오스테나이트)에서 저온상(마르텐사이트)으로 변태가 시작하는 온도를 Ms, 종료되는 온도를 Mf라 한다. 가열시 저온상에서 고온상으로 변태하기 시작하는 온도를 As, 종료되는 온도를 Af라 한다.

본 명세서에서는 형상기억합금에 있어 가열시 저온상에서 고온상으로의 변태가 종료되는 온도(Af)로서 형상기억합금이 초탄성을 가질 수 있는 온도를 "변태온도"로 칭한다.

냉각시에는 발열반응이 가열시에는 흡열반응이 일어나므로 DSC (시차주사열분석기)로 각각의 온도를 측정하는 것이 가능하다. 예를 들어, Ni-Ti합금의 경우 Ni의 함량이나 열처리 온도를 변화시켜 변태온도 등을 조절할 수 있다.

도 4는 형상기억합금의 온도에 따른 거동을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4 (a) 내지 (c)에서 그래프의 세로축은 인장응력(kgf/mm²)을 나타내고, 가로축은 변형도(%)를 나타낸다.

형상기억합금은 합금이 위치하는 온도에 따라 힘이 가해졌을 때 그 거동 특성이 달라진다.

예를 들어, 도 4(a)는 -50℃인 환경, 도 4(b)는 -45℃인 환경, 도 4(c)는 -32℃인 환경에서의 변태온도가 약 -48℃인 형상기억합금의 거동 특성을 나타낸다.

변태온도 이하에서는 현상기억합금에 응력을 가해 변형시킨 후 응력을 제거하면 변형이 남아있는데, 이를 변태온도 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 돌아가는데 이를 형상기억 효과라고 한다(도 4(a)). 이때의 변형은 낮은 응력에서 이루어지며 탄성이 작아 아주 유연하게 변형이 일어난다.

변태온도 이상에서는 변형 후 응력을 제거하면 탄성적으로 원래의 형상으로 돌아오는 데 탄성한계가 일반 금속의 20배에 달해 초탄성 효과라고 한다(도 4(b) 및 도 4(c)). 이때, 온도가 높을수록 변형시키는 데 필요한 힘이 증가하게 된다(도 4(c)의 경우가 도 4(b)의 경우보다 인장응력이 크다). 즉, 형상기업합금은 주변 온도가 높아질수록 강성이 증가하여 딱딱하게 느껴진다.

변형온도가 더 높아지면 슬립(slip)에 의한 영구변형이 일어나게 되므로, 형상기억합금은 소정 온도 구간에서 초탄성을 가지는 것으로 이해할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같은 종래기술에 따른 튜브 연속체 로봇에서 내측 튜브(예를 들어 튜브(20))는 외측 튜브(예를 들어, 튜브 (10))에 삽입된 상태로 생체(2) 내 작업 부위에 도달하면, 작업시 곡선부(22)가 외측 튜브(10) 내부에서 평행 이동 및 회전 운동하는 동작이 반복적으로 일어난다.

특히, 내측 튜브(20)의 곡선부(22)는 외측 튜브(10)의 직선부(10) 내부에 동작할 때, 곡선부(22)는 실질적으로 직선 형태에 가깝게 변형된 상태가 된다.

곡선부(22)가 직선형으로 변형되는데는 힘이 많이 필요하며, 내측 튜브(20)와 외측 튜브(10) 간의 마찰이 커져서 움직임이 원활하지 못하고, 튜브에 마모가 발생하여 파손에 이르는 문제가 있음은 이미 설명하였다.

서로 삽입되는 튜브 간의 마모 및 동작성의 문제는, 튜브가 전체가 작업 환경과 무관하게 초탄성을 가지면서도 유연한 거동 특성을 가지도록 하면 크게 경감시킬 수 있다.

형상기억합금이 초탄성을 가지면서도 유연한 거동 특성을 보인다는 의미는, 형상기억합금의 변태온도가 형상기억합금이 놓인 환경의 온도에 비해 약간 낮게 형성되어 있다는 것을 의미한다(도 4(b)와 같이 초탄성을 가지면서도 변형을 위한 인장응력이 지나치게 높지 않은 상태를 의미한다).

형상기억합금이 초탄성을 가지면서도 유연한 거동 특성을 가지는 경우, 적은 응력으로도 변형이 용이하지만 응력이 제거되는 즉시 형상이 원상태로 복귀하므로, 튜브 선단의 위치 제어가 용이하게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선재(200)를 도시한 것이다. 선재(200)는 소정 온도 구간에서 초탄성을 가지는 형상기억합금 재질로 이루어진다.

선재(200)는 길이방향으로 배치되는 제1부분(210)과 제2부분(220)을 포함한다. 자세히 도시하지 않았지만 선재(200)는 중공으로 형성되어, 종래기술에서 설명한 튜브형 연속체 로봇에 이용될 수 있다.

제1부분(210)은 선재(200)의 선단부로서 튜브형 연속체 로봇의 작업 영역인 생물의 생체 내부로 그 일부 또는 전부가 삽입되는 부분이다. 제2부분(220)은 상기 작업 영역 즉 생체 외부에 위치하는 부분으로서, 선재(200)를 평행 및/또는 회전 운동시키기 위한 각종 액츄에이터가 결합될 수 있다.

선재(200)는 직선부와 소정 곡률을 가지로 굴곡되는 곡선부를 포함한다. 본 실시예에서는 제1부분(210)이 곡선부이고, 제2부분(220)이 직선부인 것으로 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제1부분(210)은 곡선부의 일부이거나, 곡선부 전부와 직선부 일부일 수 있다.

선재(200)가 인체의 최소침습수술에 이용되는 튜브 연속체 로봇에 이용되는 경우, 제2부분(220)은 상온 (25도 정도)에서, 제1부분(210)은 체온(사람의 경우 약 36도 정도)에서 작동하게 된다.

제2부분(220)이 초탄성을 나타내도록 하기 위해서는 제2부분(220)의 변태온도는 상온보다 약간 낮게 형성되어야 한다.

또한, 생체에 들어가는 제1부분(210)이 체온에서 초탄성을 나타내도록 하기 위해서는 변태온도가 체온보다 낮도록 해야 한다.

위와 같은 조건을 만족시키기 위해서, 선재(200)의 변태온도 자체를 상온보다 낮게 형성하는 것을 생각해 볼 수 있으나, 그 경우 다음과 같은 문제가 있다. 예를 들어, 선재(200)의 변태온도가 상온 (25도)보다 낮은 20도라고 하면 상온에 위치하는 제2부분(220)은 유연한 탄성을 보이지만(도 4(b)와 같은 거동 특성을 보이지만), 체온에서 거동하는 제1부분(210)은 변태온도와의 큰 온도차이로 변형에 필요한 힘이 커서 유연하지 못한 움직임을 보이게 된다(도 4(c)와 같은 거동 특성을 보인다). 결과적으로 생체 내에서 유연한 거동특성을 가질 필요가 있는 제1부분(210)의 강성이 지나치게 높아져서, 다른 튜브와의 관계에서 원활히 동작하기 어렵게 된다.

반대로, 만일 선재(200)의 변태온도가 상온 (25도)보다는 높고 체온(36도)보다는 낮은 30도 하면 체온에 위치하는 제1부분(210)은 유연한 탄성 거동을 보이지만(도 4(b)와 같은 거동 특성을 보이지만), 상온에서 거동하는 제2부분(220)은 초탄성을 상실하게 된다(도 4(a)와 같은 거동 특성을 보인다). 결과적으로 제2부분(220)은 작음 힘에도 쉽게 변형되고 변형 후 원상태로 복귀하지 못하므로, 튜브 연속체 로봇에서 선재(200) 전체를 평행 운동 및 회전 운동시키기 위한 충분한 강성을 가지지 못하게 된다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 선재(200)의 제1부분(210)과 제2부분(220)이 서로 다른 변태온도를 가지도록 형성된다.

제1부분(210)은 제1 변태온도 이상의 온도에서 초탄성을 가지도록 형성된다. 본 실시예에서는 상기 제1 변태온도 이상의 온도는 제1부분(210)이 삽입되는 생물의 체온이다.

제2부분(220)은 제2 변태온도 이상의 온도에서 초탄성을 가지도록 형성된다. 상기 제2 변태온도는 상기 제1 변태온도보다 낮은 온도이다.

제2부분(220)은 상기 제2 변태온도 이상과 상기 제1 변태온도 미만의 온도를 가지는 상기 작업 영역의 외부에 위치하므로, 본 실시예에서 상기 제2 변태온도 이상과 상기 제1 변태온도 미만의 온도는 상온(25℃)이다.

이하, 위와 같이 변태온도가 부분적으로 상이한 선재(200)를 형성하는 방법을 설명한다.

본 실시예에 따르면, 제2부분(220)은 변태온도가 20도, 제1부분(210)는 변태온도가 30도 정도인 것이 적절할 것으로 판단하여 열처리를 통하여 각기 다른 변태온도를 부여하였다.

먼저 합금조성이 50.8at%Ni-잔부 Ti 이고 외경이 2.0mm인 직선으로 된 선재를 준비한 다음, 곡선부의 직경이 80mm의 곡률이 되도록 변형 및 구속시킨 상태에서 제1 열처리를 수행하였다.

열처리의 목적은 형상기억효과 및 초탄성을 갖도록 미세조직을 변화시키기도 하고, 형상을 기억시키는 것이다.

본 실시예에 따르면, 일반적인 공기순환식 열처리로를 이용해 480도에서 30분/ 60분/ 90분/ 120분/ 열처리한 다음 변태온도를 측정하였다. 그 결과 변태온도는 30분일 때 18도, 60분일 때 24도, 90분일 때 29도, 120분일 때 33도로 측정되었다. 열처리 시간이 길어질수록 변태온도가 상승하는 것을 알 수 있으며 이 결과를 이용하여 원하는 변태온도를 얻을 수 있다.

제1열처리를 통해 형성된 변태온도는 선재 전체에 걸쳐 동일하다. 체온에서 적합한 원하는 변태온도를 얻기 위해 제1열처리는 400 내지 500도 정도에서, 시간은 10분 내지 120 정도 수행하는 것이 좋다. 400도 이하의 온도에서는 합금에 형상의 기억이 되지 않고, 500도 이상에서는 원하는 변태온도를 얻기 어렵다. 본 실시예에서는 제1열처리를 통해 형성된 선재 전체의 변태온도가 29도가 되도록 480도에서 90분 열처리하였다.

다음으로, 제1열처리를 통해 형성된 선재(200)에서 제1부분(210)과 제2부분(220)을 형성할 부분을 설정한다. 상술한 바와 같이 제1부분(210)과 제2부분(220)은 선재의 용도 및 크기 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있음이 이해되어야 할 것이다.

제1부분(210)과 제2부분(220)을 형성할 부분을 설정한 뒤, 염욕로(salt bath)에 제2부분(220)을 형성한 부분을 담그고, 염욕로를 가열하여 제2부분(220)에 대해 제2열처리를 수행한다. 염욕로에는 예를 들어 Na₂SO₃와 Na가 혼합된 용액이 수용될 수 있다.

실온에서 적합한 원하는 변태온도를 얻기 위해 제2열처리는 500도 내지 550도 정도에서, 시간은 1분 내지 60 정도 수행하는 것이 좋다. 500도 이하에서는 변태온도를 낮추기가 어렵고 550도 이상에서 열처리하면 재질의 강도가 떨어져 (슬립변형이 쉽게 일어나) 탄성이 크게 나빠진다.

본 실시예에 따르면, 염욕로의 용액을 530도로 가열하여 제2부분(220)에 대 정해 2분 정도 제2 열처리를 수행한 결과, 제2부분(220)의 변태온도(제2 변태온도)가 19도 정도로 낮아진 것을 확인하였다.

도 6은 상기 방법에 의해 형성된 선재(200)의 거동 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, Ni-Ti합금 재질의 선재(200)와 내경이 2.4mm인 스테인리스 튜브(100)를 준비하였다.

도 6에서 자세히 도시하지는 않았지만, 스테인리스 튜브(100)는 전체적으로 인체 외부에 위치하고 있고, 그 선단부는 인체 내부로 통하는 비강과 맞닿아 있다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 선재(200)는 상온에서 제2부분(220)이 초탄성을 보이고, 제1부분(210)은 주위 온도가 변태온도 이하이므로 초탄성이 상실되어 작은 힘으로도 쉽게 변형될 수 있는 상태이다.

따라서, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 선재(200)가 스테인리스 튜브(100)에 삽입되는 경우, 제1부분(210)는 스테인리스 튜브(100) 안에서 쉽게 직선형으로 변형되어 스테인리스 튜브(100)와의 마찰을 최소화하면서 튜브(100) 내부를 통과할 수 있다.

도 6(c) 및 도 6(d)는 제1부분(210)이 튜브(100)의 선단부를 빠져 나와 생체 내부로 삽입된 상태를 도시한다.

도 6(c)와 같이, 제1부분(210)이 튜브(100)에서 빠져나온 직후에는 약간의 탄성에 의한 회복이 있으나 그 변형이 남아 있다. 하지만, 시간이 지나 제1부분(210)이 체온으로 가열되면 원래의 곡선 형상으로 회복된다. 체온은 제1부분(210)의 변태 온도 이상의 온도이므로, 제1부분(210)은 생체 내에서 초탄성 거동을 보인다.

본 실시예에 따르면, 부위별로 변태온도가 상이한 선재를 제조하기 위해, 염욕로를 이용하였다. 염욕은 액체를 열매체로 사용하므로 매우 균일한 온도분포를 나타내지만 바로 위의 대기는 열처리에 영향을 줄 만큼 온도가 높지 않으므로 원하는 부분만 열처리하는 것이 가능하기 때문이다.

작업 영역에 삽입되는 부분과 그와 온도가 상이한 작업 외 영역에 위치하는 부분의 변태 온도 및 기계적 특성을 다르게 형성된 본 실시예에 따른 선재에 의하면, 전체적으로 동일한 변태온도를 가지는 선재를 이용하는 경우에 비해 마찰이 1/3 정도 작고 내구성이 10배 이상 우수하다는 점을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 실시예에 따른 선재는, 복수의 튜브가 서로 겹쳐져 평형 및/또는 회전 운동함으로써 튜브간 마찰이 심한 튜브 연속체 로봇에 고곡률의 곡선부를 제공하기 위해 이용될 수 있을 것이다.

다만, 본 실시예에 따른 선재는 소위 "액티브 캐뉼라"의 튜브 연속체 로봇에 한정적으로 이용되는 것은 아니며, 외부 공간과 온도가 상이한 작업 영역에 그 일부가 삽입되는 선재에 있어서, 선재가 전체적으로 초탄성을 가지면서도 유연한 거동 특성을 가지도록 할 필요가 있는 다양한 산업 분야에도 응용이 가능할 것이다.

Claims (10)

1. 소정 온도 구간에서 초탄성을 가지는 형상기억합금 재질의 선재로서,
   제1 변태온도를 가지는 제1부분과,
   상기 제1 변태온도 보다 낮은 제2 변태온도를 가지는 제2부분을 포함하고,
   상기 제1 변태온도 보다 낮은 온도에서 상기 제1부분은 초탄성을 상실하는 것을 특징으로 하는 선재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1부분과 상기 제2부분은 상기 선재의 길이방향으로 배치되고,
   상기 제1부분은 상기 제1 변태온도 이상의 온도를 가지는 작업 영역 내로 삽입되고,
   상기 제2부분은 상기 제2 변태온도 이상과 상기 제1 변태온도 미만의 온도를 가지는 상기 작업 영역의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 선재.
3. 제2항에 있어서,
   직선부와, 상기 직선부의 선단에서 소정 곡률을 가지로 굴곡되는 곡선부를 포함하고,
   상기 제1부분은 적어도 상기 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선재.
4. 제2항에 있어서,
   상기 작업 영역은 생물의 생체 내이고, 상기 제1 변태온도 이상의 온도는 상기 생물의 체온이며,
   상기 작업 영역의 외부의 온도는 상온인 것을 특징으로 하는 선재.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 선재를 제조하는 방법으로서,
   형상기억합금 재질의 선재를 형성하는 단계 (a);
   상기 선재가 상기 제1 변태온도를 가지도록 제1열처리를 수행하는 단계 (b);
   상기 단계 (b)에서 열처리된 선재에서 상기 제1부분 및 제2부분을 설정하는 단계 (c); 및
   상기 단계 (c)에서 설정된 제2부분이 상기 제2 변태온도를 가지도록 제2열처리를 수행하는 단계 (d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1열처리는 공기 순환식 열처리로에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1열처리는 400도 내지 500도 온도에서 10분 내지 120분간 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제2열처리는 상기 제2부분을 염 욕로에 침지한 상태로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2열처리는 500도 내지 550도 온도에서 1분 내지 60분간 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 지름과 곡률이 서로 다른 복수의 튜브를 서로 겹쳐 움직임으로써, 튜브끼리의 상호작용으로 인해 최선단에 결합된 엔드 이펙터의 위치가 달라지는 튜브 연속체 로봇으로서,
    상기 복수의 튜브 중 적어도 하나는 중공으로 형성된 청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 선재인 것을 특징으로 하는 튜브 연속체 로봇.

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