모터가 필요없는 ‘자주식’소재 발견

파리지옥 등 식충 식물을 이동시키는 방법을 중심으로 모터 나 배터리없이 스스로 움직일 수있는 소재를 개발했다. 이 물질은 빠르게 움직 인 다음 환경으로부터의 에너지 흐름에만 의존하여 모양으로 돌아갈 수 있습니다.

이 소재는 외부 전원없이 자체 에너지로만 움직일 수있는 미래의 군용 로봇에도 사용할 수 있다는 점에서 주목 받고있다. 미 육군 전투력 사령부 무장 센터 (DEVCOM)가 자금을 지원 한이 연구는 재료 분야의 국제 저널 인 Nature Materials의 최신 호에 게재되었습니다.

미국 매사추세츠 애 머스트 대학의 연구원들은 모터 나 외부 전원없이 자체적으로 계속 움직일 수있는 물질을 만드는 방법을 발견했습니다. Ⓒ 김용진, UMass Amherst

미국 매사추세츠 애 머스트 대학의 연구원들은 젤 조각의 건조를 관찰하기위한 일상적인 실험에서 이상한 현상을 발견했습니다. 길고 탄력있는 젤 조작이 증발에 의해 내부의 액체를 잃을 때 저절로 움직이는 것을 알아냅니다. 이러한 움직임의 대부분은 느 렸지만 때로는 매우 빠릅니다.

‘스냅 불안정’이라고 불리는 이러한 빠른 움직임은 내부의 액체가 때때로 일정 수준에 도달했을 때 발생했습니다. 스프링과 래치를 결합하는 한 가지 방법 인 스냅 불안정성은 고무총과 같은 장난감은 물론 작은 로봇 및 기타 장치에서 빠른 움직임을 생성하는 데 널리 사용됩니다.

직접 계단을 올라갈 수도 있습니다.

그러나 이러한 장치를 계속 움직이려면 모터 나 사람의 손이 필요합니다. 그러나이 발견을 통해 모터 나 외부 전원이 필요하지 않은 다양한 장치를 개발할 수있었습니다.

겔 파편 건조 과정의 물리학을 배운 후 연구원들은 예상대로 반응 할 가능성이 가장 높으며, 모터가 리셋없이 어떻게 반복적으로 움직이는 지 알아 내기 위해 다양한 형태의 겔 파편을 만들었습니다. 그 결과 특정 모양의 젤 조각이 스스로 계단을 오르는 등의 작업을 수행 할 수 있음을 발견했습니다.

University of Massachusetts Amherst의 고분자 공학 교수 인 Al Crosby는“이 연구는 재료가 환경과의 상호 작용 (특히 모터, 배터리 또는 기타 에너지 사용)을 통해 어떻게 강력한 운동을 생성 할 수 있는지 보여줍니다. “하기 어려운 아주 작은 새 로봇을 설계하는 데 사용할 수 있습니다.”

이번 연구에는 크로스비 교수 연구실 대학원생 인 Al Crosby 교수, 김용진 교수, 네덜란드 델프트 공과 대학의 Jay Van den Berg 교수가 객원 연구원으로 참여했다.

근육이없는 파리 지옥도 빠르게 움직여

일부 동식물, 특히 작은 생물은 근육이있는 동물보다 훨씬 빠르게 움직이기 위해 스프링이나 걸쇠처럼 작동하는 특수 부품을 사용합니다. 예를 들어 육식성 식물 파리 지옥 또는 집게발 개미는 다른 개미를 포함한 모든 종류의 곤충을 거대한 발톱과 같은 턱으로 먹는 육식성 개미입니다.

Fly hell은 뇌와 근육이 없기 때문에 빠른 움직임으로 파리와 같은 곤충을 잡기 위해 일련의 기계적 및 화학적 과정에 의존합니다.

고속으로 계속 이동하는 재료의 이미지입니다. Ⓒ 김용진, UMass Amherst

이 연구는 듀크 대학교 생물학과의 Sheila Patek 교수가 이끄는 다 분야 연구 프로젝트의 일부로보고되었습니다. 이 프로젝트는 빠르게 움직이는 생물학적 유기체에서 유사한 메커니즘을 발견하고 새로운 공학 장치를 개발하는 것을 목표로합니다.

이 프로젝트에 자금을 지원 한 DEVCOM의 Ralph Antien 박사는 “이 발견은 미 육군과 국방부의 향후 활동 및 관련 시스템에 대한 수많은 응용 프로그램을 제공 할 것으로 예상됩니다”라고 말했습니다.

새로 발견 된 젤 조각은 몇 년 전 애벌레에서 영감을받은 로봇과 매우 유사합니다. 로봇은 외부 조명에 반응하여 기어가는 애벌레의 움직임을 모방합니다. 이러한 기계는 전원이나 모터를 장착 할 필요가 없기 때문에 특별한 작업을 수행 할 수 있다는 장점이 있습니다.

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