NASA 개발 고강도 탄소나노튜브 테이프 활용 MEMS 가속도계 및 자이로스코프

NASA 마셜 우주비행센터는 두 가지 MEMS(미세전자기계시스템) 모션 및 위치 센서 설계, 즉 단축 가속도계와 자이로스코프를 개발했습니다. 이 설계는 기계적으로 견고하고 우수한 압전 특성을 가진 고도로 정렬된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 테이프와 P(VDF-TrFE) 매트릭스를 감지 및 구동 요소로 활용합니다.

자이로스코프에 CNT 테이프를 사용할 수 있게 된 것은 최근 CNT 가공 기술이 향상되어 더 길고 고도로 정렬된 CNT를 얻을 수 있게 되었기 때문입니다. CNT 사용으로 가속도계와 자이로스코프가 더 강하고 견고해졌으며, 크기나 무게는 증가하지 않았습니다. 실리콘(Si) 및 석영 센서와 비교해 가장 큰 장점은 가공이 필요 없는 쉬운 제조 공정입니다.

기존 압전 가속도계의 단점 극복

NASA의 가속도계는 바륨 티타네이트(BaTiO₃)나 납 티타네이트(PZT) 같은 세라믹 재료로 만든 기존 압전 가속도계의 단점을 해결하기 위해 설계되었습니다. 이러한 재료는 본질적으로 취약하고 노이즈가 많으며 저주파 감지가 어렵고, 정전하 축적으로 분극에 영향을 받으며, 상대적으로 크고 비쌉니다. NASA 혁신의 독창적 특징은 탄소나노튜브/P(VDF-TrFE) 테이프를 구동 및 감지 요소로 사용한다는 점입니다.

작동 원리

새로운 가속도계는 스프링-질량 시스템으로 작동합니다. 고정된 벽 사이에 움직이는 질량이 있고 양쪽에 CNT 테이프가 부착되어 있습니다. 외부 힘이 질량에 작용하면 질량은 단일 축을 따라 변위됩니다. 이 센서는 한 쪽 테이프를 액추에이터로 사용하여 움직이는 질량의 운동을 감쇠시키고, 다른 쪽 테이프로 질량 변위를 감지합니다.

단축 가속도계는 단독으로 사용하거나 2축 자이로스코프의 기초로 사용할 수 있습니다. 자이로스코프에서 CNT 테이프는 진동 요소로 사용됩니다. NASA 자이로스코프 설계는 세 가지 구성을 다룹니다: 자이로스코프의 전도성 로터 주위에 CNT 테이프를 감은 구성, CNT 테이프와 압전 소재를 층으로 쌓아 로터 형상을 만든 구성, 압전 소재를 분사한 CNT 테이프를 로터로 사용하는 구성.

NASA는 이 기술의 상용화를 위해 라이선시를 적극적으로 찾고 있습니다. 새미 나보르스(Sammy Nabors, 이메일: 보호됨, 전화: 256-544-5226)로 연락하여 라이선스 논의를 시작하세요. 더 많은 정보는 여기를 참조하세요.