Foot mechanisms play the role of interface between the main body of robotic systems and the ground. Biomimetic design of the foot mechanism is proposed in the paper. Specifically, multi-chained and multiple contact characteristics of general foot mechanisms are analyzed and their advantages are highlighted in terms of impulse. Using Newton-Euler based closed-form external and internal impulse models, characteristics of multiple contact cases are investigated through landing simulation of an articulated leg model with three kinds of foot. It is shown that in comparison to single chain and less articulated linkage system, multi-chain and articulated linkage system has superior characteristic in terms of impulse absorption as well as stability after collision. The effectiveness of the simulation result is verified through comparison to the simulation result of a commercialized software.
International Journal of Advanced Culture Technology
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제11권4호
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pp.328-332
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2023
The Army has presented eight game-changers for future warfare through 'Army Vision 2050,' including Intelligent Combat Robots, Super Soldiers, Energy Weapons, Hypersonic Weapons, Non-lethal Weapons, Autonomous Mobile Equipment, Intelligent Command and Control Systems, and Energy Supply Systems. This study focuses on Intelligent Combat Robots, considering them as the most crucial element among the mentioned innovations. How will Intelligent Combat Robots be utilized on the future battlefield? The future battlefield is expected to take the form of combined human-robot warfare, where advancements in science and technology allow intelligent robots to replace certain human roles. Especially, tasks known as Dirty, Difficult, Dangerous, and Dull (4D) in warfare are expected to be assigned to robots. This study suggests three forms of Intelligent Robots: humanoid robots, biomimetic robots, and swarm drones.
Pulse-Coupled Neural Network (PCNN), which can explain the synchronous burst of neurons in a cat visual cortex, is a fundamental model for the biomimetic vision. The PCNN is a kind of pulse coded neural network models. In order to get deep understanding of the visual information Processing, it is important to simulate the visual system through such biologically plausible neural network model. In this paper, we construct the motion detection model based on the PCNN with the receptive field models of neurons in the lateral geniculate nucleus and the primary visual cortex. Then it is shown that this motion detection model can detect the movements and the direction of motion effectively.
Fish-mimetic robots or fish-mimetic propulsors have been developed or under construction. A mechanical system cannot have the same functions as bio-organic systems. Thus, the hydrodynamic characteristics of fish locomotion should be well understood in order to develop and control a feasible intelligent fish-mimetic robot with its optimal motion pattern known. In this paper, a mackerel-mimetic robot fish is fabricated in order to understand the hydrodynamic characteristics of fish locomotion. A simplified unsteady flow theory is also applied to the hydrodynamic analysis of the motion of the anterior part of the robotic fish. The normal and axial forces of the fish are measured by changing the amplitude and frequencies of fanning motion. It is found that the present theoretical results agree with the measured data.
Thus far, several in vivo biosensing platforms have been proposed to measure the mechanical contractility of cultured cardiomyocytes. However, the low sensitivity and screening rate of the developed sensors severely limit their practical applications. In addition, intensive research and development in cardiovascular disease demand a high-throughput drug-screening platform based on biomimetic engineering. To overcome the drawbacks of the current state-of-the-art methods, we propose a high-throughput drug-screening platform based on 16 functional high-sensitivity well plates. The proposed system simulates the physiological accuracy of the heart function in an in vitro environment. We fabricated 64 cantilevers using highly flexible and optically transparent silicone rubber and placed in 16 independent wells. Nanogrooves were imprinted on the surface of the cantilever to promote cell alignment and maturation. The adverse effects of the cardiovascular drugs on the cultured cardiomyocytes were systematically investigated. The 64 cantilevers demonstrated a highly reliable and reproducible mechanical contractility of the drug-treated cardiomyocytes. Real-time high-throughput screening and simultaneous evaluation of the cardiomyocyte mechanical contractility under multiple drugs verified that the proposed system could be used as an efficient drugtoxicity test platform.
Park, Seung-Ho;Yoon, Young-Seok;Lee, Dong-Woo;Lee, Dong-Ik;You, Kyoung-Hwan;Pang, Chang-Hyun;Suh, Kahp-Yang
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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pp.432-432
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2011
Dry adhesion caused by Nanoscale contact comes up to important scientific issue. Herein, we introduce bendable nanohairy locking fastener system with high shear strength and mechanically flexible backing. The polymeric patches like velcro are composed of an array of straight nanohairs with 100 nm diameter and $1{\mu}m$ height. To fabricate high aspect vertical nanohairs, we used UV molding method with appropriately flexible and rigid polyurethane acrylate material on PET substrate. Two identical nanohairy patches are easily merged and locked each other induced by van der Waals force. Because nanohairs can be arrayed with high density ${\sim}4{\times}10^8/cm^2$, we can obtain high shear adhesion force on flat surface (~22 N/$cm^2$). Furthermore, we can obtian nanohairy locking system with maximum shear adhesion ~48 N/$cm^2$ of curved surface due to flexibility of PET substrate. We confirm the tendency that shear adhesion force increases, as radius of curvature increases.
This paper presents the experimental results of hydrophobic surfaces developed using a stereolithography-based additive-manufacturing technique. The additive manufacturing technique can be used to manufacture objects with complex geometries from computer-aided design data. Several additive manufacturing methods, such as selective laser sintering, fused deposition modeling, stereolithography apparatus (SLA), and inkjet-based system, have been developed. The SLA is a form of three-dimensional printing technology used to create prototypes, patterns, and production parts in successive layers through photochemical processes. Light causes chemical monomers and oligomers to cross-link together to form objects composed of polymers. Moreover, this method is economical for fabricating surfaces with high output resolution and quality. Here, we fabricate various surfaces using different shapes using an SLA. The surfaces with micro-patterns are fabricated for 10 cases, including the biomimetic surface. The fabricated surfaces with various micro-patterns are evaluated for hydrophobicity performance based on the static contact angle. The contact angle is measured three times for each case, and the averaged value is used. The results indicate that the arrangements in a staggered structure have a larger contact angle than those in a line when the same micro-pattern is applied. Moreover, the mimetic surfaces exhibit more hydrophobic characteristics than those of artificial micro-patterns.
Hyung-Jun Kim;Sohyun Park;Seonghyeon Jeong;Jihoon Kim;Young-Jae Cho
International Journal of Stem Cells
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제17권1호
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pp.30-37
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2024
The lung is a complex organ comprising a branched airway that connects the large airway and millions of terminal gas-exchange units. Traditional pulmonary biomedical research by using cell line model system have limitations such as lack of cellular heterogeneity, animal models also have limitations including ethical concern, race-to-race variations, and physiological differences found in vivo. Organoids and on-a-chip models offer viable solutions for these issues. Organoids are three-dimensional, self-organized construct composed of numerous cells derived from stem cells cultured with growth factors required for the maintenance of stem cells. On-a-chip models are biomimetic microsystems which are able to customize to use microfluidic systems to simulate blood flow in blood channels or vacuum to simulate human breathing. This review summarizes the key components and previous biomedical studies conducted on lung organoids and lung-on-a-chip models, and introduces potential future applications. Considering the importance and benefits of these model systems, we believe that the system will offer better platform to biomedical researchers on pulmonary diseases, such as emerging viral infection, progressive fibrotic pulmonary diseases, or primary or metastatic lung cancer.
The structure of the human ear is divided into the outer ear, the middle ear, and the inner ear. The inner ear includes the cochlea that plays a very important role in hearing. Recently, the development of an artificial cochlear device for the hearing impaired with cochlear damage has been actively researched. Research has been carried out on the biomimetic piezoelectric thin film ABM (Artificial Basilar Membrane) in particular. In an effort to improve the frequency separation performance of the existing piezoelectric thin film ABM, this paper presents the design, fabrication, and characterization of the production and performance of a partially etched-type ABM material. $O_2$ plasma etching equipment was used to partially etch a piezoelectric thin film ABM to make it more flexible. The mechanical-behavior characterization of the manufactured partially etched-type ABM showed that the overall separation frequency range shifted to a lower frequency range more suitable for audible frequency bandwidths and it displayed an improved frequency separation performance. In addition, the maximum magnitude of the vibration displacement at the first local resonant frequency was enhanced by three times from 38 nm to 112 nm. It is expected that the newly designed, partially etched-type ABM will improve the issue of cross-talk between nearby electrodes and that the manufactured partially etched-type ABM will be utilized for next-generation ABM research.
고강성 나노섬유 생산이 가능한 전기방사장치 방사노즐의 설계를 위해 자연을 모방하는 공학적 방법론을 도입하여, 무당거미(Nephila clavata L.Koch) 대병상선의 토사관과 그 생체방적 시스템이 지닌 미세구조적 특성을 고해상도의 전자현미경 관찰을 통해 분석하였다. 자연계에서 가장 강도가 높은 드래그라인을 생성, 분비하는 대병상선의 토사관은 bullet type spigot을 통해 전방적돌기 표면에 개구되어 있었으며, 신축성 구조를 지닌 토사관 말단마디의 노즐을 통해 고체상의 실크가 생성되었다. 분비낭과 토사관 사이를 연결한 분비관은 루프를 형성한 후 방적돌기에 수납되었고, 분비관 내강의 직경은 점진적으로 축소되어 노즐을 통해 방사되는 실크의 직경은 펀넬 부위의 1/10 이하인 것으로 관찰되었다. 한편, 실크 중합과정에서 수분을 제거하기 위한 큐티클의 특수구조가 관찰되었는데, 분비낭의 펀넬 부위에서는 해면상 큐티클 구조가 그리고 분비관의 말단부에서는 비후된 subcuticle 구조와 함께 잘 발달된 상피의 미세융모 층이 확인되었다. 또한 분비관의 내강부 큐티클 표면에서 확인된 나선형 강선구조는 실크 전구물질의 신속한 유동을 촉진하는 장치일 것으로 해석되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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