토론토 대학교 응용 과학 및 공학부의 연구원들이 설계한 새로운 소재는 인간 피부의 유연성과 개선된 전도성 및 -93C의 낮은 온도 내성을 결합합니다.
이온 피부 또는 iSkin으로 알려진 이 물질은 웨어러블 전자 장치에서 소프트 로봇 공학에 이르기까지 광범위한 기술을 향상시킬 수 있습니다. 하이드로겔이라고 불리는 물질군에 속하는 물질.
"하이드로겔은 화학 구조 내에 많은 양의 물을 보유할 수 있는 가교결합된 폴리머입니다."라고 현재 MIT에서 박사후 과정을 마치고 있지만 McGill University에서 대학원 연구를 추구하는 동안 재료 설계를 주도하고 동시에 University of T 공학 교수 Xinyu Liu의 연구실에서 방문 박사 과정 학생으로 일하고 있는 Binbin Ying은 말합니다.
“우리 몸의 많은 조직은 하이드로겔이므로 화장품이나 조직 공학과 같이 생체 적합성이 중요한 응용 분야에 자주 사용됩니다. 그러나 부드럽고 유연하거나 웨어러블 전자 장치에 사용하려면 기계적 신축성 및 전기 전도성과 같은 새로운 기능을 추가해야 합니다.”
작년에 Ying과 Liu는 몇 가지 기능을 선보인 iSkin의 초기 버전을 공개했습니다. 자체 전원이 공급되고 무독성이며 원래 크기의 400%까지 늘릴 수 있습니다.
가장 중요한 것은 재료를 구부리면 전도성이 비례적으로 변화한다는 것입니다. 이를 통해 물리적 움직임을 유사한 전기 신호로 변환할 수 있습니다.
"물리치료사는 무릎이나 팔꿈치에 부착하여 언제 얼마나 관절이 움직이는지 측정할 수 있습니다."라고 Liu는 말합니다. “또한 장갑에 코팅하여 손의 움직임을 측정하고 추적할 수 있게 했으며, 이를 통해 로봇을 제어하는 데 사용할 수 있습니다. 모든 종류의 인간-기계 상호 작용을 촉진하는 매우 다재다능한 방법입니다.”
학부생 Ryan Chen, Runze Zuo 및 박사 과정 학생인 Zhanfeng Zhou의 기여를 통해 연구원들은 iSkin의 추가 응용 프로그램을 탐색하고 있습니다. 예를 들어 기계적 그리퍼에 재료 패치를 추가하면 쥐고 있는 각 항목에 고유한 일련의 피드백 신호가 제공됩니다. 신호 조합을 분석하면 로봇이 무엇을 집어드는지 "느낄" 수 있습니다. 로봇은 인공 지능 알고리즘과 결합하여 단단한 것과 부드러운 것, 둥근 것과 정육면체 등을 구별하고 적절하게 분류하는 방법을 학습할 수도 있습니다.
지금까지 iSkin은 모든 하이드로겔에 공통적인 단점이 있었습니다. 하이드로겔 내부의 물이 얼면 생성된 얼음 결정이 복잡한 폴리머 매트릭스에 심각한 손상을 줄 수 있습니다. 차갑고 건조한 공기는 또한 하이드로겔에서 남아 있는 액체 물을 빨아들일 수 있습니다.
Ying과 그의 팀원들은 식품에서 헤어 젤에 이르기까지 모든 것에 일반적으로 사용되는 무독성 화학 물질인 글리세롤을 추가하여 문제를 해결했습니다. 가능한 수백 가지 레시피를 주의 깊게 테스트한 후 그들은 재료의 다른 유용한 특성을 희생하지 않고 내한성을 높이는 새로운 iSkin 공식을 개발했습니다.
추가 보너스로, 새로운 제형은 하이드로겔이 피부, 의복 및 기타 재료 모두에 훨씬 더 쉽게 부착되도록 합니다.
"우리는 그것을 재킷 바깥쪽에 붙이고 영하 10도였던 토론토의 겨울 속으로 걸어 나갔습니다."라고 Ying은 말합니다. "우리는 연구실에서 했던 것과 같은 종류의 측정을 할 수 있었습니다."
내한성 및 개선된 점착성으로 인해 재료에 대한 가능한 응용 프로그램 목록이 더욱 늘어납니다. 예를 들어, 분류 기계 그리퍼는 이제 사람이 작업하기 불편한 저온 저장 시설에서 작동할 수 있습니다.
팀은 또한 소프트를 포함한 다른 가능성을 구상합니다. 로봇 북극 환경의 거친 지형을 기어오를 수 있도록 설계되었습니다. 앞으로 그들은 계속해서 재료를 개발하고 잠재적으로 소형화할 계획입니다.