• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 추계학술대회논문집
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• pp.723-726
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• 2005

The two major obstacles in the application of IPMC to flapping actuators operated in the air are solvent loss and actuation force. In this paper, solvent loss of various IPMCs made of Nafion$^{TM}$117(183$\mu$m thickness) has been experimentally investigated to find out the best combination of cation and solvent for minimal solvent loss in IPMCs and higher actuation force. For this purpose. experiments for the internal solvent loss measurement of IMPCs have been conducted for various combinations of cation and solvent. From the experiments, it was found that heavy water showed improvement in the operating time up to more than two minutes. in the tip force measurement of IPMCs, it was found that smaller and thicker IPMCs produced larger tip forces. However, the shorter IPMCs generated reduced actuation displacements and created flapping motion with decreased natural frequency. For the design of flapping device actuated by 5mm wide, 10mm long, 0.2mm thick IPMCs were used in the stacked form. Since the actuation force is a few gram-force, we stacked five IPMCs to improve actuation force. To amply the actuation force, rack-and-pin ion type hinge was used for the flapping device and insect (Cicadidae) wing was attached to the stacked IPMC actuator. In the flapping test, the device could generate flapping angle of 15$^{\circ}$ at 6Hz excitation by 2.5 voltage square wave input.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.108-108
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• 2017

In this study, biocomposite filaments with agricultural by-products can be used in extrusion-based 3D (Three-dimensional) printing. Extrusion-based 3D printing stands as a promising technique owing to its versatility. We hypothesized that bio-filament composite consisted of something derived from agricultural by-products could be used as 3D printing materials that could overcome the drawbacks of PCL (poly-caprolactone). Bio-filament mixed with PCL and agricultural by-products was defined as r-PCL in this study. In order to find it out the optimal mixing ratio of filaments, we had investigated PCL, r-PCL 10%, r-PCL 20%, r-PCL 50% separately. The morphological and chemical characteristics of the filaments were analyzed by FE-SEM (Field emission scanning electron microscope) and EDX (Energy-dispersive X-Ray spectroscopy), and the mechanical properties were evaluated by stress-strain curve, water contact angle, and cytotoxicity analysis. Results of this study have been shown as a promising way to produce eco-friendly bio-filaments composite for FDM (Fused deposition modeling) method based 3D printing technology. Thus, we could establish biomimetic scaffolds based on bio-printer filaments mixed with agricultural by-product.

• Composites Research
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• 제28권2호
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• pp.52-57
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• 2015

Soft morphing robotics making use of smart material and based on biomimetic principles are capable of continuous locomotion in harmony with its environment. Since these robots do not use traditional mechanical components, they can be built to be light weight and capable of a diverse range of locomotion. This paper illustrates a flexible smart phone robot made of smart soft composite (SSC) with inchworm-like locomotion capable of two-way linear motion. Since rigid components are embedded within the robot, bending actuators with embedded rigid segments were investigated in order to obtain the maximum bending curvature. To verify the results, a simple mechanical model of this actuator was built and compared with experimental data. After that, the flexible robot was implemented as part of a smart phone robot where the rigid components of the phone were embedded within the matrix. Then, experiments were conducted to test the smart phone robot actuation force under different deflections to verify its load carrying capability. After that, the communication between the smart phone and robot controller was implemented and a corresponding phone application was developed. The locomotion of the smart phone robot actuated through an independent controller was also tested.

• Smart Structures and Systems
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• 제7권3호
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• pp.213-222
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• 2011

The native extracellular matrix (ECM) consists of an integrated fibrous protein network and proteoglycan-based ground (hydrogel) substance. We designed a novel electrospinning technique to engineer a three dimensional fiber-hydrogel composite that mimics the native ECM structure, is injectable, and has practical macroscale dimensions for clinically relevant tissue defects. In a model system of articular cartilage tissue engineering, the fiber-hydrogel composites enhanced the biological response of adult stem cells, with dynamic mechanical stimulation resulting in near native levels of extracellular matrix. This technology platform was expanded through structural and biochemical modification of the fibers including hydrophilic fibers containing chondroitin sulfate, a significant component of endogenous tissues, and hydrophobic fibers containing ECM microparticles.

• Elastomers and Composites
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• 제44권3호
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• pp.244-251
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• 2009

최근 들어, 자연의 기능성 표면을 모사하여 공학적으로 이용하려는 연구가 전세계적으로 급격히 증가하고 있다. 자연계에 존재하는 표면의 여러 기능을 우리 생활에 응용할 수 있다면, 현재 인류가 직면하고 있는 환경오염, 에너지고갈, 물/식량 부족 등의 문제들을 해결하는데 큰 도움이 될 뿐만 아니라, 우리가 일상생활에 사용하는 많은 제품들의 표면 기능을 고도화시킬 수 있기 때문이다. 이 글에서는 다양한 기능을 가진 자연의 표면 중 마이크로/나노구조물을 이용하여 초발수 특성을 갖는 표면에 대하여 살펴보고 초발수 표면의 이론적인 배경 및 초발수 표면을 구현하기 위한 여러 연구들에 대하여 소개하고자 한다.

• Elastomers and Composites
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• 제50권4호
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• pp.292-296
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• 2015

Biomimetic artificial basilar membrane being a core part of artificial cochlear requires performance evaluation through aging test. To evaluate the aging properties of PVDF piezoelectric membrane used for artificial basilar membrane, its mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus and piezoelectric property such as piezoelectric constant were measured. The aging test conditions and acceleration constants were calculated based on Arrhenius model. The changes in tensile strengths and elastic moduli measured were less than 10~20% after aging test equivalent for 10 years. The piezoelectric constants were decreased drastically to 80% of its initial value in the early stage of the aging test and expected to decrease slowly down to 65% over 10 years. The experimental results show the reliability of totally implantable novel artificial cochlear and will contribute its commercialization.

• Composites Research
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• 제35권6호
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• pp.378-393
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• 2022

마찰전기 나노발전기(이하 TENG)의 새로운 발전 기술은 에너지 수집 및 자가 전력 공급 감지 응용 분야의 긍정적 전망으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 또한 최근 소프트로봇의 부상은 플렉시블과 소프트센서, 액추에이터 개발에 대한 폭넓은 관심을 불러 일으키고 있다. TENG는 액추에이터와 자가 전력 공급 센서를 구동하는 유망한 전원으로 간주되어 소프트웨어 로봇, 소프트 센서 및 액추에이터 개발을 위한 독창적인 방법을 제공한다. 이 리뷰에서는 TENG를 기반으로 다양한 형태와 기능을 가진 소프트웨어 로봇을 소개하려 한다. 그 중 자연계의 구조, 표면 형태, 재료 특성과 센싱/발전 메커니즘을 모방한 바이오닉 소프트 로봇의 설계는 TENG 성능 향상에 큰 도움이 되었다. 또한 다양한 바이오닉 소프트 로봇은 TENG의 간단한 구조, 자체 전력 공급 특성 및 조정 가능한 출력으로 인해 이전 구동 방식보다 향상되었다. 그리하여 이 리뷰에서는 TENG가 활성화한 소프트 로봇 응용의 특정 핵심 영역에서 다양한 연구를 종합적으로 검토하려 한다. 리뷰를 요약하자면 먼저 최근 개발된 다양한 TENG 기반 소프트웨어 로봇을 정리하고 다양한 장비 구조, 표면 형태 및 자연적으로 영감을 받은 재료를 비교 분석하여 그에 따른 TENG 성능 개선을 수행한다. 자연계에 사용되는 다양한 유비쿼터스 감지 원리와 발전 메커니즘 및 유사한 인공 TENG 설계가 확인되었고 촉각 디스플레이 및 웨어러블 기기, 인공 전자 피부 등의 기기에 TENG를 활성화하는 바이오닉 응용에 대해 논의한다. 마지막으로 TENG 기반 센서 및 구동 장비의 로봇 실제 적용에 대한 발전 기회, 도전 및 미래 전망을 분석한다.

• Elastomers and Composites
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• 제44권2호
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• pp.98-105
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• 2009

내이의 달팽이관은 기저막(basilar membrane)과 유모세포(hair cells)라는 두 가지 중요한 요소로 이루어져 있다. 기저막은 귀로 들어오는 소리를 주파수에 따라 분리하는 기능을 가지고 있으며, 기저막 위에 있는 유모세포는 생체전기 신호를 발생시키는 기계적 감각 수용기관이다. 인간의 생체청각기구를 모사한 인공와우와 신개념의 인공감각기관을 개발하기 위해서, 본 논문에서는 ZnO 압전 나노필라를 사용하여 인공유모세포(artificial hair cell)를 구현할 수 있는 핵심 기반 기술인 생체모사 기술을 연구하였다. 그 구체적인 방법으로 ZnO 나노필라를 저온성장법으로 유연기판에, 고온성장법으로 실리콘 웨이퍼에 성장시켰다. 유연기판과 실리콘 웨이퍼 위에 ZnO 나노필라를 성장 전에 미리 패턴을 만들었고, 기판에 선택적으로 ZnO 나노필라를 성장시켰다. 또한 ZnO 나노필라의 동적 정적 거동을 이해하기 위해 다중 물리 해석기법을 사용하여 ZnO 나노필라의 electric potential, von Mises stress, 변형량 등을 분석하였다. 본 연구에서는 ZnO 나노필라를 제작 및 패터닝하는 기술과 최적화하는 다중 물리 해석기술을 이용하여 인공 유모세포를 구현하는 핵심기술을 개발하였다.

• Elastomers and Composites
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• 제44권2호
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• pp.106-111
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• 2009

조직공학은 기능을 상실한 인체를 대체하거나 복원하기 위해 인공대체품을 개발하기 위한 중요한 학문이다. 특히, 세포가 자랄 수 있는 지지체 역할을 하는 스캐폴드는 조직공학 연구를 위한 중요한 부분을 차지하고 있다. 그래서, 3차원 조직공학용 스캐폴드 개발을 위한 다양한 제조 방법을 소개하고자 하였다. 스캐폴드의 일반적인 제조방법으로는 염침출법 (solvent-casting particulate-leaching), 염 발포법 (gas foaming/salt leaching), fiber meshes/fiber bonding 법, 상분리법 (phase separation), melt moulding 법, 동결 건조법 (freeze drying)이 있으며, 넓은 표면적을 가진 스캐폴드 개발방법으로 전기방사법이 알려져 있다. 또한, 최근에는 스캐폴드 내부의 균일한 세포의 침투를 유도하기 위해 적당한 공극크기를 조절하고 우수한 공극률을 가진 스캐폴드를 개발하고자 stereolithography (SLA), selective laser sintering (SLS), fused deposition modeling (FDM), 및 3D printing (3DP) 와 같은 다양한 solid freeform fabrication (SFF) 기술이 개발되어지고 있다.

• 접착 및 계면
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• 제20권3호
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• pp.110-115
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• 2019

그래핀으로 박리시키기 위한 한 가지 방법으로 산화그래핀이 많은 관심이 집중되고 있다. 산화그래핀의 산화그룹은 다양한 기능기와 수소결합을 시킬 수 있어 여러 응용분야에 이를 적용시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 산화그래핀 자체만으로는 실질적으로 응용에 요구되어지는 기계적 물성을 만족시킬 수 없다. 따라서 본 연구에서는 홍합 단백질을 생체모사한 폴리도파민을 이용하여 산화그래핀과 결합시키고 액체-기체 계면에서 대면적의 복합체막을 형성 시켰다. 또한 폴리도파민-산화그래핀 복합체 박막의 모폴로지 구조도 제어하여 나노 링클 구조를 가지는 복합체 막을 얻었다. 기계적으로 우수하며 정교한 나노 구조를 형성할 수 있어 차세대 해수담수화 멤브레인 또는 탄소 복합재료에 이용될 수 있을 것으로 기대될 수 있다.