나노기술 및 정책 정보

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가장 좋아하는 티셔츠, 백 번 입었던 티셔츠, 그리고 그것들이 겪은 모든 학대에 대해 생각해 봅시다. 기억할 수 있는 것보다 더 많이 씻기고, 오염물이 묻고, 펴지고, 눌려지고, 스토브에 기대어 노래를 부를 때 비벼지기도 함. 옷에 많이 사용되어 미래의 스마트한 직물이 되기 위해 처해지는 모든 환경에서 견뎌내려면 그 구성 요소가 탄력적이어야 함.

대학교() 연구팀이 직물과 소프트 로봇 시스템에 내장될 수 있는 매우 민감하고 심각하게 탄력적인 스트레인 센서를 개발했음. 현재의 소프트 스트레인 게이지는 매우 민감하지만 깨지기 쉬움. 문제는 고감도 센서는 일반적으로 매우 약하고 튼튼한 센서는 일반적으로 매우 민감하지 않음. 그래서 연구팀은 각 속성을 충분히 제공 할 수 있는 메커니즘을 찾아야했음. 결국 연구원들은 Slinky와 매우 흡사하게 보이고 작동하는 디자인을 만들었음. Slinky는 단단한 금속의 원통이지만이 나선형 모양으로 패턴을 만들어 신축성이 있음. 그것이 연구팀이 여기서 한 일로 단단한 벌크 재료(이 경우 탄소 섬유)로 시작하여 재료가 늘어나는 방식으로 패턴화 했음. 이 패턴은 날카로운 기복이 뱀의 미끄러운 모양과 비슷하기 때문에 사문석 사행으로 알려져 있음. 패턴화된 전도성 탄소 섬유는 두 개의 사전 변형된 탄성 기판 사이에 끼워짐. 센서의 전체적인 전기 전도도는 패턴이 있는 탄소 섬유의 가장자리가 서로 접촉하지 않으면 변함. 이는 양쪽 끝을 당길 때 슬링 키의 개별 나선이 서로 접촉하지 않는 방식과 유사함. 이 프로세스는 센서의 고감도의 핵심인 소량의 변형으로도 발생함. 실리콘 나노와이어 또는 금 나노와이어와 같은 특이한 재료에 의존하는 현재의 고감도 신축성 센서와 달리 이 센서는 특별한 제조 기술이나 클린룸이 필요하지 않음. 이 센서는 어떠한 전도성 물질을 사용하여도 만들 수 있음.

연구원들은 센서를 메스로 찌르고, 망치로 두드린 다음, 자동차로 밟고 지나가고, 세탁기에 10 번 빨아서 센서의 탄력성을 테스트했음. 센서는 손상없이 각 테스트를 통과했음.

그 감도를 입증하기 위해 연구원들은 센서를 패브릭 팔 슬리브에 내장하고 참가자에게 주먹, 손바닥을 펴고 집는 동작을 포함하여 손으로 다른 제스처를 해보도록 요청했음. 센서는 패브릭을 통해 피사체의 팔뚝 근육의 작은 변화를 감지했으며 머신 러닝 알고리즘을 통해 이러한 제스처를 성공적으로 분류할 수 있었음. 이러한 탄력성과 기계적 견고함은 이 센서를 완전히 새로운 범주에 진입시켰음. 이러한 슬리브는 가상현실 시뮬레이션 및 스포츠웨어에서 파킨슨병과 같은 신경 퇴행성 질환의 임상 진단에 이르기까지 모든 분야에 사용될 수 있음.

하버드의 기술 개발 사무소는 이 프로젝트와 관련된 지적재산을 보호하기 위해 출원했음. 고감도와 탄력성의 조합은 이러한 유형의 센서가 가지는 분명한 이점임. 현재 이 센서가 제공하는 인체에 대한 친밀한 인터페이스로 인해 이 센서를 의류에 통합할 수 있는 방법을 연구하고 있음. 이는 현재의 접근 방식으로는 불가능한 하루 종일 생체 역학적 및 생리학적 측정을 수행할 수 있으므로 흥미로운 새로운 응용 프로그램을 가능하게 할 것임.

본 연구 성과는 ‘Nature’ ("Ultra-sensitive and resilient compliant strain gauges for soft machines") 지에 게재됨.