자연계에서 존재하는 다양한 생명체는 자신들의 생존과 종의 번성을 위해 효율적인 행동 규칙을 만들어 진화해 왔다. 이러한 생명체의 다양한 생존원리로부터 착안을 하여 자연계가 아닌 다른 환경에서 적용이 가능하도록 알고리즘을 만들어 적용시키는 것을 생체모방 알고리즘이라 한다. 자연계의 환경자체가 불확실한 변화가 다양하게 포함되고 있으며, 제한된 자원 환경을 어떻게 효율적으로 활용하는가의 문제가 걸려 있음으로 인하여 이러한 생체모방 알고리즘은 적용환경의 변환에 빠른 적응력을 제공할 수 있고, 자원 제약형 환경에서 안정적으로 확장성과 적응성을 제공할 수 있어서 상호 운용성 측면에서 많은 이득을 줄 수 있다. 이와 같은 생체모방 알고리즘을 네트워크의 관점에서 적용시켜 보면, 전자의 경우에는 자율적인 네트워크 구성을 용이하게 제공할 수 있음을 나타내고, 후자의 경우에는 IoT 환경과 같은 자원 제약형 환경에서의 상호 운용성을 제공할 수 있다. 이렇듯이 생체모방 알고리즘을 네트워크에 접목시켜 연구하는 것은 최근의 네트워크 분야의 연구 이슈와 상호 보완적으로 작용하여 시너지 효과를 제공할 수 있다. 자연계의 군집 현상 및 동기화 현상을 네트워크 환경에서 적용하여 사용할 수 있는 생체모방 알고리즘 기술은 다양하게 존재하고 있으며 이를 활용하는 연구를 통해 SDN(Software Defined Networking)에서의 자율제어 네트워크 구성에 접목하거나 IoT 환경과 같은 자원 제약형 환경에서의 보다 효율적인 상호 연결성을 제공하는 방향으로 발전할 수 있다. 이러한 생체모방 자율제어 네트워크 환경 구현을 위해 기존의 OpenFlow 환경과 새로이 부각되는 P4: Programming Protocol-Independent Packet Processors 기술에 대해서 정리하여 향후 생체모방 자율제어 네트워크 구현 방안을 제시하고자 한다.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.727-730
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2005
Cellulose based Electro-Active Papers (EAPap) is very promising material due to its merits in terms of large bending deformation, low actuation voltage, ultra-lightweight, and biodegradability. These advantages make it possible to utilize applications, such as artificial muscles and achieving flapping wings, micro-insect robots and smart wall papers. This paper investigates the in-plane strains of EAPap under electric fields, which are useful for a contractile actuator application The preparation of EAPap samples and the in-plane strain measurement system are explained, and the test results are shown in terms of electric field, frequency and the oriental ions of the samples. The power consumption and the strain energy of EAPap samples are discussed. Although there are still unknown facts in EAPap material, this in-plane strain may be useful for artificial muscle applications.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.12
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pp.1179-1183
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2007
Electro-Active paper(EAPap) is a new smart material that has a potential to be used in biomimetic actuator and sensor. It is made by cellulose that is abundant material in nature. EAPap is fascinating with its biodegradability, lightweight, large displacement, high mechanical strength and low actuation voltage. Actuating mechanism of EAPap is known to be the combined effects of ion migration and piezoelectricity. However, the electromechanical actuation mechanisms are not yet to be established. This paper presents the modeling of the actuation behavior of water infused cellulose samples and their composite dielectric constants calculated by Maxwell-Wagner theory. Electro-mechanical forces were calculated using Maxwell stress tensor method. Bending deflection was evaluated from simple beam model and compared with experimental observation, and which result in good correlation with each other.
Kim, Jae-Hwan;Yang, Sang-Yeol;Jang, Sang-Dong;Ko, Hyun-U;Mun, Sung-Cheol;Kim, Dong-Gu;Kang, Jin-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.5
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pp.539-543
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2012
Cellulose Electro-Active Paper (EAPap) is attractive as a biomimetic actuator because of its merits: it is lightweight, operates in dry conditions, has a large displacement output, has a low actuation voltage, and has low power consumption. Cellulose is regenerated so as to align its microfibrils, which results in a piezoelectric paper. When chemically bonded and mixed with carbon nanotubes, titanium oxide, zinc oxide, tin oxides, the cellulose EAPap can be used as a hybrid nanocomposite that has versatile properties and that can meet the requirements of many application devices. This paper presents trends in recent research on the cellulose EAPap, mainly on material preparation and its use in devices, including biosensors, chemical sensors, flexible transistors, and actuators. This paper also explains wirelessly driving technology for the cellulose EAPap, which is attractive for use in biomimetic robotics and micro-aerial vehicles.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.15
no.3
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pp.108-113
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2005
Biomimetic actuators that can produce soft-actuation but large force capability are of interest. Nafion, an effective ionomeric material from DuPont, has been shown to produce large deformation under low electric fields (<10V/mm). Carbon nanotube/polymer nanocomposites were cast to enhance the electromechanical properties of the composites. Multiwalled carbon nanotube (M-CNT)/Nafion nanocomposites were prepared by a solution casting to investigate the effect of M-CNT loading in the range of 0 to 7 wt% on electromechanical properties of the M-CNT/Nafion nanocomposites. The measured elastic modulus and actuation force of the M-CNT/Nafion nanocomposites are drastically different, showing larger elastic modulus and improved electromechanical coupling, from the one without M-CNT.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.73-76
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2007
Electro-Active paper (EAPap) is a new smart material that has a potential to be used in biomimetic actuator and sensor. It is made by cellulose that is abundant material in nature. EAPap is fascinating with its biodegradability, lightweight, large displacement, high mechanical strength and low actuation voltage. Actuating mechanism of EAPap is known to be the combined effects of ion migration and piezoelectricity. However, the electromechanical actuation mechanisms are not yet to be established. This paper presents the modeling of the actuation behavior of water infused cellulose samples and their composite dielectric constants calculated by Maxwell-Wagner theory. Electro-mechanical forces were calculated using Maxwell stress tensor method. Bending deflection was evaluated from simple beam model and compared with experimental observation, which result good correlation with each other.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.11
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pp.971-975
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2004
This paper deals with the idea of Electroactive paper (EAPap) actuator and its application possibility. EAPap is a paper that produces large displacement under electrical excitation. EAPap is made with a cellulose paper by constructing thin electrodes on both sides of the paper. When electrical voltage is applied on the electrodes, the EAPap produces bending displacement. EAPap has merits in terms of lightweight, dryness, large displacement output, low actuation voltage and low power consumption. Since the power requirement is so small that it is suitable for microwave-driven smart actuators. This paper describes the working principle and performance of EAPap as an artificial muscle and its possibility far many applications.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.731-734
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2005
Generally, characteristics of electromechanical actuators are coupled with the mechanical and the electrical properties. Important mechanical parameters of these actuators are the achievable force and displacement in the presence of electric field. These mechanical parameters are related to the stress and strain of the materials and the actuator geometry. This paper presents how to measure the blocked force by using the micro-balance. The blocked force is defined as the force produced by the transducer under an applied voltage when the tip is constrained to zero motion. Also, a theoretical force by using the cantilever beam model is calculated under elastic domain. From the sample of 4 cm $\times$ 1 cm $\times$ 20 $\mu$m, the blocked farce measured from the equipment is 20.3 $\mu$N at 8 V$_{DC}$. By comparing it with the theoretical value, 24.9 $\mu$N, the blocked force measurement is acceptable. The furce measurement is also investigated with different AC electric fields and the frequency.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.735-738
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2005
Electro-Active Paper (EAPap) is attractive as an EAP actuator material due to its merits in terms of lightweight, dry condition, large displacement output, low actuation voltage and low power consumption. This paper presents the performance of EAPap actuators with thickness variation. The EAPap is made with cellulose paper, and is shown to bend in response to an external electric field. Up to the present, we have tested displacement, current and force of EAPap with 20 $\mu$m thickness. The thickness of EAPap is important factor that affects the performance of the actuator. Therefere, three different thickness of EAPap, 20, 30, and 40 $\mu$m are investigated that inference the tip displacement, blocked force, the resonance and the actuator efficiency. There is an optimum thickness of EAPap, which is resulted from the stiffness and the mass. The performance of EAPap with thickness is discussed.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.209.1-209.1
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2016
우리에게 잘 알려져 있지 않은 강장동물 히드라는 뛰어난 세포 분열 능력을 가지고 있다. 출아(무성생식)를 하면서도 환경에 따라 유성생식을 하기도 하는 몇 안 되는 생물 중 하나인 히드라는 재생능력이 강하여 몸의 200분의 1만 잘려도 재생을 할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이러한 히드라의 재생능력을 높은 에너지인 플라즈마에 노출시켜 보았다. 플라즈마는 열, 빛, 화학 활성종, 이온, 전자를 발생하며 이 중 열 및 화학적 자극을 중심으로 관찰하였다. 생물이 수용할 수 있는 열에너지를 넘게 받는다면 그 성질이 변하는 점을 이용해 액체 방전소스를 이용하여 플라즈마의 열적인 효과를 주었고, DBD소스로는 약 염기를 띠는 라디칼(활성종)용액을 배양액으로 만들어 히드라에게 배양시켜 히드라의 생장능력 변화를 알아보았다. 생장능력의 변화는 히드라의 개체 수를 통해 관찰하였다. 플라즈마를 발생시키는 소스는 다양하며 그 중 이번 실험에서는 액체 방전 소스와 DBD를 이용하였다. 액체방전 소스는 누전을 막기 위해 세라믹 관에 금속선을 넣어 고전압을 인가하여 방전하였고, DBD(Dielectric Barrier Discharge의 약어)는 유전체 장벽을 이용하여 기체를 방전시키는 방식이다. DBD는 주로 살균 용도로 연구 중이며, DBD는 주변 기체들을 반응시켜 라디칼을 상당히 만들어 낼 수가 있다. 한편, 생물학에서 주목 받고 있는 히드라는 200분의 1만 잘려도 재생이 되는 재생능력을 갖고 있다. 히드라의 이러한 생장 및 재생속도는 생체모방 기술로도 주목을 받고 있다. 이번 실험은 최근 연구되고 있는 플라즈마의 효과를 히드라에 적용한 것으로 플라즈마의 간접적인 영향이 히드라에 어떠한 영향을 줄 것인지 알아보았다. 간접적인 영향으로는 크게 열적인 요인과 화학적인 요인으로 나누어 관찰하였다. 실험을 통해 히드라의 변화를 알아보고 그 결과가 실용가능한지를 알아보고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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