WO2020141665A1 - 광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법 - Google Patents

광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법 Download PDF

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성희준
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    • C09K2219/03—Aspects relating to the form of the liquid crystal [LC] material, or by the technical area in which LC material are used in the form of films, e.g. films after polymerisation of LC precursor

Definitions

  • the present invention relates to a photoreactive modification structure and a method for driving the same. More specifically, the present invention relates to a photoreactive deformation structure capable of controlling bending deformation by light irradiation and a driving method thereof.
  • intelligent composite actuators use intelligent materials such as shape memory alloys, piezoelectric materials, and electroactive polymers, and these intelligent materials can be attached directly to structures or inserted into other materials to be used as actuators.
  • Korean Patent Publication No. 10-2013-0011880 discloses an example of an intelligent composite actuator.
  • the composite actuator disclosed in the above document includes an intelligent material whose shape can be deformed by an external signal such as a current signal, and a directional material capable of defining an external shape while supporting the intelligent material and suppressing deformation in a specific direction. Deformation is realized by the combination of the arrangement type of the intelligent material and the direction of suppression of deformation of the directional material.
  • Korean Patent Publication No. 10-2016-0017278 uses a wire instead of an intelligent material to implement deformation.
  • the composite actuator causes bending or torsional deformation as the wire is pulled by an external force.
  • Korean Patent Publication No. 10-2017-0137449 implements a transformation through a maze through a photoreactive composite actuator.
  • known composite actuators are required to generate heat energy inside a material by supplying heat or supplying electric energy, or to provide direct mechanical tension.
  • Azobenzene is a structure in which two benzene rings are connected by a nitrogen-nitrogen double bond, and has a unique property of being mutually converted into two different geometric shapes by light. Based on the nitrogen-nitrogen double bond of azobenzene, the benzene rings connected to both sides are connected by a freely rotating single bond.
  • benzene rings at both ends of the nitrogen-nitrogen double bond are located in the same direction, they are referred to as cis, and when located at different directions, they are called trans.
  • Azobenzene undergoes a photoisomerization reaction that undergoes ultraviolet light and changes from trans form to cis form, receives visible light, and changes molecular structure from cis form to trans form.
  • Azobenzene liquid crystal polymer is an azobenzene-based liquid crystal polymer containing azobenzene or an azobenzene derivative (hereinafter referred to as "azobenzene"), and has a photoreaction behavior characteristic by isomerization reaction of azobenzene with light.
  • azobenzene causes an isomerization reaction to induce nematic-isotropic phase transition characteristics of neighboring liquid crystal polymers, and accordingly bending deformation in which the polymer material is bent in the direction of receiving light Occurs.
  • the photoreactive modification of the azobenzene liquid crystal polymer returns to its original form upon receiving visible light due to a reversible reaction.
  • An object of the present invention is to provide a photoreactive deformable structure capable of controlling bending deformation using a cis-trans conversion of an azobenzene liquid crystal polymer and a driving method thereof.
  • an object of the present invention is to provide a photoreactive deformation structure capable of moving, walking, ascending, descending, etc. by light irradiation and a driving method thereof.
  • the first body portion including at least one polymer film that causes bending deformation by light irradiation;
  • a second body part including at least one polymer film that causes bending deformation by light irradiation;
  • a connecting portion that mediates the connection between the first body portion and the second body portion, and an adhesive support portion is formed at one end of the first body portion and the second body portion in contact with the ground.
  • the first body portion includes a 1-1 polymer film and a 1-2 polymer film that cause bending deformation by light irradiation
  • the second body portion is bending deformation by light irradiation. It may include a 2-1 polymer film and a 2-2 polymer film causing the.
  • a first confinement portion is formed between the 1-1 polymer film and the 1-2 polymer film, and the second is between the 2-1 polymer film and the 2-2 polymer film. Constraints can be formed.
  • the polymer film a polymer scaffold (scaffold) film; Azobenzene liquid crystal polymer coated on the surface of the polymer scaffold film; And it may include a protective film attached to the surface of the coated azobenzene liquid crystal polymer.
  • the adhesive force between the adhesive support and the ground may be less than the force causing the polymer film to bend by irradiation with light.
  • the connecting portion may connect the other ends of the first body portion and the second body portion to each other, and the first body portion and the second body portion may act as joints to allow bending or bending deformation. .
  • the first body portion and the second body portion may be plural.
  • the first body portion including at least one polymer film that causes bending deformation by light irradiation;
  • a second body part including at least one polymer film that causes bending deformation by light irradiation;
  • a connecting portion that mediates the connection between the first body portion and the second body portion, wherein an adhesive support portion is formed at one end of the first body portion and the second body portion in contact with the ground, as a driving method of the photoreactive deformation structure, ( a) irradiating light to the polymer film of the first body portion to cause bending deformation, and releasing the adhesive support portion of the first body portion from the ground; (b) irradiating light to the polymer film of the second body portion to cause bending deformation to advance the first body portion; (c) irradiating light to the polymer film of the first body portion to cause bending deformation in a direction opposite to the step (a), and contacting the adhesive support portion of the first body portion to the ground
  • the first body portion includes a 1-1 polymer film and a 1-2 polymer film that cause bending deformation by light irradiation
  • the second body portion is bending deformation by light irradiation. It includes a 2-1 polymer film and a 2-2 polymer film causing the, 1-1 polymer film and the first constraining portion is formed between the 1-2 polymer film, 2-1 polymer film and the second A second confinement portion may be formed between -2 polymer films.
  • step (a) by irradiating light to the 1-1 polymer film of the first body portion to cause bending deformation, the adhesive support formed in the 1-1 polymer film from the ground
  • step (b) is a step of advancing the first body part by applying a light to the 2-1 polymer film of the second body part to cause bending deformation, and exerting a force pushing the first body part
  • step (c) by irradiating light to the 1-1 polymer film of the first body portion to cause bending deformation in the opposite direction to (a), contacting the adhesive support formed on the 1-1 polymer film to the ground Step
  • step (d) step the second body portion 2-1 polymer film and 2-2 polymer film is irradiated with light to cause bending deformation in the opposite direction to step (b), and advance the second body portion
  • the 2-1 polymer film is irradiated with light to cause bending deformation in a direction opposite to the step (
  • the photoreactive self-deforming structure is reacted through light of a specific wavelength band without thermal reaction, and since it is a reversible reaction, it is possible to repeat motions, thereby having a constant repeatable motion. .
  • the input required for the operation can be environmentally friendly operation as light, and there is an effect capable of actively controlling according to a user-specified light irradiation position, intensity, and time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a photoreactive modified structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a polymer film having a photoreactive property according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 8 show the operation process of the photoreactive deformation structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a photoreactive modified structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a photoreactive deformation structure 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the photoreactive deformation structure 100 may include a first body part 200, a second body part 300, and a connection part 400.
  • adhesive supports 500 and 600 may be formed at one end (the lower end) contacting the ground of the first body part 200 and the second body part 300.
  • the first body part 200 may correspond to the front portion of the photoreactive deformation structure 100.
  • the first body portion 200 may act as a front foot when the photoreactive deformation structure 100 moves.
  • the first body part 200 may include at least one polymer film 210 or 230 capable of causing bending deformation by light irradiation.
  • the first body part 200 includes the first-first polymer film 210 and the first-second polymer film 230, but the first body part 200 is one long It may be in the form of containing only a polymer film.
  • the polymer film 10 may cause bending deformation by light irradiation. More specifically, the polymer film 10 can control bending deformation using a cis-trans conversion of an azobenzene liquid crystal polymer, and may cause bending deformation through light of a specific wavelength band without thermal reaction.
  • the 1-1 polymer film 210, the 1-2 polymer film 230, the 2-1 polymer film 310, the 2-2 polymer film 330, and the like have the same configuration as the polymer film 10.
  • the bending deformation of the polymer film 10 is a reversible reaction, it is possible to repeat the movement continuously because it is reversible, and it can be operated in various environments because it can repeat the same movement even when in a transparent case or water. It works.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a polymer film 10 having a photoreactive property according to an embodiment of the present invention.
  • the polymer film 10 is a polymer scaffold (scaffold) film 11, the surface of the polymer scaffold film 11 is immersed and coated azobenzene liquid crystal polymer 12 and the coated azobenzene liquid crystal It may include a protective film 13 attached to the surface of the polymer (12).
  • the polymer scaffold film 11 is a polymer scaffold made in a film form.
  • the polymer scaffold film 11 may be used in various materials, including Poly Lactic Acid (PLA), Poly (Lactic-Co-Glycolic acid) (PLGA), Poly (DiMethylSiloxane) (PDMS), Polycaprolactone (PCL), etc. .
  • PLA Poly Lactic Acid
  • PLGA Poly (Lactic-Co-Glycolic acid)
  • PDMS Poly (DiMethylSiloxane)
  • PCL Polycaprolactone
  • the polymer scaffold is, for example, a two-dimensional woven fabric manufactured to have a ribbon or net-like structure produced by discharging polymer fibers having a diameter of micrometers or nanometers to a dust collecting plate by an electrospinning process.
  • the polymer scaffold film 11 according to the present invention is not limited by a specific processing method or a fine structure.
  • the polymer scaffold is, for example, a micromolding process and a spincoating process for constructing a polymer material having a micrometer-level porous pattern, and a gel-like polymer is inserted into a syringe to form a two-dimensional pattern with micro-needles at the ends. Can be produced through a microsyringe deposition method process.
  • the azobenzene liquid crystal polymer 12 may be immersed and coated while penetrating into the pattern in the polymer scaffold film 11.
  • the azobenzene liquid crystal polymer 12 is an azobenzene-based liquid crystal polymer containing azobenzene or azobenzene derivative, and has a photoreaction behavior characteristic by isomerization reaction of azobenzene with light.
  • Azobenzene is a structure in which two benzene rings are connected by a nitrogen-nitrogen double bond, and has a unique property of being mutually converted into two different geometric shapes by light. Based on the nitrogen-nitrogen double bond of azobenzene, the benzene rings connected to both sides are connected by a freely rotating single bond. When the benzene rings at both ends of the nitrogen-nitrogen double bond are located in the same direction, they are referred to as cis, and when located at different directions, they are called trans. Azobenzene undergoes a photoisomerization reaction that undergoes ultraviolet light and changes from trans form to cis form, receives visible light, and changes molecular structure from cis form to trans form.
  • the azobenzene when the liquid crystal polymer in which the azobenzene has a trans form receives ultraviolet rays, the azobenzene undergoes an isomerization reaction to induce the nematic-isotropic phase transition characteristics of the neighboring liquid crystal polymer, and accordingly, the bending of the polymer material in the direction of receiving light Deformation occurs, and the photoreactive deformation of the azobenzene liquid crystal polymer may occur in the original form upon receiving visible light as a reversible reaction.
  • the protective film 13 may be attached to the surface of the coated azobenzene liquid crystal polymer 12.
  • the protective film 13 supports the polymer film 10 so that fracture does not occur even at high tension, and a flexible material that does not inhibit bending deformation of the polymer film 10 may be used.
  • the surface receiving the ultraviolet rays contracts locally, resulting in bending deformation in the entire polymer film.
  • the direction of bending deformation may be the upper or lower surface of the polymer film depending on the direction of irradiation of light, but according to the present invention, the azobenzene in the azobenzene liquid crystal polymer 12 coated with the polymer scaffold film 11 has such deformation characteristics of the polymer film. It is independent of the orientation direction of the molecule. That is, according to the present invention, the azobenzene liquid crystal polymer 12 does not require a separate orientation other than being coated on the polymer scaffold film 11.
  • the first restraining part 250 is the first-first polymer film 210 and the first-second polymer film 230 so that the first-first polymer film 210 and the first-2 polymer film 230 may be connected. It can be formed between.
  • the first constraining part 250 is the first-first polymer film 210 and the first-second polymer film 230 so that the multi-bending behavior in the different direction or the same direction can be used. 210) and the 1-2 polymer film 230 may be formed to connect.
  • the first restraining portion may be formed of a tape through which light is not transmitted.
  • a 1-1 polymer film 210 is formed on one side of the first constraining part 250, and a 1-2 polymer film 230 is formed on the other side, and light is applied to the 1-1 polymer film 210.
  • this is irradiated, light is not transmitted to the 1-2 polymer film 230, and thus bending deformation may occur only in the 1-1 polymer film 210, and the 1-2 polymer film 230 may be irradiated with light.
  • light is not transmitted to the first-first polymer film 210, and thus bending deformation may occur only in the first-second polymer film 230.
  • the 1-1 polymer film 210 and the 1-2 polymer film 230 may be elongated polymer films integrally formed, and the first constraining part 250 formed of a tape through which light is not transmitted is in the middle.
  • the 1-1 polymer film 210 and the 1-2 polymer film 230 By attaching and separating the 1-1 polymer film 210 and the 1-2 polymer film 230, the 1-1 polymer film 210 formed on the lower part and the 1-2 polymer film 230 formed on the upper part Each of these can be individually reacted.
  • the second body part 300 may correspond to a rear portion of the photoreactive deformation structure 100.
  • the second body part 200 may act as a rear foot when the photoreactive deformation structure 100 moves.
  • the second body part 300 may include at least one polymer film 310 or 330 capable of causing bending deformation by light irradiation.
  • the second body part 300 includes the 2-1 polymer film 310 and the 2-2 polymer film 330, but the second body part 300 is one long It may be in the form of containing only a polymer film.
  • the second constraining portion 350 is the 2-1 polymer film 310 and the 2-2 polymer film 330 so that the 2-1 polymer film 310 and the 2-2 polymer film 330 may be connected. It can be formed between.
  • the configuration of the second body portion 300 is the same as that of the first body portion 200, a detailed description is omitted.
  • the connection part 400 may connect at least one first body part 200 and at least one second body part 300.
  • the connection part 400 shows a form in which one first body part 200 and one second body part 300 are connected
  • FIG. 9 shows that the connection part 400 has two first body parts ( 200) and two second body parts 300 are illustrated.
  • the number of the first body part 200 and the second body part 300 connected to the connection part 400 may be appropriately modified according to the characteristics of the structure to be implemented, and the first body part 200 and the second body
  • the number of units 300 may be configured differently from each other. For example, in order to move the narrow passage quickly, as shown in FIG. 1, the first body part 200 and the second body part 300 are disposed one by one, so that the photoreactive deformation structure 100 having two feet can be implemented. have.
  • the first body part 200 and the second body part 300 are disposed in two, respectively, so that the photoreactive deformation structure 100' having four feet is provided. Can be implemented.
  • two first body parts 200 and one second body part 300 may be disposed to implement the photoreactive deformation structure 100.
  • connection part 400 interconnects the other ends (upper parts) of the first body part 200 and the second body part 300, and at the same time, the first body part 200 and the second body part 300 are bent. , It can act as a joint that enables deformation such as bending.
  • connection part 400 may employ flexible polymer materials, tapes, and other hinge means without limitation.
  • the adhesive supports 500 and 600 may be formed at one end (lower end) of the first body part 200 and the second body part 300, respectively.
  • the adhesive support parts 500 and 600 may allow the first body part 200 and the second body part 300 to be adhered to the ground 20 (see FIG. 3) or contact with friction.
  • the adhesive support portions 500 and 600 are formed on one surface of the first and second body portions 200 and 300 so as to secure an area in contact with the ground 20.
  • the adhesive support portion (500, 600) is an adhesive material, adhesive tape or the like having a predetermined adhesive force, It may be formed of a rubber having elasticity, an elastic material, or the like.
  • the adhesive force between the adhesive support portions 500 and 600 and the ground 20 is less than the force causing the bending deformation of the polymer film 10 by light irradiation.
  • the adhesive support portions 500 and 600 respectively formed on the 1-1 polymer film 210 of the first body portion 200 or the 2-1 polymer film 310 of the second body portion 300, When the first-first polymer film 210 and the second-first polymer film 310 cause bending deformation by light irradiation, adhesion to the ground 20 may be released.
  • the adhesive support portion 500 of the 1-1 polymer film 210 and the adhesive support portion 600 of the 2-1 polymer film 310 release the adhesive from the ground 20
  • the 1-1 The polymer film 210 and the 2-1 polymer film 310 may slide without being supported by the ground 20. Accordingly, the first body part 200 and the second body part 300 can be moved.
  • the left direction which is the direction in which the photoreactive modification structure 100 moves, is referred to as a “full direction”, and the leftward direction is referred to as a “forward (FW)”, and each polymer film 210,
  • the left side of 230, 310, 330) is referred to as the "front side”.
  • the opposite cases are referred to as "backward direction”, “reverse”, and "rear”.
  • the state in which each polymer film 210, 230, 310, 330 is bent to the left (front direction) is "first form”
  • the state bent to the right (back direction) is "second form”. Refers to.
  • Light irradiating units 51 to 58 capable of irradiating light such as ultraviolet rays and visible light may be disposed on both sides of each of the polymer films 210, 230, 310, and 330.
  • the present invention is not limited thereto, and a smaller number of light irradiation units may be installed on the moving means (not shown) to irradiate light on both surfaces of each of the polymer films 210, 230, 310, and 330.
  • the adhesive support parts 500 and 600 of the first and second body parts 200 and 300 may be in contact with the ground 20. That is, the lower portions of the 1-1 polymer film 210 and the 2-1 polymer film 310 may be in a state of bending deformation so as to contact a predetermined area on the ground 20.
  • the 1-2 polymer film 230 and the 2-1 polymer film 310 are in the first form (the state that is bent to the left), the 1-1 polymer film 210, and the 2-2 polymer film 330 May be in the second shape (bent to the right). Therefore, the photoreactive deformation structure 100 may remain stationary on the ground 20 without moving.
  • the light irradiating unit 52 may irradiate light to the back surface of the 1-1 polymer film 210.
  • the 1-1 polymer film 210 is bent in the front direction and may be deformed from the second form to the first form.
  • the force causing bending deformation of the 1-1 polymer film 210 is stronger than the adhesive force of the adhesive support portion 500 with the ground 20, the adhesive support portion 500 is released from contact with the ground 20 and falls off. Can.
  • the light irradiation unit 57 may irradiate light on the rear surface of the 2-2 polymer film 330.
  • the 2-2 polymer film 330 is bent in the front direction and may be deformed from the second form to the first form. As the 2-2 polymer film 330 is bent and deformed, a pressing force C toward the front direction may be applied. Since the adhesive support portion 500 of the first body portion 200 is not in contact with the ground 20, the first body portion 200 may advance (FW) a predetermined distance by the pressing force (C). Can.
  • the light irradiating unit 51 may irradiate light to the front surface of the first-first polymer film 210.
  • the 1-1 polymer film 210 is bent in the rear direction and may be deformed from the first form to the second form. While being transformed into the second form, the adhesive support portion 500 of the first-first polymer film 210 may be in contact with the ground 20, and the first contact is caused by the contact of the ground 20 of the adhesive support 500.
  • the body part 200 may be fixed without moving.
  • light irradiation units 56 and 58 may irradiate light on the front surfaces of the 2-1 polymer film 310 and the 2-2 polymer film 330.
  • the 2-1 polymer film 310 and the 2-2 polymer film 330 are bent in the rear direction and may be modified from the first form to the second form.
  • the adhesive support portion 600 of the 2-1 polymer film 310 may be released from contact with the ground 20 and fall off.
  • the adhesive support portion 500 of the first body portion 200 maintains a state in contact with the ground 20, and the 2-1 polymer film 310 and the 2-2 polymer film 330 are the second As it is transformed into a shape, it can be pulled (FO) in the front direction. Accordingly, the second body part 300 may advance.
  • the light irradiation unit 55 may irradiate light on the rear surface of the 2-1 polymer film 310.
  • the 2-1 polymer film 310 is bent in the front direction and may be deformed from the second form to the first form. While being transformed into the first form, the adhesive support portion 600 of the 2-1 polymer film 310 may be in contact with the ground 20, and the second contact may be caused by contact with the ground 20 of the adhesive support 600.
  • the body part 300 may be fixed without moving.
  • the state of FIG. 8 is the same as the initial state of FIG. 3.
  • the photoreactive deformation structure 100 may perform an operation to advance (FW) as if sliding.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a photoreactive modification structure 100' according to another embodiment of the present invention.
  • a photoreactive modification structure 100' according to another embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are used for the same components, but "-1" and "-2" are added to the symbols for components having a plurality of numbers.
  • the photoreactive deformation structure 100 ′ includes a plurality of first body parts 200: 200-1 and 200-2 and a plurality of second body parts 300: 300-1 and 300-2. It may include. As the photoreactive deformation structure 100' moves, the two first body parts 200-1 and 200-2 act like two front feet, and the two second body parts 300-1 and 300 -2) can act like two hind feet.
  • Each of the first body parts (200: 200-1, 200-2) is a 1-1 polymer film (210: 210-1, 210-2), a 1-2 polymer film (230: 230-1, respectively) 230-2), a first restraining portion 250: 250-1, 250-2, and an adhesive support portion 500: 500-1, 500-2.
  • each of the second body parts is a 2-1 polymer film (310: 310-1, 310-2), a 2-2 polymer film (330: 330-), respectively. 1, 330-2), a second restraining portion 350: 350-1, 350-2, and an adhesive support portion 600: 600-1, 600-2.
  • connection part 400 may interconnect the other ends (upper parts) of the two first body parts 200-1 and 200-2 and the second second body parts 300-1 and 300-2.
  • the adhesive support parts 500 and 600 of all the first and second body parts 200 and 300 may be in contact with the ground 20. That is, the lower portions of the 1-1 polymer film 210 and the 2-1 polymer film 310 may be in a state of bending deformation so as to contact a predetermined area on the ground 20.
  • the 1-2 polymer film (230-1, 230-2), the 2-1 polymer film (310-1, 310-2) is in the first form (the state that is bent to the left), the 1-1 polymer film ( 210-1, 210-2), and the 2-2 polymer film 330-1, 330-2 may have a second shape (bent to the right). Therefore, the photoreactive deformation structure 100' may remain stationary on the ground 20 without moving.
  • the light irradiating unit is light (L) on the back surfaces of the 1-1 polymer film 210-1 and the 1-1 polymer film 210-2.
  • the 1-1 polymer film 210-1 and the 1-1 polymer film 210-2 are bent in the front direction and may be transformed from the second form to the first form.
  • the adhesive support portion 500-1 of the 1-1 polymer film 210-1 and the adhesive support portion 500-2 of the 1-1 polymer film 210-2 are released from contact with the ground 20, Can fall.
  • the light irradiating unit may irradiate light L on the rear surfaces of the two 2-2 polymer films 330-1 and 330-2.
  • the 2-2 polymer films 330-1 and 330-2 are bent in the front direction and may be transformed from the second form to the first form.
  • a pressing force toward the front direction may be applied. Since the adhesive support portions 500-1 and 500-2 of the two first body portions 200-1 and 200-2 are not in contact with the ground 20, the first body portion ( 200-1, 200-2) may advance (FW) a predetermined distance.
  • the light irradiating unit is light (L) on the front surfaces of the 1-1 polymer film 210-1 and the 1-1 polymer film 210-2.
  • the first-first polymer film 210-1 and the first-first polymer film 210-2 are bent in the rear direction and may be transformed from the first form to the second form.
  • the adhesive support portion 500-1 of the 1-1 polymer film 210-1 and the adhesive support portion 500-2 of the 1-1 polymer film 210-2 are the ground 20. It may be in contact with, and the first body parts 200-1 and 200-2 may be fixed without being moved by contact with the ground 20 of the adhesive support parts 500-1 and 500-2.
  • the light irradiating unit is light (L) on the front surfaces of the 2-1 polymer film 310-1 and the 2-1 polymer film 310-2.
  • the 2-1 polymer film 310-1 and the 2-1 polymer film 310-2 are bent in the rear direction and may be transformed from the first form to the second form.
  • the adhesive support portion 600-1 of the 2-1 polymer film 310-1 and the adhesive support portion 600-2 of the 2-1 polymer film 310-2 are released from contact with the ground 20, Can fall.
  • the light irradiating unit light (L) is applied to the front surfaces of the 2-2 polymer film 330-1 and the 2-2 polymer film 330-2.
  • the 2-2 polymer film 330-1 and the 2-2 polymer film 330-2 are bent in the rear direction and may be transformed from the first form to the second form.
  • the adhesive support portions 500-1 and 500-2 of the first body portions 200-1 and 200-2 maintain contact with the ground 20, and the second-2 polymer film 330-1 , 330-2) is transformed into the second shape, so that the second body parts 300-1 and 300-2 can be pulled (FO) in the front direction. Accordingly, the second body parts 300-1 and 300-2 may move forward.
  • the light irradiating unit is light (L) on the rear surfaces of the 2-1 polymer film 310-1 and the 2-1 polymer film 310-2.
  • the 2-1 polymer film 310-1 and the 2-1 polymer film 310-2 are bent in the front direction and may be transformed from the second form to the first form. While being transformed into the first form, the adhesive support portions 600-1 and 600-2 of the 2-1 polymer films 310-1 and 310-2 may be in contact with the ground 20, and the adhesive support portion ( The second body portions 300-1 and 300-2 may be fixed without being moved by the contact of the ground 20 of the 600-1 and 600-2 ).
  • FIG. 12(l) The state of FIG. 12(l) is the same as the initial state of FIG. 10(a).
  • an operation of advancing (FW) the photoreactive deformation structure 100 ′ as if walking with four feet may be performed.
  • 13 to 15 show an ascending operation process of the photoreactive deformation structure 100' according to another embodiment of the present invention.
  • the adhesive supports 500 and 600 of all the first and second body parts 200 and 300 may be in contact with the ground 20. That is, the lower portions of the 1-1 polymer film 210 and the 2-1 polymer film 310 may be in a state of bending deformation so as to contact a predetermined area on the ground 20.
  • the 1-2 polymer film (230-1, 230-2), the 2-1 polymer film (310-1, 310-2) is in the first form (the state that is bent to the left), the 1-1 polymer film ( 210-1, 210-2), and the 2-2 polymer film 330-1, 330-2 may have a second shape (bent to the right). Therefore, the photoreactive deformation structure 100' may remain stationary on the ground 20 without moving.
  • the light irradiating unit may irradiate light L on the rear surface of the 1-1 polymer film 210-1.
  • the 1-1 polymer film 210-1 is bent in the front direction and may be deformed from the second form to the first form.
  • the adhesive support portion 500-1 of the 1-1 polymer film 210-1 is released from contact with the ground 20 and may fall off.
  • a light irradiating unit may irradiate light L on the front surface of the 1-2 polymer film 230-1.
  • the 1-2 polymer film 230-1 is bent in the rear direction and may be deformed from the first form to the second form. Due to bending deformation of the 1-2 polymer film 230-1, the 1-1 polymer film 210-1 may be lifted to be spaced apart from the ground 20. In addition to this, the lowermost end of the 1-1 polymer film 210-1 may be positioned to be spaced apart from the upper portion of the obstacle 25.
  • the light irradiation unit may irradiate light L on the rear surfaces of the two second-2 polymer films 330-1 and 330-2.
  • the 2-2 polymer films 330-1 and 330-2 are bent in the front direction and may be transformed from the second form to the first form.
  • a pressing force toward the front direction may be applied.
  • the first body part 200-1 may advance (FW) a predetermined distance.
  • the pressing force without advancing may be temporarily condensed into the elasticity of the polymer film.
  • the light irradiating unit may irradiate light L on the rear surface of the 1-2 polymer film 230-1.
  • the 1-2 polymer film 230-1 is bent in the front direction and may be deformed from the second form to the first form. Due to the bending deformation of the 1-2 polymer film 230-1, the lowermost end of the 1-1 polymer film 210-1 may contact the upper portion of the obstacle 25.
  • a light irradiating unit may irradiate light L on the front surface of the first-first polymer film 210-1.
  • the 1-1 polymer film 210-1 is bent in the rear direction and may be deformed from the first form to the second form. While being transformed into the second form, the adhesive support portion 500-1 of the 1-1 polymer film 210-1 may be in contact with the upper portion of the obstacle 25, and the obstacle of the adhesive support portion 500-1 (25) The first body portion 200-1 may be fixed without moving by the upper contact.
  • a light irradiating unit may irradiate light L on the back surface of the 1-1 polymer film 210-2.
  • the 1-1 polymer film 210-2 is bent in the front direction and may be deformed from the second form to the first form.
  • the adhesive support portion 500-2 of the 1-1 polymer film 210-2 may be released from contact with the ground 20 and fall off.
  • the first body part 200-2 may move in a part of the front direction by a force temporarily elastically condensed in FIG. 13D.
  • the light irradiating unit may irradiate light L on the front surface of the first-2 polymer film 230-2.
  • the 1-2 polymer film 230-2 is bent in the rear direction and may be deformed from the first form to the second form. Due to bending deformation of the 1-2 polymer film 230-2, the lowermost end of the 1-1 polymer film 210-2 may be positioned to be spaced apart from the upper portion of the obstacle 25.
  • the light irradiating unit may irradiate light L on the rear surface of the 1-2 polymer film 230-2.
  • the 1-2 polymer film 230-2 is bent in the front direction and may be deformed from the second form to the first form. Due to bending deformation of the 1-2 polymer film 230-2, the lowermost end of the 1-1 polymer film 210-2 may contact the upper portion of the obstacle 25.
  • the light irradiating unit may irradiate light L on the front surface of the first-first polymer film 210-2.
  • the 1-1 polymer film 210-2 is bent in the rear direction and may be deformed from the first form to the second form. While being transformed into the second form, the adhesive support portion 500-2 of the 1-1 polymer film 210-2 may be in contact with the upper portion of the obstacle 25, and the obstacle of the adhesive support portion 500-2 (25) The first body portion 200-2 may be fixed without moving by the upper contact.
  • the light irradiation unit simultaneously applies light L to the front surfaces of the 2-1 polymer film 310-1 and the 2-1 polymer film 310-2, or You can investigate sequentially.
  • the 2-1 polymer film 310-1 and the 2-1 polymer film 310-2 are bent in the rear direction and may be transformed from the first form to the second form.
  • the adhesive support portion 600-1 of the 2-1 polymer film 310-1 and the adhesive support portion 600-2 of the 2-1 polymer film 310-2 are released from contact with the ground 20, Can fall.
  • the light irradiation unit simultaneously applies light L to the front surfaces of the 2-2 polymer film 330-1 and the 2-2 polymer film 330-2, or You can investigate sequentially.
  • the 2-2 polymer film 330-1 and the 2-2 polymer film 330-2 are bent in the rear direction and may be transformed from the first form to the second form.
  • the adhesive support portions 500-1 and 500-2 of the first body portions 200-1 and 200-2 maintain contact with the ground 20, and the second-2 polymer film 330-1 , 330-2) is transformed into the second shape, so that the second body parts 300-1 and 300-2 can be pulled (FO) in the front direction. Accordingly, the second body parts 300-1 and 300-2 may move forward.
  • the photoreactive deformation structure 100 ′ may move forward (FW) as if walking on four feet and climb the obstacle 25.
  • the photoreactive modification structure 100' is not limited to the embodiment shown in FIGS. 10 to 15, and reveals that it is possible to deform any number by combining the direction and order of light irradiation for the polymer film.
  • the photoreactive self-deforming structure has a reaction through light of a specific wavelength band without a thermal reaction, and since it is a reversible reaction, it is possible to repeat a motion and continuously repeat a certain motion.

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Abstract

본 발명은 광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법으로서, 광반응 변형 구조체(100)는, 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제1 바디부(200), 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제2 바디부(300), 및 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)의 연결을 매개하는 연결부(400)를 포함하고, 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)의 지면(20)에 접촉하는 일단부에는 접착 지지부(500, 600)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법
본 발명은 광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 제어할 수 있는 광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
근래에는 외부로부터의 자극에 의하여 기계적 응답을 보이는 지능형 복합재 작동기들을 구조물의 능동 또는 수동제어에 활용하기 위한 다양한 연구들이 이루어지고 있다.
일반적으로 지능형 복합재 작동기는 형상기억합금, 압전소재 및 전기 활성 고분자와 같은 지능형 재료를 이용하며, 이러한 지능형 재료를 구조에 직접 부착하거나 다른 재료에 삽입하여 구동기 형태로 사용할 수 있다.
한국 공개특허 제10-2013-0011880호는 지능형 복합재 작동기의 일 예를 개시하고 있다. 상기 문헌에 개시된 복합재 작동기는, 전류 신호와 같은 외부의 신호에 의해 형상이 변형될 수 있는 지능형 재료와, 지능형 재료를 지지하면서 외부 형태를 규정하고 특정방향으로 변형을 억제할 수 있는 방향성 재료를 포함하며, 지능형 재료의 배치 형태와 방향성 재료의 변형 억제 방향성의 조합에 의해 변형을 구현한다.
또한, 한국 공개특허 제10-2016-0017278호는 지능형 재료 대신에 와이어를 이용하여 변형을 구현한다. 외부의 힘에 의해 와이어가 당겨짐에 따라 복합재 작동기가 굽힘 또는 비틀림 변형을 일으킨다.
또한, 한국 공개특허 제10-2017-0137449호는 광반응 복합재 작동기를 통해 미로를 통과하는 변형을 구현한다.
이와 같이 공지의 복합재 작동기들은 변형을 일으키기 위하여, 열을 공급하거나, 전기에너지를 공급하여 재료 내부에 열에너지를 발생시키거나, 직접적인 기계적 인장을 제공하는 것을 필요로 하고 있다.
한편, 최근에는 아조벤젠 액정 고분자를 이용하여 지능형 복합재 작동기를 설계하려는 다양한 연구들이 진행되고 있다.
아조벤젠은 2개의 벤젠고리가 질소-질소 이중결합에 의해 연결된 구조로 광에 의해 2가지 다른 기하학적 형태로 상호 전환되는 독특한 성질을 가지고 있다. 아조벤젠의 질소-질소 이중결합을 기준으로 양쪽에 연결된 벤젠 고리는 자유롭게 회전하는 단일 결합에 의해 연결되어 있다.
질소-질소 이중결합 양 끝단의 벤젠 고리가 같은 방향에 위치하면 시스 형태라고 하고, 서로 다른 방향에 위치하면 트랜스 형태라고 한다. 아조벤젠은 자외선을 받으며 트랜스 형태에서 시스 형태로 변화되며, 가시광선을 받으며 시스 형태에서 트랜스 형태로 분자 구조가 변화되는 광 이성질화 반응을 한다.
아조벤젠 액정 고분자는 아조벤젠 또는 아조벤젠 유도체(이하, "아조벤젠"이라 함)를 포함하는 아조벤젠 기반의 액정 고분자로서, 아조벤젠의 광에 의한 이성질화 반응에 의한 광반응 거동 특성을 갖는다. 아조벤젠이 트랜스 형태를 갖고 있는 액정 고분자가 자외선을 받으면 아조벤젠이 이성질화 반응을 일으켜 이웃한 액정 고분자의 네마틱-등방성 상전이 특성을 유도하고, 이에 따라 고분자 소재가 광을 받는 방향으로 굽혀지는 굽힘 변형이 발생한다. 또한, 이러한 아조벤젠 액정 고분자의 광 반응성 변형은 가역 반응으로 가시광선을 받으면 원래의 형태로 복귀하는 것으로 알려져 있다.
최근에 이러한 아조벤젠 액정 고분자의 광반응 변형 특성을 이용하여 광반응 액추에이터 등의 작동기를 제작하려는 연구가 활발히 진행되고 있는 데, 아조벤젠 액정 고분자의 이러한 광 변형 특성을 이용하기 위해서는 배향을 통해 광 변형 향성을 결정하는 것이 필요하다.
본 발명은 아조벤젠 액정 고분자의 시스-트랜스 변환을 이용하여 굽힘 변형이 제어 가능한 광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 광 조사에 의해서 이동, 보행, 오름, 내림 등이 가능한 광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제1 바디부; 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제2 바디부; 및 제1 바디부와 제2 바디부의 연결을 매개하는 연결부를 포함하고, 제1 바 디부와 제2 바디부의 지면에 접촉하는 일단부에는 접착 지지부가 형성되는, 광반응 변형 구조체가 제공된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 바디부는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 제1-1 고분자 필름 및 제1-2 고분자 필름을 포함하고, 제2 바디부는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 제2-1 고분자 필름 및 제2-2 고분자 필름을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1-1 고분자 필름과 제1-2 고분자 필름 사이에 제1 구속부가 형성되고, 제2-1 고분자 필름과 제2-2 고분자 필름 사이에 제2 구속부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고분자 필름은, 고분자 스캐폴드(scaffold) 필름; 고분자 스캐폴드 필름의 표면에 침지되어 코팅된 아조벤젠 액정 고분자; 및 코팅된 상기 아조벤젠 액정 고분자의 표면에 부착된 보호 필름을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 접착 지지부와 지면과의 접착력은 광 조사에 의하여 고분자 필름이 굽힘 변형을 일으키는 힘보다 적을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연결부는 제1 바디부와 제2 바디부의 타단부를 상호 연결하고, 제1 바디부와 제2 바디부가 굽힘 또는 꺾임 변형이 가능하도록 관절로 작용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 바디부와 제2 바디부는 복수일 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제1 바디부; 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제2 바디부; 및 제1 바디부와 제2 바디부의 연결을 매개하는 연결부를 포함하고, 제1 바디부와 제2 바디부의 지면에 접촉하는 일단부에는 접착 지지부가 형성된, 광반응 변형 구조체의 구동 방법으로서, (a) 제1 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 굽힘 변형을 일으키고, 제1 바디부의 접착 지지부를 지면으로부터 접촉 해제시키는 단계; (b) 제2 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 굽힘 변형을 일으켜, 제1 바디부를 전진시키는 단계; (c) 제1 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 (a) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제1 바디부의 접착 지지부를 지면에 접촉시키는 단계; (d) (b) 단계의 광 조사 부분보다 적어도 하부에 있는 제2 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 (b) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제2 바디부의 접착 지지부를 지면으로부터 접촉 해제시키면서 제2 바디부를 전진시키는 단계; (e) 제2 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 (d) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제2 바디부의 접착 지지부를 지면에 접촉시키는 단계를 포함하는, 광반응 변형 구조체의 구동 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 바디부는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 제1-1 고분자 필름 및 제1-2 고분자 필름을 포함하고, 제2 바디부는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 제2-1 고분자 필름 및 제2-2 고분자 필름을 포함하며, 제1-1 고분자 필름과 제1-2 고분자 필름 사이에 제1 구속부가 형성되고, 제2-1 고분자 필름과 제2-2 고분자 필름 사이에 제2 구속부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 단계는, 제1 바디부의 제1-1 고분자 필름에 광을 조사하여 굽힘 변형을 일으키고, 제1-1 고분자 필름에 형성된 접착 지지부를 지면으로부터 접촉 해제시키는 단계이고, (b) 단계는, 제2 바디부의 제2-1 고분자 필름에 광을 조사하여 굽힘 변형을 일으켜, 제1 바디부를 미는 힘을 작용하여 제1 바디부를 전진시키는 단계이며, (c) 단계는, 제1 바디부의 제1-1 고분자 필름에 광을 조사하여 (a) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제1-1 고분자 필름에 형성된 접착 지지부를 지면에 접촉시키는 단계이고, (d) 단계는, 제2 바디부의 제2-1 고분자 필름 및 제2-2 고분자 필름에 광을 조사하여 (b) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제2 바디부를 전진시키는 단계이며, (e) 단계는, 제2-1 고분자 필름에 광을 조사하여 (d) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제2-1 고분자 필름에 형성된 접착 지지부를 지면에 접촉시키는 단계일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 아조벤젠 액정 고분자의 시스-트랜스 변환을 이용하여 굽힘 변형이 제어 가능한 광반응 변형 구조체 및 이의 구동 방법을 구현할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 조사에 의해서 이동, 보행, 오름, 내림 등이 가능한 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광반응 자가 변형 구조체는 열 반응 없이 특정 파장대의 빛을 통해 그 반응이 일어나며, 가역 반응이기 때문에 반복거동이 가능하여 일정한 운동을 지속적으로 반복 가능한 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광반응이 가능하므로, 투명한 케이스나 물속에 있을 때에도 같은 운동을 반복할 수 있기 때문에 여러 환경에서 구동할 수 있는 효과가 있다.
또한, 동작에 필요한 입력은 빛으로써 친환경적인 작동을 할 수 있고, 사용자가 지정한 광 조사 위치와 세기, 시간에 따라 능동적인 제어가 가능한 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 변형 구조체를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 특성을 가지는 고분자 필름을 나타내는 개략도이다.
도 3내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 변형 구조체의 동작 과정을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반응 변형 구조체를 나타내는 개략도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반응 변형 구조체의 전진 동작 과정을 나타낸다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반응 변형 구조체의 오름 동작 과정을 나타낸다.
<부호의 설명>
100: 광반응 변형 구조체
200: 제1 바디부
210: 제1-1 고분자 필름
230: 제1-2 고분자 필름
250: 제1 구속부
300: 제2 바디부
310: 제2-1 고분자 필름
330: 제2-2 고분자 필름
350: 제2 구속부
400: 연결부
500, 600: 접착 지지부
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 변형 구조체(100)를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 변형 구조체(100)는 제1 바디부(200), 제2 바디부(300) 및 연결부(400)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)의 지면에 접촉하는 일단부(하단부)에는 접착 지지부(500, 600)가 형성될 수 있다.
제1 바디부(200)는 광반응 변형 구조체(100)의 앞 부분에 대응할 수 있다. 제1 바디부(200)는 광반응 변형 구조체(100)가 이동하는데 있어서, 앞 발과 같이 작용할 수 있다.
제1 바디부(200)는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으킬 수 있는 적어도 하나의 고분자 필름(210, 230)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 제1 바디부(200)가 제1-1 고분자 필름(210), 제1-2 고분자 필름(230)을 포함하는 것으로 상정하여 설명하나, 제1 바디부(200)는 하나의 길다란 고분자 필름만을 포함한 형태일 수도 있다.
고분자 필름(10)은 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 고분자 필름(10)은 아조벤젠 액정 고분자의 시스-트랜스 변환을 이용하여 굽힘 변형이 제어 가능하며, 열 반응 없이 특정 파장대의 빛을 통하여 굽힘 변형을 일으킬 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210), 제1-2 고분자 필름(230), 제2-1 고분자 필름(310), 제2-2 고분자 필름(330) 등은 고분자 필름(10)과 동일한 구성을 가질 수 있다.
고분자 필름(10)의 굽힘 변형은 가역 반응이기 때문에 반복거동이 가능하여 일정한 운동을 지속적으로 반복 가능할 수 있으며, 투명한 케이스나 물속에 있을 때에도 같은 운동을 반복할 수 있기 때문에 여러 환경에서 구동할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 특성을 가지는 고분자 필름(10)을 나타내는 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고분자 필름(10)은 고분자 스캐폴드(scaffold) 필름(11), 고분자 스캐폴드 필름(11)의 표면에 침지되어 코팅된 아조벤젠 액정 고분자(12) 및 코팅된 아조벤젠 액정 고분자(12)의 표면에 부착된 보호 필름(13)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 고분자 스캐폴드 필름(11)은 필름 형태로 제조된 고분자 스캐폴드이다. 고분자 스캐폴드 필름(11)은 Poly Lactic Acid(PLA), Poly(Lactic-Co-Glycolic acid) (PLGA), Poly(DiMethylSiloxane) (PDMS), Polycaprolactone (PCL) 등을 포함하여 다양한 소재가 사용될 수 있다.
고분자 스캐폴드는 예를 들면, 전기방사(electrospinning) 공정에 의해 마이크로미터 또는 나노미터 급의 직경을 갖는 고분자 섬유를 집진판에 방출하여 제조된 리본 또는 그물망 형태 구조를 갖도록 제작된 2차원 직조물이다. 그러나, 본 발명에 따른 고분자 스캐폴드 필름(11)은 구체적인 가공방법이나 미세 구조에 의해 제한되지 않는다. 고분자 스캐폴드는 예컨대 마이크로미터 급의 다공 패턴을 갖는 고분자 기자재를 구성하기 위한 마이크로몰딩(micromolding) 공정 및 스핀코팅(spincoating) 공정, 실린지에 젤 상태의 고분자를 넣어 그 끝단의 마이크로 니들로 2차원 패턴을 그리는 microsyringe deposition method 공정을 통해 제작될 수 있다.
아조벤젠 액정 고분자(12)는 고분자 스캐폴드 필름(11) 내의 패턴 내로 침투하면서 침지되어 코팅될 수 있다.
더욱 구체적으로, 아조벤젠 액정 고분자(12)는 아조벤젠 또는 아조벤젠 유도체를 포함하는 아조벤젠 기반의 액정 고분자로서, 아조벤젠의 광에 의한 이성질화 반응에 의한 광반응 거동 특성을 갖는다.
아조벤젠은 2개의 벤젠고리가 질소-질소 이중결합에 의해 연결된 구조로 광에 의해 2가지 다른 기하학적 형태로 상호 전환되는 독특한 성질을 가지고 있다. 아조벤젠의 질소-질소 이중결합을 기준으로 양쪽에 연결된 벤젠 고리는 자유롭게 회전하는 단일 결합에 의해 연결되어 있다. 질소-질소 이중결합 양 끝단의 벤젠 고리가 같은 방향에 위치하면 시스 형태라고 하고, 서로 다른 방향에 위치하면 트랜스 형태라고 한다. 아조벤젠은 자외선을 받으며 트랜스 형태에서 시스 형태로 변화되며, 가시광선을 받으며 시스 형태에서 트랜스 형태로 분자 구조가 변화되는 광 이성질화 반응을 한다.
즉, 아조벤젠이 트랜스 형태를 갖고 있는 액정 고분자가 자외선을 받으면 아조벤젠이 이성질화 반응을 일으켜 이웃한 액정 고분자의 네마틱-등방성 상전이 특성을 유도하고, 이에 따라 고분자 소재가 광을 받는 방향으로 굽혀지는 굽힘 변형이 발생하고, 아조벤젠 액정 고분자의 광 반응성 변형은 가역 반응으로 가시광선을 받으면 원래의 형태로 변형이 발생할 수 있다.
보호 필름(13)은 코팅된 아조벤젠 액정 고분자(12)의 표면에 부착될 수 있다. 보호 필름(13)은 고분자 필름(10)이 높은 장력에서도 파단이 일어나지 않도록 지지하며, 고분자 필름(10)의 굽힘 변형을 저해하지 않는 유연한 소재가 사용될 수 있다.
이와 같이 제조된 고분자 필름(10)은 굽힘이 필요한 곳에 자외선 레이저나 자외선 LED를 이용하여 자외선을 조사하면, 자외선을 받는 표면이 국부적으로 수축하여 고분자 필름 전체에 굽힘 변형이 일어나게 된다.
굽힘 변형의 방향은 광의 조사 방향에 따라 고분자 필름의 상면 또는 하면이 될 수 있지만, 본 발명에 따르면 고분자 필름의 이러한 변형 특성이 고분자 스캐폴드 필름(11)에 코팅된 아조벤젠 액정 고분자(12)에서 아조벤젠 분자의 배향 방향과 무관하다. 즉, 본 발명에 따르면, 아조벤젠 액정 고분자(12)는 고분자 스캐폴드 필름(11)에 코팅되는 것 외에 별도의 배향을 필요로 하지 않는다.
제1 구속부(250)는 제1-1 고분자 필름(210)과 제1-2 고분자 필름(230)이 연결될 수 있도록 제1-1 고분자 필름(210)과 제1-2 고분자 필름(230) 사이에 형성될 수 있다.
제1 구속부(250)는 제1-1 고분자 필름(210) 및 제1-2 고분자 필름(230)이 서로 다른 방향 또는 같은 방향으로 다중 굽힘 거동을 구사할 수 있도록, 제1-1 고분자 필름(210)과 제1-2 고분자 필름(230)을 연결하도록 형성될 수 있다. 제1 구속부는 빛이 투과되지 않는 테이프로 형성될 수 있다.
예컨대, 제1 구속부(250)의 일측에는 제1-1 고분자 필름(210)이 형성되고, 타측에는 제1-2 고분자 필름(230)이 형성되어 제1-1 고분자 필름(210)에 광이 조사될 경우 제1-2 고분자 필름(230)에는 광이 전달되지 않아 제1-1 고분자 필름(210)에만 굽힘 변형을 일으킬 수 있으며, 제1-2 고분자 필름(230)에 광이 조사될 경우 제1-1 고분자 필름(210)에는 광이 전달되지 않아 제1-2 고분자 필름(230)에만 굽힘 변형을 일으킬 수 있다.
한편, 제1-1 고분자 필름(210) 및 제1-2 고분자 필름(230)는 일체로 형성된 길다란 고분자 필름일 수 있으며, 빛이 투과되지 않는 테이프로 형성된 제1 구속부(250)가 중간에 부착되어 제1-1 고분자 필름(210) 및 제1-2 고분자 필름(230)을 구분시킴으로써, 하부에 형성된 제1-1 고분자 필름(210)과 상부에 형성된 제1-2 고분자 필름(230)이 각각 개별로 반응하게 할 수 있다.
제2 바디부(300)는 광반응 변형 구조체(100)의 뒷 부분에 대응할 수 있다. 제2 바디부(200)는 광반응 변형 구조체(100)가 이동하는데 있어서, 뒷 발과 같이 작용할 수 있다.
제2 바디부(300)는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으킬 수 있는 적어도 하나의 고분자 필름(310, 330)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 제2 바디부(300)가 제2-1 고분자 필름(310), 제2-2 고분자 필름(330)을 포함하는 것으로 상정하여 설명하나, 제2 바디부(300)는 하나의 길다란 고분자 필름만을 포함한 형태일 수도 있다.
제2 구속부(350)는 제2-1 고분자 필름(310)과 제2-2 고분자 필름(330)이 연결될 수 있도록 제2-1 고분자 필름(310)과 제2-2 고분자 필름(330) 사이에 형성될 수 있다.
이하, 제2 바디부(300)의 구성은 제1 바디부(200)와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
연결부(400)는 적어도 하나의 제1 바디부(200)와 적어도 하나의 제2 바디부(300)를 연결할 수 있다. 도 1에는 연결부(400)가 하나의 제1 바디부(200)와 하나의 제2 바디부(300)를 연결한 형태를 도시하고, 도 9는 연결부(400)가 두개의 제1 바디부(200)와 두개의 제2 바디부(300)를 연결한 형태를 도시한다. 연결부(400)에 연결되는 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)의 개수는 구현하고자 하는 구조체의 특성에 따라 적절히 변형될 수 있고, 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)의 개수를 서로 상이하게 구성할 수도 있다. 예를 들어, 좁은 통로를 빠르게 이동시키기 위해서는 도 1과 같이 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)를 각각 하나씩 배치하여 두 개의 발을 가진 광반응 변형 구조체(100)를 구현할 수 있다. 또, 예를 들어, 이동에 안정성을 높이기 위해서는 도 9와 같이 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)를 각각 두개씩 배치하여 네 개의 발을 가진 광반응 변형 구조체(100')를 구현할 수 있다. 또, 예를 들어, 두 개의 제1 바디부(200)와 하나의 제2 바디부(300)를 배치하여 광반응 변형 구조체(100)를 구현할 수도 있다.
연결부(400)는 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)의 타단부(상단부)를 상호 연결함과 동시에, 제1 바디부(200)와 제2 바디부(300)가 굽힘, 꺾임 등의 변형이 가능하게 하는 관절로 작용할 수 있다. 이를 위해, 연결부(400)는 유연성 있는 고분자 재질, 테이프, 기타 힌지 수단 등을 제한없이 채용할 수 있다.
접착 지지부(500, 600)는 각각 제1 바디부(200), 제2 바디부(300)의 일단부(하단부)에 형성될 수 있다. 접착 지지부(500, 600)는 제1 바디부(200), 제2 바디부(300)가 지면(20)[도 3 참조]에 접착되거나 마찰력을 가지고 접촉되도록 할 수 있다. 지면(20)에 접촉되는 면적을 확보할 수 있도록, 접착 지지부(500, 600)는 제1, 2 바디부(200, 300)의 일단부에서 면 상에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 지면(20)과 접촉될때, 제1 바디부(200), 제2 바디부(300)가 미끄러지지 않도록, 접착 지지부(500, 600)는 소정의 접착력을 가지는 접착소재, 접착테이프 등이나, 마찰력을 가지는 고무, 탄성소재 등으로 형성될 수 있다.
접착 지지부(500, 600)와 지면(20)과의 접착력은 광 조사에 의하여 고분자 필름(10)이 굽힘 변형을 일으키는 힘보다는 적은 것이 바람직하다. 다시 말해, 제1 바디부(200)의 제1-1 고분자 필름(210) 또는 제2 바디부(300)의 제2-1 고분자 필름(310)에 각각 형성된 접착 지지부(500, 600)는, 제1-1 고분자 필름(210), 제2-1 고분자 필름(310)이 광 조사에 의한 굽힘 변형을 일으킬 때, 지면(20)과의 접착을 해제할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210)의 접착 지지부(500) 부분, 제2-1 고분자 필름(310)의 접착 지지부(600) 부분이 지면(20)과의 접착을 해제함에 따라, 제1-1 고분자 필름(210), 제2-1 고분자 필름(310)이 지면(20)에 지지되지 않고 미끄러질 수 있다. 이에 따라서 제1 바디부(200), 제2 바디부(300)를 이동시킬 수 있게 된다.
도 3내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광반응 변형 구조체(100)의 동작 과정을 나타낸다. 이하에서, 광반응 변형 구조체(100)가 이동하는 방향인 왼쪽 방향을 "전(全) 방향"으로 지칭하고, 왼쪽으로 이동하는 것을 "전진(FW)"으로 지칭하며, 각 고분자 필름(210, 230, 310, 330)의 왼쪽면을 "전면"으로 지칭한다. 반대의 경우는 "후 방향", "후진", "후면"으로 지칭한다. 또한, 설명의 편의상 각 고분자 필름(210, 230, 310, 330)이 왼쪽(전면 방향)으로 굽어진 상태를 "제1 형태", 오른쪽(후면 방향)으로 굽어진 상태를 "제2 형태"로 지칭한다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 광반응 변형 구조체(100) 및 이를 구동시키기 위한 시스템이 도시된다. 각각의 고분자 필름(210, 230, 310, 330)의 양면에는 자외선, 가시광선 등의 광을 조사할 수 있는 광 조사부(51~58)가 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 이보다 적은 개수의 광 조사부가 이동 수단(미도시)에 설치되어 각각의 고분자 필름(210, 230, 310, 330)의 양면에 광을 조사할 수도 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 제1, 2 바디부(200, 300)의 접착 지지부(500, 600)는 지면(20)에 접촉된 상태일 수 있다. 즉, 제1-1 고분자 필름(210) 및 제2-1 고분자 필름(310)의 하부가 지면(20)에 소정 면적 접촉되도록 굽힘 변형된 상태일 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230), 제2-1 고분자 필름(310)은 제1 형태(왼쪽으로 굽어진 상태), 제1-1 고분자 필름(210), 제2-2 고분자 필름(330)은 제2 형태(오른쪽으로 굽어진 상태)일 수 있다. 따라서, 광반응 변형 구조체(100)는 이동하지 않고 지면(20) 상에서 정지된 상태를 유지할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 제1-1 고분자 필름(210)의 후면에 광 조사부(52)가 광을 조사할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 동시에, 제1-1 고분자 필름(210)의 굽힘 변형을 일으키는 힘이 접착 지지부(500)의 지면(20)과의 접착력보다 강하므로, 접착 지지부(500)가 지면(20)과 접촉 해제되어 떨어질 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 제2-2 고분자 필름(330)의 후면에 광 조사부(57)가 광을 조사할 수 있다. 제2-2 고분자 필름(330)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 제2-2 고분자 필름(330)이 굽힘 변형되면서 전면 방향을 향해 누르는 힘(C)을 인가할 수 있다. 제1 바디부(200)의 접착 지지부(500)는 지면(20)과 접촉된 상태가 아니므로, 이 누르는 힘(C)에 의해 제1 바디부(200)가 소정 거리만큼 전진(FW)할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 제1-1 고분자 필름(210)의 전면에 광 조사부(51)가 광을 조사할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 제2 형태로 변형되면서 제1-1 고분자 필름(210)의 접착 지지부(500)가 지면(20)과 접촉된 상태가 될 수 있고, 접착 지지부(500)의 지면(20) 접촉에 의해 제1 바디부(200)는 이동하지 않고 고정될 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 제2-1 고분자 필름(310) 및 제2-2 고분자 필름(330)의 전면에 광 조사부(56, 58)가 광을 조사할 수 있다. 제2-1 고분자 필름(310) 및 제2-2 고분자 필름(330)는 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 제2 형태로 변형되면서 제2-1 고분자 필름(310)의 접착 지지부(600)가 지면(20)과 접촉 해제되어 떨어질 수 있다. 동시에, 제1 바디부(200)의 접착 지지부(500)는 지면(20)에 접촉된 상태를 유지하고, 제2-1 고분자 필름(310) 및 제2-2 고분자 필름(330)이 제2 형태로 변형되면서 전면 방향으로 당겨(FO)질 수 있게 된다. 이에 따라, 제2 바디부(300)가 전진할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 제2-1 고분자 필름(310)의 후면에 광 조사부(55)가 광을 조사할 수 있다. 제2-1 고분자 필름(310)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 제1 형태로 변형되면서 제2-1 고분자 필름(310)의 접착 지지부(600)가 지면(20)과 접촉된 상태가 될 수 있고, 접착 지지부(600)의 지면(20) 접촉에 의해 제2 바디부(300)는 이동하지 않고 고정될 수 있다.
도 8의 상태는 도 3의 초기 상태와 동일하다. 도 3 내지 도 8의 과정을 반복하여, 광반응 변형 구조체(100)가 미끄러지는 듯하게 전진(FW)하는 동작을 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반응 변형 구조체(100')를 나타내는 개략도이다. 이하에서는, 도 1의 광반응 변형 구조체(100)와 차이점에 대해서만 설명한다. 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 병기하였고, 다만, 복수의 개수를 가지는 구성에 대해서는 부호에 "-1", "-2"를 부기하였음을 밝혀둔다.
도 9를 참조하면, 광반응 변형 구조체(100')는 복수의 제1 바디부(200: 200-1, 200-2) 및 복수의 제2 바디부(300: 300-1, 300-2)를 포함할 수 있다. 광반응 변형 구조체(100')가 이동하는데 있어서, 두 개의 제1 바디부(200-1, 200-2)는 두 개의 앞 발과 같이 작용하고, 두 개의 제2 바디부(300-1, 300-2)는 두 개의 뒷 발과 같이 작용할 수 있다.
각각의 제1 바디부(200: 200-1, 200-2)는 각각 제1-1 고분자 필름(210: 210-1, 210-2), 제1-2 고분자 필름(230: 230-1, 230-2), 제1 구속부(250: 250-1, 250-2), 접착 지지부(500: 500-1, 500-2)를 포함할 수 있다.
그리고, 각각의 제2 바디부(300: 300-1, 300-2)는 각각 제2-1 고분자 필름(310: 310-1, 310-2), 제2-2 고분자 필름(330: 330-1, 330-2), 제2 구속부(350: 350-1, 350-2), 접착 지지부(600: 600-1, 600-2)를 포함할 수 있다.
연결부(400)는 두 개의 제1 바디부(200-1, 200-2) 및 두 개의 제2 바디부(300-1, 300-2)의 타단부(상단부)를 상호 연결할 수 있다.
도 10내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반응 변형 구조체(100')의 전진 동작 과정을 나타낸다.
먼저, 도 10의 (a)를 참조하면, 모든 제1, 2 바디부(200, 300)의 접착 지지부(500, 600)는 지면(20)에 접촉된 상태일 수 있다. 즉, 제1-1 고분자 필름(210) 및 제2-1 고분자 필름(310)의 하부가 지면(20)에 소정 면적 접촉되도록 굽힘 변형된 상태일 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-1, 230-2), 제2-1 고분자 필름(310-1, 310-2)은 제1 형태(왼쪽으로 굽어진 상태), 제1-1 고분자 필름(210-1, 210-2), 제2-2 고분자 필름(330-1, 330-2)은 제2 형태(오른쪽으로 굽어진 상태)일 수 있다. 따라서, 광반응 변형 구조체(100')는 이동하지 않고 지면(20) 상에서 정지된 상태를 유지할 수 있다.
다음으로, 도 10의 (b) 및 (c)를 참조하면, 제1-1 고분자 필름(210-1)과 제1-1 고분자 필름(210-2)의 후면에 광 조사부가 광(L)을 순차적으로, 또는 동시에 조사할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210-1), 제1-1 고분자 필름(210-2)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 동시에, 제1-1 고분자 필름(210-1)의 접착 지지부(500-1), 제1-1 고분자 필름(210-2)의 접착 지지부(500-2)가 지면(20)과 접촉 해제되어 떨어질 수 있다.
다음으로, 도 10의 (d)를 참조하면, 두 개의 제2-2 고분자 필름(330-1, 330-2)의 후면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제2-2 고분자 필름(330-1, 330-2)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 제2-2 고분자 필름(330)이 굽힘 변형되면서 전면 방향을 향해 누르는 힘을 인가할 수 있다. 두 개의 제1 바디부(200-1, 200-2)의 접착 지지부(500-1, 500-2)는 지면(20)과 접촉된 상태가 아니므로, 이 누르는 힘에 의해 제1 바디부(200-1, 200-2)가 소정 거리만큼 전진(FW)할 수 있다.
다음으로, 도 11의 (e) 및 (f)를 참조하면, 제1-1 고분자 필름(210-1)과 제1-1 고분자 필름(210-2)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 순차적으로, 또는 동시에 조사할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210-1), 제1-1 고분자 필름(210-2)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 제2 형태로 변형되면서 제1-1 고분자 필름(210-1)의 접착 지지부(500-1), 제1-1 고분자 필름(210-2)의 접착 지지부(500-2)가 지면(20)과 접촉된 상태가 될 수 있고, 접착 지지부(500-1, 500-2)의 지면(20) 접촉에 의해 제1 바디부(200-1, 200-2)는 이동하지 않고 고정될 수 있다.
다음으로, 도 11의 (g) 및 (h)를 참조하면, 제2-1 고분자 필름(310-1)과 제2-1 고분자 필름(310-2)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 순차적으로, 또는 동시에 조사할 수 있다. 제2-1 고분자 필름(310-1), 제2-1 고분자 필름(310-2)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 동시에, 제2-1 고분자 필름(310-1)의 접착 지지부(600-1), 제2-1 고분자 필름(310-2)의 접착 지지부(600-2)가 지면(20)과 접촉 해제되어 떨어질 수 있다.
다음으로, 도 12의 (i) 및 (j)를 참조하면, 제2-2 고분자 필름(330-1)과 제2-2 고분자 필름(330-2)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 순차적으로, 또는 동시에 조사할 수 있다. 제2-2 고분자 필름(330-1), 제2-2 고분자 필름(330-2)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 동시에, 제1 바디부(200-1, 200-2)의 접착 지지부(500-1, 500-2)는 지면(20)에 접촉된 상태를 유지하고, 제2-2 고분자 필름(330-1, 330-2)이 제2 형태로 변형되면서 제2 바디부(300-1, 300-2)가 전면 방향으로 당겨(FO)질 수 있게 된다. 이에 따라, 제2 바디부(300-1, 300-2)가 전진할 수 있다.
다음으로, 도 12의 (k) 및 (l)을 참조하면, 제2-1 고분자 필름(310-1)과 제2-1 고분자 필름(310-2)의 후면에 광 조사부가 광(L)을 순차적으로, 또는 동시에 조사할 수 있다. 제2-1 고분자 필름(310-1), 제2-1 고분자 필름(310-2)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 제1 형태로 변형되면서 제2-1 고분자 필름(310-1, 310-2)의 접착 지지부(600-1, 600-2)가 지면(20)과 접촉된 상태가 될 수 있고, 접착 지지부(600-1, 600-2)의 지면(20) 접촉에 의해 제2 바디부(300-1, 300-2)는 이동하지 않고 고정될 수 있다.
도 12의 (l)의 상태는 도 10의 (a)의 초기 상태와 동일하다. 도 10의 (a) 내지 도 12의 (l)의 과정을 반복하여, 광반응 변형 구조체(100')가 네 발로 보행하는 듯하게 전진(FW)하는 동작을 수행할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반응 변형 구조체(100')의 오름 동작 과정을 나타낸다.
먼저, 도 13의 (a)를 참조하면, 모든 제1, 2 바디부(200, 300)의 접착 지지부(500, 600)는 지면(20)에 접촉된 상태일 수 있다. 즉, 제1-1 고분자 필름(210) 및 제2-1 고분자 필름(310)의 하부가 지면(20)에 소정 면적 접촉되도록 굽힘 변형된 상태일 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-1, 230-2), 제2-1 고분자 필름(310-1, 310-2)은 제1 형태(왼쪽으로 굽어진 상태), 제1-1 고분자 필름(210-1, 210-2), 제2-2 고분자 필름(330-1, 330-2)은 제2 형태(오른쪽으로 굽어진 상태)일 수 있다. 따라서, 광반응 변형 구조체(100')는 이동하지 않고 지면(20) 상에서 정지된 상태를 유지할 수 있다.
지면(20) 상에는 지면(20)과 높이 차이를 가지는 계단 등의 장애물(25)이 존재한다.
다음으로, 도 13의 (b)를 참조하면, 제1-1 고분자 필름(210-1)의 후면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210-1)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 동시에, 제1-1 고분자 필름(210-1)의 접착 지지부(500-1)가 지면(20)과 접촉 해제되어 떨어질 수 있다.
다음으로, 도 13의 (c)를 참조하면, 제1-2 고분자 필름(230-1)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-1)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-1)의 굽힘 변형으로 인해, 제1-1 고분자 필름(210-1)이 지면(20)과 이격되도록 들어 올려질 수 있다. 여기에 더하여, 제1-1 고분자 필름(210-1)의 최하단이 장애물(25)의 상부에 이격하도록 위치할 수 있다.
다음으로, 도 13의 (d)를 참조하면, 두 개의 제2-2 고분자 필름(330-1, 330-2)의 후면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제2-2 고분자 필름(330-1, 330-2)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 제2-2 고분자 필름(330)이 굽힘 변형되면서 전면 방향을 향해 누르는 힘을 인가할 수 있다. 제1 바디부(200-1)는 소정 거리만큼 전진(FW)할 수 있다. 그리고, 제1 바디부(200-2)는 접착 지지부(500-2)가 지면(20)과 접촉된 상태이므로, 전진하지는 않고 누르는 힘을 고분자 필름의 탄성으로 임시적으로 응축하고 있을 수 있다.
다음으로, 도 14의 (e)를 참조하면, 제1-2 고분자 필름(230-1)의 후면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-1)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-1)의 굽힘 변형으로 인해, 제1-1 고분자 필름(210-1)의 최하단이 장애물(25)의 상부에 접촉할 수 있다.
다음으로, 도 14의 (f)를 참조하면, 제1-1 고분자 필름(210-1)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210-1)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 제2 형태로 변형되면서 제1-1 고분자 필름(210-1)의 접착 지지부(500-1)가 장애물(25)의 상부에 접촉된 상태가 될 수 있고, 접착 지지부(500-1)의 장애물(25) 상부 접촉에 의해 제1 바디부(200-1)는 이동하지 않고 고정될 수 있다.
다음으로, 도 14의 (g)를 참조하면, 제1-1 고분자 필름(210-2)의 후면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210-2)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 동시에, 제1-1 고분자 필름(210-2)의 접착 지지부(500-2)가 지면(20)과 접촉 해제되어 떨어질 수 있다. 여기에 더하여, 도 13의 (d)에서 탄성으로 임시적으로 응축한 힘에 의해 제1 바디부(200-2)가 일부 전면 방향으로 이동할 수 있다.
다음으로, 도 14의 (f)를 참조하면, 제1-2 고분자 필름(230-2)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-2)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-2)의 굽힘 변형으로 인해, 제1-1 고분자 필름(210-2)의 최하단이 장애물(25)의 상부에 이격하도록 위치할 수 있다.
다음으로, 도 15의 (i)를 참조하면, 제1-2 고분자 필름(230-2)의 후면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-2)은 전면 방향으로 굽혀지며 제2 형태에서 제1 형태로 변형될 수 있다. 제1-2 고분자 필름(230-2)의 굽힘 변형으로 인해, 제1-1 고분자 필름(210-2)의 최하단이 장애물(25)의 상부에 접촉할 수 있다.
다음으로, 도 15의 (j)를 참조하면, 제1-1 고분자 필름(210-2)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 조사할 수 있다. 제1-1 고분자 필름(210-2)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 제2 형태로 변형되면서 제1-1 고분자 필름(210-2)의 접착 지지부(500-2)가 장애물(25)의 상부에 접촉된 상태가 될 수 있고, 접착 지지부(500-2)의 장애물(25) 상부 접촉에 의해 제1 바디부(200-2)는 이동하지 않고 고정될 수 있다.
다음으로, 도 15의 (k)를 참조하면, 제2-1 고분자 필름(310-1)과 제2-1 고분자 필름(310-2)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 동시에, 또는 순차적으로 조사할 수 있다. 제2-1 고분자 필름(310-1), 제2-1 고분자 필름(310-2)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 동시에, 제2-1 고분자 필름(310-1)의 접착 지지부(600-1), 제2-1 고분자 필름(310-2)의 접착 지지부(600-2)가 지면(20)과 접촉 해제되어 떨어질 수 있다.
다음으로, 도 15의 (l)을 참조하면, 제2-2 고분자 필름(330-1)과 제2-2 고분자 필름(330-2)의 전면에 광 조사부가 광(L)을 동시에, 또는 순차적으로 조사할 수 있다. 제2-2 고분자 필름(330-1), 제2-2 고분자 필름(330-2)은 후면 방향으로 굽혀지며 제1 형태에서 제2 형태로 변형될 수 있다. 동시에, 제1 바디부(200-1, 200-2)의 접착 지지부(500-1, 500-2)는 지면(20)에 접촉된 상태를 유지하고, 제2-2 고분자 필름(330-1, 330-2)이 제2 형태로 변형되면서 제2 바디부(300-1, 300-2)가 전면 방향으로 당겨(FO)질 수 있게 된다. 이에 따라, 제2 바디부(300-1, 300-2)가 전진할 수 있다.
도 13 내지 도 15의 과정을 반복하여, 광반응 변형 구조체(100')가 네 발로 보행하는 듯하게 전진(FW)하고, 장애물(25)을 올라가는 동작을 수행할 수 있다.
광반응 변형 구조체(100')은 도 10 내지 도 15에 도시된 실시예에 한정되지 않으며, 고분자 필름에 대한 광 조사의 방향, 순서를 조합하여 얼마든지 변형이 가능함을 밝혀둔다.
위와 같이, 본 발명은 아조벤젠 액정 고분자의 시스-트랜스 변환을 이용하여 굽힘 변형이 제어 가능하고, 광 조사에 의해서 이동, 보행, 오름, 내림 등이 가능한 효과가 있다. 그리고, 광반응 자가 변형 구조체는 열 반응 없이 특정 파장대의 빛을 통해 그 반응이 일어나며, 가역 반응이기 때문에 반복거동이 가능하여 일정한 운동을 지속적으로 반복 가능한 효과가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (10)

  1. 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제1 바디부;
    광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제2 바디부; 및
    제1 바디부와 제2 바디부의 연결을 매개하는 연결부
    를 포함하고,
    제1 바디부와 제2 바디부의 지면에 접촉하는 일단부에는 접착 지지부가 형성되는, 광반응 변형 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 바디부는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 제1-1 고분자 필름 및 제1-2 고분자 필름을 포함하고,
    제2 바디부는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 제2-1 고분자 필름 및 제2-2 고분자 필름을 포함하는, 광반응 변형 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    제1-1 고분자 필름과 제1-2 고분자 필름 사이에 제1 구속부가 형성되고,
    제2-1 고분자 필름과 제2-2 고분자 필름 사이에 제2 구속부가 형성되는, 광반응 변형 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    고분자 필름은,
    고분자 스캐폴드(scaffold) 필름;
    고분자 스캐폴드 필름의 표면에 침지되어 코팅된 아조벤젠 액정 고분자; 및
    코팅된 상기 아조벤젠 액정 고분자의 표면에 부착된 보호 필름
    을 포함하는, 광반응 변형 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    접착 지지부와 지면과의 접착력은 광 조사에 의하여 고분자 필름이 굽힘 변형을 일으키는 힘보다 적은, 광반응 변형 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    연결부는 제1 바디부와 제2 바디부의 타단부를 상호 연결하고, 제1 바디부와 제2 바디부가 굽힘 또는 꺾임 변형이 가능하도록 관절로 작용하는, 광반응 변형 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 바디부와 제2 바디부는 복수인, 광반응 변형 구조체.
  8. 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제1 바디부; 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 적어도 하나의 고분자 필름을 포함하는 제2 바디부; 및 제1 바디부와 제2 바디부의 연결을 매개하는 연결부를 포함하고, 제1 바디부와 제2 바디부의 지면에 접촉하는 일단부에는 접착 지지부가 형성된, 광반응 변형 구조체의 구동 방법으로서,
    (a) 제1 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 굽힘 변형을 일으키고, 제1 바디부의 접착 지지부를 지면으로부터 접촉 해제시키는 단계;
    (b) 제2 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 굽힘 변형을 일으켜, 제1 바디부를 전진시키는 단계;
    (c) 제1 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 (a) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제1 바디부의 접착 지지부를 지면에 접촉시키는 단계;
    (d) (b) 단계의 광 조사 부분보다 적어도 하부에 있는 제2 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 (b) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제2 바디부의 접착 지지부를 지면으로부터 접촉 해제시키면서 제2 바디부를 전진시키는 단계;
    (e) 제2 바디부의 고분자 필름에 광을 조사하여 (d) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제2 바디부의 접착 지지부를 지면에 접촉시키는 단계
    를 포함하는, 광반응 변형 구조체의 구동 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 바디부는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 제1-1 고분자 필름 및 제1-2 고분자 필름을 포함하고, 제2 바디부는 광 조사에 의하여 굽힘 변형을 일으키는 제2-1 고분자 필름 및 제2-2 고분자 필름을 포함하며,
    제1-1 고분자 필름과 제1-2 고분자 필름 사이에 제1 구속부가 형성되고,
    제2-1 고분자 필름과 제2-2 고분자 필름 사이에 제2 구속부가 형성되는, 광반응 변형 구조체의 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    (a) 단계는, 제1 바디부의 제1-1 고분자 필름에 광을 조사하여 굽힘 변형을 일으키고, 제1-1 고분자 필름에 형성된 접착 지지부를 지면으로부터 접촉 해제시키는 단계이고,
    (b) 단계는, 제2 바디부의 제2-1 고분자 필름에 광을 조사하여 굽힘 변형을 일으켜, 제1 바디부를 미는 힘을 작용하여 제1 바디부를 전진시키는 단계이며,
    (c) 단계는, 제1 바디부의 제1-1 고분자 필름에 광을 조사하여 (a) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제1-1 고분자 필름에 형성된 접착 지지부를 지면에 접촉시키는 단계이고,
    (d) 단계는, 제2 바디부의 제2-1 고분자 필름 및 제2-2 고분자 필름에 광을 조사하여 (b) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제2 바디부를 전진시키는 단계이며,
    (e) 단계는, 제2-1 고분자 필름에 광을 조사하여 (d) 단계와 반대 방향으로의 굽힘 변형을 일으키고, 제2-1 고분자 필름에 형성된 접착 지지부를 지면에 접촉시키는 단계인, 광반응 변형 구조체의 구동 방법.
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