인공근육의 기본적인 화합물과 그 활용 가능성1. 조사한 폴리머특정한 폴리머를 조사한 것 보다 어떤 목적을 가지고 만들고 있는 것들 중 사용되는 고분자를 조사해 보았다. 현재 인공근육(Artificial Muscles)에 대한 연구 등이 활발히 진행되고 있는데 우리나라에서도 시작단계에 들어와 있다. 지금 활발히 연구하는 곳은 미국이며 그중 NASA이다. 벌써 사용 되는 곳이 있을 정도이며, 이것은 다른 구동 장치보다 효율성이 높은 이유도 있다.인공 근육은 여러 곳에 사용된다. 우주공학에 사용되고, 의학에서도 사용되면 여러 부분에서 사용될 수 있다. 전기적 에너지를 직접 운동에너지로 바꾸기 때문에 기존의 전기에너지->자기장->모터->운동에너지라는 순서에서 전기에너지->운동에너지라는 단계로 바뀌기 때문에 기존 보다 효율성 높은 것을 만들 수 있기 때문이다. 전기 에너지 뿐만 아니라 이온으로 작동하는 것, PH에 따라 작동하는 것등이 있다.사람의 근육은 보통 최대 20%가 수축을 해서 운동을 할 수 있다. 이것을 모태로 해서 여러 가지 인공 근육이 만들어 지고 있는 것이다. Electroactive Polymer(EAP)를 이용하며, 이중 몇 가지 방법을 찾아보았다.Nafion 1172. 종류와 사용 되는 화학물● Ionic EAP? Ion-exchange Polymer Metal matrix Composite (IPMC)? 기본 폴리머 : Nafion 117① 수용액 Platinum ammine complex ([Pt(NH3)4]Cl2 or [Pt(NH3)6]Cl4)② Sodium Borohydride (NaBH4)③ Hydrazine hydrate (NH2NH2- ~1.5H2O)④ Hydroxylamine hydrochloride (NH2OH-HCl)⑤ Dilute ammonium hydroxide solution (NH4OH 5% solution)⑥ Dilute hydrochloric acid (HCl aq, 2 N solution and 0.1 N solution)⑦ Deionized water(자세한 제법은 http://ndeaa.jpl.nasa.gov/nasa-nde/lommas/eap/IPMC_PrepProcedure.htm)Pyrrole? Triple layer made of Polypyrrole and Solid Polymer Electrolyte? 모노머 : Pyrrole -> Poly pyrrole (PPY)① 기본 전해 고체 폴리머 : poly (epichlorohydrin-co-ethylene oxide) -> [HYDRIN]② poly (epichlorohydrin-co-ethylene oxide)Lithium Perchlorate (LiClO4)③ Acetonitrile HPLC grade (ACN).④ Tetrahydrofuran HPLC grade (THF)⑤ Deionized water⑥ 전극 : 광이나는 스텐레스 스틸 판[PPY|| HYDRIN || PPY] 형태(자세한 제법은http://ndeaa.jpl.nasa.gov/nasa-nde/lommas/eap/Polypyrrole-PrepProcedure.htm)● Electric Field Activated EAP (Electronic EAP)? 전극 : 전도성 Carbon 그리스① 폴리머 : acrylic adhesive tape from 3M (VHB-4910)● 기타 : PH activaed polymers3. 활용인공근육은 미래에 상당한 산업으로써 부가가치를 가질 수 있을 것이다. 특히 우주항공 분야, 로봇분야, 의학 분야 그리고 군사 산업 분야에서 많은 활용성을 가질 수 있을 것이다.인공 근육은 전기적 신호나 기타 주변에 처한 환경에 따라 수축을 하거나 늘어나는 등의 운동을 하는 것으로써 궁극적인 목표는 인간의 근육과 같은 특성을 가지는 것이고 더 나아가서 인간의 근육보다 더욱 발전한 특성을 개발하는 것이라 생각하겠다.인공근육의 활용법은 무궁무진 하다고 볼 수 있다. 왜냐 하면 모든 구동기계들 특히 모터 부분들을 대체 할 수 있으며 또한 효율성이나 사용법등에 있어서 간단한 부분도 많기 때문에 여러 용도로 활용이 가능할 수 있다. 그 크기도 작게 할 수 있기 때문에 미세분야에서 많이 쓰일 것이라 생각 된다. 그래서 미래에 사용될 활용법이나 현재 사용하고 있는 사용처에 대해서 다음에 정리해 보았다.? 우주 항공 분야 및 로봇 분야이 부분에서의 인공 근육 활용은 벌써부터 이루어져 왔다. 특히 미국의 나사의 경우 화성 탐사선 등에 활용을 하고 있으면 화성을 탐사하는 탐사 로봇에 사용하고 있다. 옆 그림에 그 한 예를 들 수 있는데 앞의 와이퍼 부분을 일반 모터를 이용한 방식이 아니라 인공 근육을 이용하여 사용한 것이다. 모터와는 다르게 전기적 신호에 따라서 운동을 하기 때문에 불필요한 구동부분을 없앨 수 있고, 특히 크기를 작게 할 수 있기 때문에 장점이라 볼 수 있겠다. 아직 구동전압이 높기 때문에 보완해야 할 점도 있다 할 수 있다.구동장치가 따로 필요 없으며 유연성도 높기 때문에 모터를 설치하기 어려운 부분 등에 사용하기 쉽고 나아가서는 로봇분야에서 인간과 흡사하게 근육으로 작동하는 것을 개발 할 수 있게 될 것이다. (아이로봇이라는 영화에서 이 인공근육을 사용한 로봇이 등장하였다.)① 의학 분야인공근육을 이용한 눈동자 운동의학 분야야 말로 정말 많은 부분에서 쓰일 수 있다. 인공 근육의 경우에는 그 크기가 상당히 작기 때문에 미세한 분야에 쓰일 수 있다. 의학에서는 미세 캡슐로 된 특정 약을 혈관 속에 넣은 후에 특정한 위치까지 보낸 후 약물을 내 보내기 위해서 모터가 쓰이기 힘들지만 미세 인공 근육을 이용한다면 수축하는 성질을 이용하여 그 약물을 밖으로 내보낼 수 있게 된다. 또한 더 개발이 된다면 루게릭병 같은 환자들에게 이식을 하여서 생존을 유지하거나 더 나아가서 근육을 대체할 수 있을 수도 있겠다. 아직 문제점도 많은데 인공근육이 제대로 이용하기 위해서는 30cm이상이 되어야 하고 수축력도 인간 근육이 약 20%정도인데 그 크기수준에서 수축력이 개발이 되어 있지 않고 다만 작은 크기에서 300%까지 수축하는 것은 개발된 상태이다. 이것이 개발이 된다면 우선적으로 의족이나 의수 분야에서 획기적으로 달라 질 것이라 생각된다. 거의 사람의 손이나 발과 흡사하게 바뀔 것이고 나아가서는 손, 발도 바꾸는 시대가 올 수도 있겠다.애니 스프리건 (입고있는 옷이 파워슈트)② 군사 산업 분야인공근육이 사람의 근육보다 수축력이 뛰어난 것을 개발 한다면 이공근육 옷을 입으면 일반 사람보다 몇 배에서 몇 십배의 힘을 낼 수 있는 것을 만들어 낼 수 있게 될 것이고 그 결과 슈퍼 솔져가 나올 가능 성도 있다. 벌써 미국에서는 개발을 하고 있는 분야 중에 하나이다. 일본 애니메이션 중에 스프리건 (spriggan)이라는 애니가 있는데 주인공이 파워슈트라는 옷을 입게 되면 일반보다 몇 십배의 힘이 증가하는 것을 볼 수 있다. 이렇게 공상을 하였던 것들이 실제가 될 수 있다는 것이다. 그 외에도 곤충과 같은 크기의 스파이 로봇이라든지, 아니면 정말 미래에는 터미네이터 같은 로봇이나, 공각기동대에 나오는 것처럼 일반 사람의 전신이 기계와 인공근육으로 바뀌어 진정한 슈퍼 솔져가 탄생 할 수도 있다는 것이다.③ 기타 분야심해저를 탐사하기 위해서는 현재의 경우 압력 같은 문제 때문에 탐사의 제약이 많았지만 이온성고분자복합체(IPMC)같이 물을 좋아하는 물질의 경우에는 심해저용 소형 잠수정으로 활용할 가능성도 있다. 마치 해파리처럼 흐늘거리게 작동하면서 심해저를 돌아다니면서 탐사를 할 수 있겠다.영화 아이로봇의 NS-5미래에는 이같이 인공근육을 사용한 로봇을 볼지도 모른다.4. 해결 할 문제인공 근육이 개발되어 많은 곳에 활용된다면 그 가능성은 상당히 무궁무진하다고 보겠다. 하지만 아직 문제점이 없는 것은 아니다. 당연히 개발되고 있는 것이기 때문에 여러 문제가 있고, 가장 핵심이 되는 것은 인간과 같은 수준이나 그보다 나은 수준의 인공근육을 원하기 때문에 위에서 언급한 적이 있는 데로 아직 그 크기를 수 cm정도 밖에 못 만든다는 것에 있다. 우선 필요할 것은 작은 크기의 인공 근육을 서로 이어서 원하는 특성을 만들어 낼 수 있다고 생각하지만 문제는 이었을 경우에 각기 다르게 컨트롤을 해야 하기 때문에 컨트롤이 힘들다고 볼 수 있다. 따라서 개인적인 생각으로는 인공 신경분야도 함께 발전해 나갔으면 하는 바램도 있다. 이 인공 근육을 정확히 컨트롤하기 위해서는 각각의 인공 근육에 신호를 보내는 방법을 사용함으로써 사람처럼 자유롭게 운동하게끔 만들 수 있게 될 것이다.
![[고분자화학, 화학, 우주공학] 인공근육의 기본적인 화합물과 그 활용 가능성(Artificial Muscles)](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2004/11/15/data3410197-0001.jpg)
[고분자화학, 화학, 우주공학] 인공근육의 기본적인 화합물과 그 활용 가능성(Artificial Muscles)
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