최근 중국 동화대학교와 독일 율리히 중성자과학센터(JCNS) 연구진이
최근 몇 년 동안 전 세계의 로봇인체의 일부를 닮아 그 기능을 재현하는 인공 시스템을 만들려고 합니다. 여기에는 로봇의 감각 능력을 향상시키는 보호층인 인공 피부가 포함됩니다.
“우리가 알고 있듯이 피부는 가장 큰 요소입니다.우리 몸을 건강하고 반응적으로 유지하기 위해 보호층과 감각 인터페이스 역할을 하는 인체 기관입니다.”라고 연구 저자 중 한 명인 Shentong Sun이 TechXplore에 말했습니다. “인공지능과 소프트 로봇공학의 급속한 발전으로 엔지니어들은 인간의 기계적, 감각적 특성을 모두 재현하는 인공 피부를 휴머노이드 로봇에 덮어 인간처럼 끊임없이 변화하는 외부 환경을 인지할 수 있도록 노력하고 있습니다.”
왜냐하면 사람의 피부는매우 복잡한 시스템, 모든 기능을 모방하는 것은 극히 어렵습니다. 예를 들어 인간의 피부는 이온 기반 전자 신호를 감지하는 것만으로 압력, 표면 변형, 온도 변동 등 다양한 환경 변화를 감지할 수 있습니다.
실제 인간 피부의 생명 공학을 기반으로 한 나노 섬유 구조의 자가 치유 하이브리드 이온 피부. 이미지: Wang et al.
피부의 자연스러운 구조에서 영감을 받아이봐, 엔지니어들은 자가 치유 나노태그와 이온 매트릭스를 기반으로 인공 하나를 만들었습니다. 그들은 각각 콜라겐과 엘라스틴(결합 조직 단백질)의 기능을 재생합니다. 그 결과 부드럽지만 늘어나면 딱딱해지는 재료가 됩니다. 이 특성을 변형 강성이라고 합니다. 또한 새로운 인공 피부는 손상 후 자가 치유되고 피로에 강하며 형태 변형에 빠르게 반응하며 이는 감각 응용 분야에서 특히 중요합니다.
수리 가능한 나노섬유에서 영감을 받아피부 구조에서 엔지니어는 자가 치유 탄성 나노메쉬 스캐폴드를 다른 자가 치유 소프트 이온 매트릭스에 통합하여 인공 이온 피부를 만들었습니다. 나노태그는 상온에서 이황화 결합의 교환으로 인해 자가 치유되는 합성 폴리우레탄을 전기방사하여 얻었다. 이온성 매트릭스는 폴리아크릴아미드-아크릴산, 히알루론산 및 CaCl₂(염화칼슘)의 수용액을 증발시켜 제조하였다.
실험에 따르면 스트레칭을 10,000번 반복해도 피부가 손상되지 않습니다. 하이브리드 이온 피부의 계산된 피로 역치는 인간 근육의 거의 두 배입니다.
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표지 사진: Kai Jacobson/UBC 응용 과학 학부, 다른 이온 피부 연구에서