• ETRI Journal
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• 제31권6호
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• pp.695-702
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• 2009

We propose a lens-drive unit composed of an ionic polymer-metal composite (IPMC) for an auto-focus compact camera module in cellular phones to solve the power consumption problem of voice coil motors which are widely used in commercial products. In this research, an IPMC incorporated into a lens-drive unit is designed to implement a large displacement in low-power consumption by using an anisotropic plasma treatment. Experimental results show that a camera module containing IPMCs can control and maintain the position of the lens by using proportional integral derivative control with a photo-reflective position sensor despite the non-linear actuation behavior of IPMCs. We demonstrate that the fabrication and commercialization of a lens actuator that has a large displacement and low power consumption using IPMCs is possible in the near future.

• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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• 제51권9호
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• pp.455-463
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• 2002

Ionic Polymer metal composite(IPMC), one of new actuation materials of EAPs is fabricated by electroless plating of platinum on both sides of the perfluorosulfonic acid film or Nafion film and its electromechanical characteristics are investigated. The IPMC strip bends towards anode under electrical field. As the number of plating cycle increases, the distance between plated platinum electrodes on both sides of Nafion membrane decreases and also the displacement is almost inversely proportional to the number of plating. The displacement of IPMC strip depends on voltage magnitude and applied signal frequency and its maximum deformation is observed at a critical frequency, resonant frequency. Low pressure sandblasting is used for surface treatment of Nafion membrane and at 8 times of plating cycle produced actuator with high displacement performance. For more efficiency of fabricated IPMC, it is useful to add one or two surface developing step which is the second reduction process using hydrazine.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.533-539
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• 2013

최근 의료 및 생체공학 분야의 액추에이터(actuator)와 센서 및 연료전지로 활용할 수 있는 새로운 재료인 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 IPMC의 특징은 센서(sensor)와 액추에이터(actuator)의 성질을 동시에 가지는 있는 특이한 성질을 가진 복합재료로서 IPMC에 전압을 가하면 움직임이 생기며, IPMC에 움직임이 발생하면 IPMC 내부에 전압이 충전되는 성질이 있어 모션 센서나 힘 센서로도 활용할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 IPMC에 대한 몇 가지 특성을 파악하고 IT 기술인 스마트폰의 연계하여 원격지에서 IPMC의 동작을 제어할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 또한, 스마트폰을 기반으로 하여 영상정보를 전송하여 모니터링 하도록 하였다. IPMC의 동작제어는 스마트폰의 블루투스를 이용하여 동작명령을 전송하도록 시스템을 구현하였다. 본 논문의 실험 및 구현으로부터 IPMC 물성에 대한 정확한 분석은 부족하지만 향후 IPMC의 활용에 있어서 IT 기술과의 융합을 통하여 센서, 액추에이터, 연료전지 등과 같은 분야에 적극 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권4호
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• pp.302-307
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• 2007

본 연구에서는 이온성 폴리머-금속 복합재료 (IPMC) 작동기를 사용한 플랩 밸브 마이크로 펌프의 설계, 제작 및 실험적 특성 규명을 수행하였다. 나피온/실리케이트 층과 나피온/실리카 나노복합재료를 기반으로 한 다층형 IPMC를 마이크로 펌프의 작동층으로 사용하였다. 마이크로 펌프의 핵심 요소인 IPMC 다이아프램의 주위를 유연한 폴리디메틸실옥산(PDMS)을 사용하여 지지하도록 함으로써 상당히 큰 작동 변위를 내도록 설계하였다. 이렇게 개발된 마이크로 펌프의 크기는 $20{\times}20{\times}5$ ${mm}^3$ 이고, 최대 유량은 760 l/min, 최대 배압은 1.5 kPa이었다. 본 연구에서 개발한 마이크로 펌프는 간단하고 효율적인 설계를 수행하여 제작이 용이할 뿐 아니라, 동작 전압이 1-3V라는 장점이 있다.

• 세라미스트
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• 제23권1호
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• pp.16-26
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• 2020

Recently, polymer-metal composite (IPMC)-based ionic artificial muscle has been drawing a huge attention for its excellent soft actuator performance having outstanding soft actuator performance with efficient conversion of electrical energy to mechanical energy under low working voltage. In addition, light, flexible and soft nature of IPMC and high bending strain response enabled development of versatile sensor application in association with soft actuator. In this paper, current issues of IPMC were discussed including standardizing preparation steps, relaxation under DC bias, inhibiting solvent evaporation, and improving poor output force. Solutions for these drawbacks of IPMC have recently been suggested in recent studies. After following explanation of the IPMC working mechanism, we investigate the main factors that affect the operating performance of the IPMC. Then, we reviewed the optimized IPMC actuator fabrication conditions especially for the preparation process, additive selection for a thicker membrane, water content, solvent substitutes, encapsulation, etc. Lastly, we considered the pros and cons of IPMCs for sensor application in a theoretical and experimental point of view. The strategies discussed in this paper to overcome such deficiencies of IPMCs are highly expected to provide a scope for IPMC utilization in soft robotics application.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제14권10호
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• pp.1007-1014
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• 2004

This paper presents a study of low frequencies volume velocity vibration control of a smart panel in order to reduce sound transmission. A distributed piezoelectric quadratically shaped polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer film is used as a uniform force actuator and an array of $4\;{\times}\;4$ accelerometer is used as a volume velocity sensor for the implementation of a single-input single-output control system. The theoretical and experimental study of sensor-.actuator frequency response function shows that this sensor-actuator arrangement provides a required strictly positive real frequency response function below about 900 Hz. Direct velocity feedback could therefore be implemented with a limited gain which gives reductions of about 15 dB in vibration level and about 8 dB in acoustic power level at the (1,1) mode of the smart panel. It has been also shown that the shaping error of PVDF actuator could limit the stability and performance of the control system.

• 로봇학회논문지
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• 제1권1호
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• pp.89-101
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• 2006

Tactile sensation is one of the most important sensory functions for human perception of objects. Recently, there have been many technical challenges in the field of tactile display as well as tactile sensing. In this paper, we propose an innovative tactile display device based on soft actuator technology with ElectroActive Polymer(EAP). This device offers advantageous features over existing devices with respect to intrinsic flexibility, softness, ease of fabrication and miniaturization, high power density, and cost effectiveness. In particular, it can be adapted to various geometric configurations because it possesses structural flexibility, so it can be worn on any part of the human body such as finger, palm, and arm etc. It can be extensively applied as a wearable tactile display, a Braille device for the visually disabled, and a human interface in the future. A new design of the flexible actuator is proposed and its basic operational principles are discussed. In addition, a wearable tactile display device with $4{\times}5$ actuator array(20 actuator cells) is developed and its effectiveness is confirmed.

• 폴리머
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• 제25권5호
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• pp.736-743
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• 2001

N,N-Methylenebisacrylamide (MBAA)로 가교 결합된 electro-active 고분자(EAP) (poly(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid), PAMPS) 겔을 수용액 상에서 potassium persulfate를 개시제로 하여 라디칼 중합시켜 제조하였다. PAMPS 겔의 구동성을 부여하기 위하여 계면활성제로 팽윤하며 치환하였다. 계면활성제가 치환된 PAMPS 겔은 용액내의 인가된 전압하에서, 그 전기장 변화에 의해 큰 변위를 나타내는 구동특성을 보였다. PAMPS 겔은 빠른 응답속도와 가역적인 bending을 나타내었다. 겔의 구동원리는 양극과 PAMPS 겔 음이온간의 정전기 인력, 겔의 swelling-deswelling 효과 그리고 계면활성제의 소수성 반응의 협동적 과정으로 나타난다. PAMPS 겔의 응답속도는 인가된 전압 및 가교도가 증가할수록 증가하였으며, 구동이 반복적으로 진행됨에 따라 응답속도는 증가하였다. 겔의 두께가 증가하면 응답속도는 감소하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권9호
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• pp.1015-1020
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• 2011

최근, MEMS/NEMS 기술을 이용하여 기능성 나노 구조물을 제작하기 위한 공정기술 중에, 마스터 스템프에 형성된 나노패턴을 웨이퍼 등에 복제할 수 있는 나노임프린트 리소그래피 기술이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 기존 멀티헤드방식 나노임프린팅 장비에서 사용되던 전동모터를 대신하여 플렉셔 메커니즘과 결합된 나노스템프를 구동하기 위한 사각 형상의 중공형 압전액추에이터를 설계, 제작하였으며, 제조공정이 다른 각각의 시제품의 변위, 발생력 및 응답특성에 관한 검토를 수행한다. 또한, 압전 액추에이터의 변위제어에 대한 제어수법을 간단히 소개하였으며, 제작한 프로토타입의 PI제어기에 의한 변위 제어결과를 소개한다.

• Composites Research
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• 제19권5호
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• pp.7-11
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• 2006

SWNT(Single-Walled Carbon Nanotubes)와 도전성 고분자 PANi(Polyaniline)로 구성된 복합재료 합성물질을 제조하여 전기적 기계적 특성을 실험적으로 조사하였다. 이러한 재료는 인공근육 등으로 사용될 수 있어서 미소 인공생물체및 로봇의 구동에 응용될 수 있다. 이 작동기는 90% 순도의 SWNT와 화학적 Polymerization을 이용하여 본 연구실에서 개발된 완전히 새로운 방식으로 제조되었다. 4 탐침 측정법(4-probe method)을 사용하여 이 필름형 복합재 작동기의 전기전도도를 측정한 결과 56.15 S/cm의 값을 나타냈으며, 순수 PANi은 17.38 S/cm를 나타내었다. 순수한 도전성 폴리머 보다 3.2배 높은 전도성을 나타내었다. 이 작동기의 재료적 특성은 SEM을 사용하여 분석하였으며, 우수한 특성을 갖고 있었다. 전압이 작용할 때 변형률을 측정하기 위해서 레이저 측정 센서가 부착된 측정장치가 개발되었으며, $NaNO_3$ 용액 속에서 작동되며, 1볼트의 전압이 가해졌다. 초기 길이 12.690 mm에서 12.733 mm로 늘어났으며, 0.34%의 변형률이 계산되었다. 이 값은 호주 Tahhan의 0.23%보다 48% 정도 높은 변형률이다.