소프트 엘라스토머의 "유전자전기(Flexoelectricity)"는 로봇 움직임을 향상시킬 수 있습니다

자연의 일부 재료는 전기 신호가 전송될 때 고무줄처럼 크기와 모양이 크게 변하거나 변형될 수 있습니다. 재료는 전기 신호가 전달될 때 변형되거나 조작될 때 전기를 공급하는 에너지 변환기 역할을 합니다. 이것을 압전이라고 하며 여러 다른 최종 용도 중에서 센서 및 레이저 전자 장치를 만드는 데 유용합니다. 이러한 자연 발생 물질은 드물고 종종 독성이 있는 딱딱한 결정 구조로 구성되어 있습니다. 이는 인간 응용 분야의 세 가지 뚜렷한 단점입니다.

인조 폴리머는 재료 부족을 제거하고 구부리거나 늘어나는 소프트 폴리머(소프트 엘라스토머로 알려져 있음)를 만들어 이러한 문제를 완화하는 단계를 제공하지만 이전에는 이러한 소프트 엘라스토머에 상당한 압전 특성이 없었습니다.

연구원들은 로봇의 움직임 범위를 개선하고 자체 구동 심장 박동기를 실제 가능성으로 만들 수 있는 소프트 엘라스토머에서 "거대한 굴곡 전기"를 시연했습니다. 이 이론은 부드럽고 고무 같은 재료에서 전기와 기계적 운동 사이의 연결을 설계합니다. 일부 폴리머는 약하게 압전성이지만 압전성인 부드러운 고무 같은 재료는 없습니다. 향상된 기능을 가진 이러한 다기능 소프트 엘라스토머에 대한 용어는 "거대한 굴곡 전기"입니다. 즉, 연질 재료에서 플렉소일렉트릭 성능을 향상시키는 것입니다.

대부분의 연질 고무 재료에서 굴곡 전기는 상당히 약하지만 분자 수준에서 단위 셀의 사슬을 재배열함으로써 이론은 연질 엘라스토머가 기존 양의 거의 104배의 굴곡 전기를 얻을 수 있음을 보여줍니다. 증가된 플렉소일렉트릭 특성을 포함하는 부드러운 엘라스토머로 만든 인간과 유사한 로봇은 물리적 작업을 수행하기 위해 더 넓은 범위의 동작을 수행할 수 있습니다. 인간의 심장에 이식하고 리튬 배터리를 사용하는 심박조율기는 자연적인 움직임이 전력을 생성하므로 자체적으로 전력을 공급받을 수 있습니다.

전기 신호를 생성하고 조작하는 부드러운 탄성 중합체의 역학은 인간의 귀에서 관찰되는 유사한 기능을 복제합니다. 소리는 고막을 때리면 진동하고 전기 신호를 뇌로 보내 해석됩니다. 이 경우 움직임은 부드러운 탄성 중합체를 조작하고 자체적으로 장치에 전원을 공급하기 위해 전기를 생성할 수 있습니다. 이러한 움직임에 의해 스스로 발전하는 과정은 일반적인 배터리보다 한 단계 업그레이드된 것입니다.

연질 엘라스토머에서 플렉소일렉트릭 효과를 개선하기 위한 노력은 향후 연구의 초점이 될 것입니다.