나노기술 및 정책 정보

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미국 텍사스 대학의 연구진과 미국, 호주, 한국 및 중국의 공동 연구진은 탄소나노튜브 또는 폴리머 원사를 꼬고 감아 인공근육을 제작함.

열 구동 대신 전기 화학적으로 구동되는 탄소나노튜브(CNT) 근육은 로봇 공학 및 심장 펌프에서 모핑 의류에 이르기까지 다양한 응용분야에서 빠르고 강력한 대형 뇌졸중 인공근육에 대한 수요를 충족하기 위한 대체 접근 방식을 제공함.

전기 화학적으로 구동되는 근육은 열 근육의 열역학적 열기관 한계에 의해 에너지 변환 효율이 제한되지 않고 상당한 에너지를 소비하지 않으면서 무거운 하중을 지탱할 수 있기 때문에 특히 유망함. 반면, 인간근육과 열 동력 근육은 기계적 작업을 수행하지 않을 때에도 무거운 하중을 지탱하기 위해 많은 양의 에너지를 필요로 함.

연구진은 더 빠르게 구동할 때 더 많이 수축하는 강력한 단극 전기 화학적 원사 근육을 개발하여 이러한 중요한 문제를 해결한다고 설명함.

전기 화학적으로 구동되는 CNT 원사 근육은 근육과 상대 전극 사이에 전압을 적용하여 작동되며, 이는 주변 전해질에서 근육으로 이온을 유도함.

그러나 전기 화학적 CNT 근육은 근육 작동이 양극성이고, 주어진 전해질은 특정 전압 범위에서만 안정적이라는 한계가 존재함.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 코일형 탄소나노튜브 원사의 내부 표면이 양전하 또는 음전하를 띠는 화학 그룹을 포함하는 적절한 이온 전도성 폴리머로 코팅될 수 있음을 발견함.

이 폴리머 코팅은 탄소나노튜브 얀의 정상적인 양극 작동을 단극 작동으로 전화하는데, 여기서 근육은 전해질의 전체 안정성 범위에 걸쳐 한 방향으로 작동함. 이는 전기 화학 탄소나노튜브 근육을 훨씬 더 빠르고 강력하게 만드는 결과를 가져옴.

본 연구 성과는 Science ("Unipolar stroke, electroosmotic pump carbon nanotube yarn muscles")에 게재됨.