• Title/Summary/Keyword: 생체모방공학

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Fabrication of a biomimetic hierarchical surface structure replicated from a lotus leaf (연꽃잎 모사를 통한 생체모방 계층적 표면 구조 제작)

  • Lee, Hyeong-Jin;Kim, Min-Seong;Kim, Geun-Hyeong
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2017.05a
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    • pp.108-108
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    • 2017
  • 다양한 생체 재료들을 이용한 마이크로 및 나노 크기의 표면 구조 모사는 조직공학에서 세포의 성장 및 분화에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 특히, 마이크로-나노 구조가 공존하는 계층적 표면 구조는 골 아세포의 증식과 분화에 탁월하여 뼈 조직 재생에 응용되어 왔다. 기존에는 화학적 처리 기법을 이용하여 마이크로 표면 구조가 제작 되었으나 미세 거칠기 및 계층적 표면 구조의 제어가 어려웠다. 현재 이러한 문제점들을 극복하기 위해 플라즈마를 이용한 애칭 기법이 주로 이용되고 있으나 높은 온도 공정 환경에 의한 재료 선택의 한계점 및 오랜 공정 시간에 의한 플라즈마 처리 효율이 감소되어 원하는 표면구조 및 거칠기를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 극복하기 위해 마이크로/나노 주조 기법 이용하여 생체적합성 합성고분자 poly(${\varepsilon}$-caprolactone) (PCL) 위에 연꽃잎 구조를 모사한 후 플라즈마 애칭 기법을 이용하여 마이크로-($3.01-3.07{\mu}m$)와 나노크기 ($97{\pm}16nm$)를 동시에 갖는 계층적 구조를 제작하였다. 제작된 구조의 효능을 관찰하기 위해 조골세포를 배양한 결과 평평한 PCL 구조보다 제작된 계층적 구조가 높은 세포성장률 (>2.9배)및 세포 분화도(>2.1배)를 보였다. 이러한 결과는 새로운 표면 공학적 모델로서 손상된 뼈 및 치아조직 재생을 위한 적합한 거칠기 및 표면적인 환경을 제공해 빠른 재생 능력과 더불어 치료기간의 단축을 가져 올 수 있을 것으로 사료된다.

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Theoretical Modeling and Dynamic Characteristics of a Cantilever IPMC Actuator (외팔보형 IPMC 구동기의 이론적 모델링과 구동특성)

  • Han, Dae-Woong;Lee, Seung-Yop;Cho, Sang-Ho
    • Proceedings of the KSME Conference
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    • 2008.11a
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    • pp.1521-1526
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    • 2008
  • IPMC(Ionic Polymer-Metal Comosite) exhibits large deformation, having great attention in many application fields. It generates bending moment by ion exchange polymer film. It can be quickly bended by the applied voltage across the plated electrode of the polymer film. In the present paper, we derive the theoretical modeling and dynamic analysis of bending motions of IPMC actuators using the Euler-Bernoulli beam theory. The theoretical model of a cantilever IPMC actuator estimates the moment produced by the applied voltage. The dynamic characteristics, including natural frequencies and frequency response, are calculated by the theoretical model, and they are compared with the experimental results and finite element analysis. It is shown that the mathematical modeling allows precise estimation to the voltage-driven motion of the cantilever IPMC in air.

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Study on the Floating and Sinking of Insects Living on Water (물 위에 사는 곤충의 부양과 가라앉음에 관한 연구)

  • Lee Duck-Gyu;Kim Ho-Young
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.30 no.10 s.253
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    • pp.982-986
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    • 2006
  • It is well known that the surface tension forces can make a particle denser than water float when the size of the particle is of the order of 1 mm. This is deeply related to the basic mechanism enabling small insects to wander around on the pond surface and also to a newly emerging technology of self-assembly using capillary forces. For the quantitative understanding of this effect, we experimentally study the maximum density of a cylinder that can float on water and how fast the cylinder sinks when the density exceeds the maximum value. We compare our experimental results with the theoretical prediction and find good agreement between them.

Recent Research Trend in Nanocomposite Hydrogel Actuators (나노복합 하이드로겔 액추에이터의 연구동향)

  • Chung, Taehun;Han, Im Kyung;Kim, Youn Soo
    • Prospectives of Industrial Chemistry
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    • v.23 no.2
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    • pp.40-50
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    • 2020
  • 소프트 로봇의 수요와 관심이 증가함에 따라 생체 모방형 액추에이터 연구가 큰 관심을 받고 있다. 액추에이터란 외부 에너지를 기계적인 동작으로 변환하는 장치이며, 재료 자체가 유연하여 부드러운 움직임을 재현할 수 있는 소프트 액추에이터의 연구가 활발히 진행되고 있다. 고분자 연성 재료 중에 하나인 하이드로겔은 90% 이상이 물로 구성되어 있기 때문에 생체 친화적이면서 동시에 환경 친화적인 재료이며 이를 기반으로 한 액추에이터 연구가 새로이 각광받고 있다. 최근에는 하이드로겔 액추에이터의 성능 향상을 위해 나노재료를 하이드로겔에 첨가하는 연구가 진행되고 있으며, 나노재료가 갖는 고유의 특성을 활용함으로써 하이드로겔 액추에이터의 자극 감응성 향상, 변형 방향의 제어, 높은 변형 효율 그리고 기계적 물성 증가가 보고되고 있다. 이는 헬스케어를 위한 웨어러블 장치, 재활을 목적으로 한 인공 근육 등에 적용이 가능하다. 본 기고문에서는 자극 감응성 고분자와 나노재료를 이용한 하이드로겔 액추에이터 연구에 대해 자극(전기장, 빛, 열, 자기장)의 종류에 따라 분류하여 소개하고, 합성 전략 및 구동 원리에 대해 간략하게 설명하고자 한다.

Recent Research Trend in Soft Tactile Sensor for Electronic Skin (전자피부(E-Skin)용 유연 촉각센서 연구동향)

  • Jee, Eunsong;Kim, Joo Sung;Kim, Do Hwan
    • Prospectives of Industrial Chemistry
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    • v.21 no.1
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    • pp.3-18
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    • 2018
  • 전자피부(Electronic skin)는 외부 환경과의 상호작용하는 인간 피부의 기능을 대체하여 외부 자극 신호를 전기적 신호로 변환하는 센서들로 이루어진 인공피부로써, 최근 인간과 전자기기 간의 인터페이스에 대한 관심이 급증하면서 이에 대한 많은 연구들이 진행되고 있다. 그중에서도 피부의 주된 기능인 외부 물리적 자극을 인지하는 촉각을 모방하는 촉각센서는 많은 발전을 거쳐 왔으며, 한계를 극복하고자 다양한 연구들이 진행되고 있다. 촉각센서는 압력, 인장, 굽힘과 같은 물리적 자극에 반응하며, 물리적 자극 신호를 아날로그 및 디지털 신호로 변환하여 인지하는 연구들이 폭넓게 개발되고 있다. 또한, 소자의 구조에 따라 물리적 자극을 전달하는 다양한 변환 방식들이 있으며, 최근에는 각 신호 변환 방식의 민감도, 반응속도, 자극 인지 범위 등의 한계점을 극복하고, 소재의 기계적 물성을 향상시키기 위해 소재의 변형을 주거나 생체의 기관 구조 및 외부 자극 인지 원리 등을 모사한 연구들이 많은 관심을 받고 있다. 본 기고에서는 이러한 촉각센서의 물리적 자극 신호 변환 방식과 소재 변형 및 생체 모사를 통한 다양한 연구들을 소개하고자 하며, 이를 통하여 촉각센서의 나아갈 방향을 제시하고자 한다.

Synthesis of Size Controllable Amine-Functionalized Silica Nanoparticles Based on Biomimetic Polyamine Complex (생체 모방 폴리아민 복합체 기반의 크기 조절이 가능한 아민 기능화 실리카 나노입자의 합성)

  • Kim, Dong-Yeong;Kim, Jae Seong;Lee, Chang-Soo
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.60 no.3
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    • pp.407-413
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    • 2022
  • This study demonstrates a method for synthesis of amine functionalized and easily size controllable silica nanoparticles through biomimetic polyamine complex. First, we generate a polyamine nanocomplex composed of polyallylamine hydrochloride (PAH) and phosphate ion (pi) to synthesize silica nanoparticles. The size of polyamine nanocomplex is reversibly adjusted within the range of about 50 to 300 nm according to the pH conditions. Amine groups of the PAH in the nanocomplex catalyzes the condensation reaction of silicic acid. As a results, silica nanoparticles are synthesized based on nanocomplex in a very short time. Finally, we synthesize silica nanoparticles with various sizes according to the pH conditions. In the process of synthesizing silica nanoparticles, polyamine chains that act as catalysts are incorporated into the inside and surface of the particles, subsequently, amine groups are exposed on the surface of silica nanoparticles. As a results, the synthesis and surface modification of silica nanoparticles are performed simultaneously, and the silica nanoparticles introduced with amine groups can be easily synthesized by adjusting the sizes of the silica nanoparticles. Finally, we demonstrate the synthesis of functional silica nanoparticles in a short time under milder conditions than the conventional synthetic method. Furthermore, this method can be applicable to bioengineering and materials fields.

Development of Autonomous Bio-Mimetic Ornamental Aquarium Fish Robotic (생체 모방형의 아쿠아리움 관상어 로봇 개발)

  • Shin, Kyoo Jae
    • KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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    • v.4 no.5
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    • pp.219-224
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    • 2015
  • In this paper, the designed fish robots DOMI ver1.0 is researched and development for aquarium underwater robot. The presented fish robot consists of the head, 1'st stage body, 2nd stage body and tail, which is connected two point driving joints. The model of the robot fish is analysis to maximize the momentum of the robot fish and the body of the robot is designed through the analysis of the biological fish swimming. Also, Lighthill was applied to the kinematics analysis of robot fish swimming algorithms, we are applied to the approximate method of the streamer model that utilizes techniques mimic the biological fish. The swimming robot has two operating mode such as manual and autonomous operation modes. In manual mode the fish robot is operated to using the RF transceiver, and in autonomous mode the robot is controlled by microprocessor board that is consist PSD sensor for the object recognition and avoidance. In order to the submerged and emerged, the robot has the bladder device in a head portion. The robot gravity center weight is transferred to a one-axis sliding and it is possible to the submerged and emerged of DOMI robot by the breath unit. It was verified by the performance test of this design robot DOMI ver1.0. It was confirmed that excellent performance, such as driving force, durability and water resistance through the underwater field test.

A Bio-Inspired Modeling of Visual Information Processing for Action Recognition (생체 기반 시각정보처리 동작인식 모델링)

  • Kim, JinOk
    • KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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    • v.3 no.8
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    • pp.299-308
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    • 2014
  • Various literatures related computing of information processing have been recently shown the researches inspired from the remarkably excellent human capabilities which recognize and categorize very complex visual patterns such as body motions and facial expressions. Applied from human's outstanding ability of perception, the classification function of visual sequences without context information is specially crucial task for computer vision to understand both the coding and the retrieval of spatio-temporal patterns. This paper presents a biological process based action recognition model of computer vision, which is inspired from visual information processing of human brain for action recognition of visual sequences. Proposed model employs the structure of neural fields of bio-inspired visual perception on detecting motion sequences and discriminating visual patterns in human brain. Experimental results show that proposed recognition model takes not only into account several biological properties of visual information processing, but also is tolerant of time-warping. Furthermore, the model allows robust temporal evolution of classification compared to researches of action recognition. Presented model contributes to implement bio-inspired visual processing system such as intelligent robot agent, etc.

Design of Bio-Inspired Morpho Butterfly Structures for Optical Sensor Applications (광학 센서 응용을 위한 모르포 나비 날개 모방 구조 설계)

  • Kim, Hyeon Myeong;Lee, Gil Ju;Kim, Min Seok;Kim, Kyu Jung;Song, Young Min
    • Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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    • v.33 no.5
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    • pp.357-362
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    • 2016
  • Various species of insects display vivid colors, widely known as 'structural color' due to their optical interference. Morpho butterflies are famous for their brilliant iridescent colors, which arise from the photonic-nanostructures of optical interference on their wings. In this paper, we outline the results of a comparative study of the optical properties of bio-inspired Morpho butterfly structures with the widely known Distributed Bragg Reflector (DBR), conducted using a rigorous coupled-wave analysis (RCWA) method for the two structures. Almost analogous tendencies were observed for both Morpho and DBR structures. With variation in the surrounding media, however, Morpho structures showed an obvious peak shift while no significant changes were observed in DBR, which can be applicable.

Kinematic Modelling of the Trot of a Lizard Based on the Motion Capture (모션 캡쳐에 기반한 도마뱀 속보에 대한 기구학적 모델링)

  • Kim, Chang Hoi;Shin, Ho Cheol;Lee, Heung Ho
    • Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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    • v.50 no.8
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    • pp.264-273
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    • 2013
  • The importance of the robots has emerged as the means of minimizing the casualties in the future war, and, thus, the biomimetic robots mimicking the optimized organisms has been actively studied. The robot inspired lizard is suitable for reconnaissance and the surveillance in narrow areas. In this paper, we analyzed the locomotion of a lizard by motion capture system using the infrared markers. We attached 21 markers to the joints of the lizard. By considering the measured data, we analyzed the walking motion of the lizard which trots in a sprawled posture. Moreover, we proposed the 25 dof kinematic model which was able to reproduce the gait of the lizard faithfully. The model was verified by simulations.