강력하고 빠르게 전환하는 인공 근육의 개발은 재료 과학 및 공학 분야에서 오랜 도전이었습니다. 최근 몇 년 동안 상당한 진전이 있었지만 원하는 성능 수준을 달성하기 위해 해결해야 할 몇 가지 근본적인 한계가 여전히 있습니다.
강도
강력한 인공 근육을 만드는 데있어 주요 과제 중 하나는 충분한 힘 출력을 생성해야한다는 것입니다. 현재, 대부분의 인공 근육은 강도 생성 측면에서 고유 한 한계를 갖는 전자 기계 또는 화학 메커니즘을 기반으로합니다. 압전 및 정전기 액추에이터와 같은 전기 기계적 근육은 일반적으로 적용 할 수있는 제한된 전기장으로 인해 힘이 낮습니다. 폴리머 또는 하이드로 겔에 기초한 것과 같은 화학적 근육은 종종 재료 자체의 기계적 강도에 의해 제한된다.
속도
또 다른 중요한 요소는 인공 근육의 반응 속도입니다. 빠르게 전환하는 근육은 로봇 공학, 햅틱 및 생체 모방 시스템과 같은 응용 분야에 필수적입니다. 그러나, 많은 인공 근육은 사용 된 재료의 고유 한 점탄성 특성으로 인해 반응 시간이 느린다. 이는 빠른 작동이 필요한 동적 응용 프로그램에서의 사용을 제한 할 수 있습니다.
에너지 효율
강도와 속도 외에도 에너지 효율은 인공 근육에 대한 또 다른 중요한 고려 사항입니다. 이상적으로 인공 근육은 전기 또는 화학 에너지를 고효율로 기계적 작업으로 전환 할 수 있어야합니다. 그러나 많은 인공 근육은 마찰, 히스테리시스 및 기타 비 효율성으로 인한 에너지 손실로 고통받습니다.
생체 적합성
생체 의학 장치 및 웨어러블 기술과 같은 특정 응용 분야의 경우 생체 적합성이 중요한 요소입니다. 인공 근육은 무독성이며 신체에 부작용을 일으키지 않는 물질로 만들어 져야합니다.
통합 및 제어
또 다른 도전은 인공 근육의 통합과 제어에 있습니다. 복잡한 움직임과 기능을 달성하려면 여러 인공 근육을 조정하고 동기화해야합니다. 이를 위해서는 정확하고 신뢰할 수있는 작동을 보장하기 위해 고급 제어 시스템 및 정교한 알고리즘이 필요합니다.
진보와 미래 전망
도전에도 불구하고, 강력하고 빠르게 전환하는 인공 근육의 발달에서 상당한 진전이 이루어졌습니다. 탄소 나노 튜브, 그래 핀 및 모양 메모리 합금과 같은 새로운 물질은 고성능 인공 근육을 생성 할 수있는 잠재력에 대해 탐구되고 있습니다. 미세 가축 및 나노 기술의 발전으로 인해 특성이 향상된 소형 인공 근육의 발달이 가능해졌습니다.
앞으로, 강하고 빠르게 전환하는 인공 근육의 미래는 큰 약속을 가지고 있습니다. 나머지 과제를 해결하고 다양한 재료 시스템과 작동 메커니즘을 결합함으로써 자연 근육의 성능을 능가하거나 능가 할 수있는 인공 근육을 만들 수 있습니다. 이것은 로봇 공학 및 의료 기기에서 웨어러블 기술 및 소프트 머신에 이르기까지 광범위한 응용 분야에서 새로운 가능성을 열어 줄 것입니다.
