KR20170083012A - Actuator and method for manufacturing same, and robot - Google Patents

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Abstract

액츄에이터와 이의 제조 방법 및 로봇이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수분에 반응하는 액츄에이터에 있어서, 수분의 양에 의해 신장 및 수축이 가능한 복수의 나노 섬유를 포함하는 수분 반응층; 및 수분에 대하여 비활성을 가지는 비활성층을 포함하고, 상기 수분 반응층에 포함되는 복수의 나노 섬유는 일방향으로 정렬된, 액츄에이터가 제공된다.An actuator, a method of manufacturing the same, and a robot are disclosed. According to one embodiment of the present invention, there is provided an actuator responsive to moisture, comprising: a water-reactive layer including a plurality of nanofibers capable of elongating and contracting by an amount of water; And an inert layer having inactivity with respect to moisture, wherein the plurality of nanofibers contained in the water-reactive layer are aligned in one direction.

Description

액츄에이터와 이의 제조 방법 및 로봇{ACTUATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND ROBOT}Technical Field [0001] The present invention relates to an actuator, a method of manufacturing the actuator,

본 발명의 실시예는 액츄에이터와 이의 제조 방법 및 로봇 에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to an actuator, a method of manufacturing the same, and a robot.

일반적으로, 액츄에이터는 에너지를 사용하여 기계적인 일을 하는 장치를 의미하는 것으로서, 최근에는 소형기기에 사용되는 액츄에이터로서 형상기억합금(Shape Memory Alloy) 액츄에이터, 압전(Piezoelectric) 액츄에이터 등이 사용된다. 압전 액츄에이터의 경우에는, 압전소자에 전압을 가하면 내부 압력에 의한 변형이 발생하여 압전소자의 수축, 팽창이 발생하는 것을 이용하며, 형상기억합금 액츄에이터의 경우에는 형상기억합금에 전류를 흘리게 되면 저항열에 의해 온도가 발생하고, 온도의 변화에 따라서 형상기억합금의 형상이 변형되는 것을 이용한다.2. Description of the Related Art Generally, an actuator is an apparatus that performs mechanical work using energy. Recently, a shape memory alloy actuator, a piezoelectric actuator, or the like is used as an actuator used in small-sized devices. In the case of a piezoelectric actuator, when a voltage is applied to a piezoelectric element, deformation due to internal pressure occurs to cause contraction and expansion of the piezoelectric element. In the case of a shape memory alloy actuator, And the shape of the shape memory alloy is deformed in accordance with the change of the temperature.

이와 같이, 액츄에이터를 구동하기 위하여 에너지를 가하여야 하며, 에너지는 외부에서 전기와 같은 형태로 인위적으로 가하여야 한다. 따라서, 액츄에이터를 설계함에 있어서 에너지를 공급하는 공급원으로부터 어떻게 에너지가 공급될지도 중요한 변수로 작용한다.In this way, energy is applied to drive the actuator, and energy must be applied artificially in the form of electricity from the outside. Therefore, in designing the actuator, how energy is supplied from the energy supplying source acts as an important parameter.

자연계에 존재하는 몇몇 식물들은 다양한 자극, 예를 들어, 빛, 열, 중력, 습도의 변화 등,에 의해 움직이거나 변형된다. 덩굴손이 자라거나 꽃이 피는 것과 같은 저속의 움직임도 있으나, 겨우살이가 씨를 분산하는 것, 미모사 잎이 접히는 것, 비너스 파리지옥의 움직임과 같이 인지하기에 충분히 빠른 움직임도 존재한다. 이러한 움직임은 수분의 공급 및 박탈에 의해 이루어진다.Some plants in nature are moved or transformed by various stimuli, such as light, heat, gravity, changes in humidity. There are some slow movements such as growing tendons and flowers, but there are also fast enough movements to recognize the mistletoe's dispersal of seeds, mimosa leaf folding, venus paradox movements. This movement is accomplished by supply and deprivation of moisture.

따라서, 이러한 식물의 움직임을 착안하여 액츄에이터가 습도의 변화에 반응하여 움직인다면, 별도의 전기 에너지 공급원이 필요 없게 될 수 있다.Thus, if the actuator is moved in response to a change in humidity, such as the movement of such a plant, a separate electrical energy source may be dispensed with.

한국등록특허공보 제10-0579661호(2006.05.15)Korean Patent Registration No. 10-0579661 (May 15, 2006)

본 발명의 실시예들은 별도의 전기 에너지를 공급하지 않아도 구동하는 액츄에이터를 제공하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention are intended to provide an actuator that is driven without supplying additional electric energy.

또한, 본 발명의 실시예들은 간단한 방식으로 제조 가능한 액츄에이터를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention also seek to provide an actuator that can be manufactured in a simple manner.

본 발명의 실시예들은 서로 습도가 다른 공기를 공급하는 것만으로 구동이 가능한 액츄에이터를 제공하고자 한다.It is an object of the present invention to provide an actuator that can be driven only by supplying air having a different humidity from each other.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수분에 반응하는 액츄에이터에 있어서, 수분의 양에 의해 신장 및 수축이 가능한 복수의 나노 섬유를 포함하는 수분 반응층; 및 수분에 대하여 비활성을 가지는 비활성층을 포함하고, 상기 수분 반응층에 포함되는 복수의 나노 섬유는 일방향으로 정렬된, 액츄에이터가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, there is provided an actuator responsive to moisture, comprising: a water-reactive layer including a plurality of nanofibers capable of elongating and contracting by an amount of water; And an inert layer having inactivity with respect to moisture, wherein the plurality of nanofibers contained in the water-reactive layer are aligned in one direction.

상기 복수의 나노 섬유는 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The plurality of nanofibers may include at least one of polyethylene oxide, cellulose acetate, polyvinyl-pyrrolidone, and polyvinyl alcohol.

상기 비활성층은 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리메타크릴산메틸(polymethayl methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The inert layer may comprise at least one of PLGA (poly (lactic-co-glycolic acid)), polycaprolactone, polymethayl methacrylate, polystyrene, polyimide .

상기 액츄에이터의 구동 속도는 상대 습도의 변화속도에 의해 제어될 수 있다.The driving speed of the actuator can be controlled by the rate of change of the relative humidity.

상기 수분 반응층은 상대 습도가 높을수록 상기 복수의 나노 섬유의 길이 방향에 따라 신장되는 길이가 증가할 수 있다.The length of the water-reactive layer extending along the longitudinal direction of the plurality of nanofibers may increase as the relative humidity is higher.

상기 복수의 나노 섬유 각각은 서로 간격을 가질 수 있다.Each of the plurality of nanofibers may be spaced from each other.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전기 방사(electrospinning)를 통해 복수의 나노 섬유를 포함하는 수분 반응층 및, 수분에 대하여 비활성을 가지는 비활성층이 형성되고, 상기 수분 반응층에 포함되는 복수의 나노 섬유는 일방향으로 정렬된, 액츄에이터의 제조 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a moisture-reactive layer including a plurality of nanofibers through electrospinning; and an inactive layer having an inactiveness with respect to moisture, A method of manufacturing an actuator, wherein the fibers are aligned in one direction.

상기 수분 반응층 및 상기 비활성층 각각이 형성되고, 상기 수분 반응층 및 상기 비활성층이 접합될 수 있다.The water-reactive layer and the inert layer may be respectively formed, and the moisture-reactive layer and the inert layer may be bonded.

상기 수분 반응층 및 상기 비활성층 중 하나가 형성되고, 상기 하나의 층 상에 상기 수분 반응층 및 상기 비활성층 중 나머지 층이 형성될 수 있다.One of the moisture-reactive layer and the inert layer may be formed, and the remaining one of the moisture-reactive layer and the inert layer may be formed on the one layer.

상기 전기 방사는 접지(ground)된 이동 장치를 포함하는 기판 상에서 행해질 수 있다.The electrospinning can be done on a substrate comprising a grounded moving device.

상기 이동 장치는 플레이트이고, 상기 플레이트의 왕복 운동에 의해서 상기 복수의 나노 섬유가 형성될 수 있다.The moving device is a plate, and the plurality of nanofibers can be formed by reciprocating movement of the plate.

상기 이동 장치는 원통 부재이고, 상기 원통 부재의 회전 운동에 의해서 상기 복수의 나노 섬유가 형성될 수 있다.The moving device is a cylindrical member, and the plurality of nanofibers can be formed by rotational movement of the cylindrical member.

상기 복수의 나노 섬유는 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.The plurality of nanofibers may be formed of at least one of polyethylene oxide, cellulose acetate, polyvinyl-pyrrolidone, and polyvinyl alcohol.

상기 비활성층은 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리메타크릴산메틸(polymethayl methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.The inert layer may be formed of at least one of PLGA (poly (lactic-co-glycolic acid)), polycaprolactone, polymethacryl methacrylate, polystyrene, polyimide have.

상기 복수의 나노 섬유는 간격을 가지도록 형성될 수 있다.The plurality of nanofibers may be formed to have an interval.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 액츄에이터를 포함하는, 로봇이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a robot including the actuator.

상기 수분 반응층이 지면과 평행하게 위치할 수 있다.The water-reactive layer may be positioned parallel to the paper surface.

상기 수분 반응층이 지면과 수직하게 위치할 수 있다.The water-reactive layer may be positioned perpendicular to the paper surface.

일방향 운동만을 허용하는 적어도 하나의 래칫 부재를 더 포함할 수 있다.And at least one ratchet member that allows only one-way motion.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제조방법에 의해 제조된 액츄에이터를 포함하는, 로봇이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a robot including the actuator manufactured by the manufacturing method.

상기 수분 반응층이 지면과 평행하게 위치할 수 있다.The water-reactive layer may be positioned parallel to the paper surface.

상기 수분 반응층이 지면과 수직하게 위치할 수 있다.The water-reactive layer may be positioned perpendicular to the paper surface.

일방향 운동만을 허용하는 적어도 하나의 래칫 부재를 더 포함할 수 있다.And at least one ratchet member that allows only one-way motion.

본 발명의 실시예들에 의하면, 수분의 양에 의해 신장 및 수축이 가능한 복수의 나노 섬유를 포함하도록 형성함으로써, 별도의 에너지 공급원이 없어도 구동 가능한 액츄에이터를 제공할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide an actuator that can be driven without a separate energy supply source by forming a plurality of nanofibers capable of elongating and contracting by the amount of moisture.

또한, 일측은 수분 반응층이고, 타측은 비활성층인 액츄에이터를 제조함으로써, 간단한 방식으로 액츄에이터를 제조할 수 있다. Further, the actuator can be manufactured in a simple manner by manufacturing an actuator which is a water-reactive layer on one side and an inert layer on the other side.

또한, 액츄에이터에 포함되는 수분 반응층은 상대 습도가 높을수록 나노 섬유의 길이 방향에 따라 신장되는 길이가 늘어나기 때문에, 서로 습도가 다른 공기를 공급하는 것만으로 액츄에이터의 구동이 가능하다. In addition, since the length of the water-reactive layer included in the actuator increases along with the longitudinal direction of the nanofibers as the relative humidity is higher, it is possible to drive the actuator by supplying air of different humidity to each other.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 반응층의 현미경 사진
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 동작을 설명하는 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 제조 장치를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 반응층의 형성 과정을 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 제조 장치를 나타내는 도면
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수분 반응층의 형성 과정을 나타내는 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 제조 방법을 나타내는 순서도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터를 포함하는 로봇을 나타내는 도면
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터를 포함하는 로봇의 동작을 나타내는 도면
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇을 나타내는 도면
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇을 나타내는 도면
도 13은 도 12의 로봇의 동작을 나타내는 평면도1 is a view illustrating an actuator according to an embodiment of the present invention;
2 is a micrograph of a water-reactive layer according to an embodiment of the present invention
3 is a view for explaining the operation of the actuator according to the embodiment of the present invention;
4 is a view showing an apparatus for manufacturing an actuator according to an embodiment of the present invention;
5 is a view illustrating a process of forming a water-reactive layer according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an apparatus for manufacturing an actuator according to another embodiment of the present invention
7 is a view illustrating a process of forming a water-reactive layer according to another embodiment of the present invention
8 is a flowchart showing a manufacturing method of an actuator according to an embodiment of the present invention
9 is a view showing a robot including an actuator according to an embodiment of the present invention
10 is a view showing an operation of a robot including an actuator according to an embodiment of the present invention
11 is a view showing a robot according to another embodiment of the present invention;
12 is a view showing a robot according to another embodiment of the present invention;
13 is a plan view showing the operation of the robot of Fig.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is an exemplary embodiment only and the present invention is not limited thereto.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.The technical idea of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are merely a means for efficiently describing the technical idea of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(10)를 나타낸 도면이다. 1 is a view illustrating an actuator 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 액츄에이터(10)는 수분 반응층(11) 및 비활성층(12)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the actuator 10 may include a water-reactive layer 11 and an inert layer 12.

수분 반응층(11)은 수분의 양에 의해 신장 및 수축이 가능한 복수의 나노 섬유를 포함할 수 있다. 수분의 양에 의해 신장 및 수축이 가능하도록, 나노 섬유는 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 중 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 수분 반응층(11)의 제조는 전기 방사(electrospinning)을 사용할 수 있다.The water-reactive layer 11 may include a plurality of nanofibers capable of elongating and contracting by the amount of water. The nanofibers may include at least one of polyethylene oxide, cellulose acetate, polyvinyl-pyrrolidone, and polyvinyl alcohol so as to be able to stretch and contract by the amount of water. And the like. The water-reactive layer 11 can be produced by electrospinning.

비활성층(12)은 수분에 대하여 비활성(inactive)일 수 있다. 수분에 대하여 비활성을 나타내도록 하기 위하여, 비활성층(12)은 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리메타크릴산메틸(polymethayl methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 비활성층(12)의 제조는 수분 반응층(11)과 마찬가지로 전기 방사를 사용할 수 있다.The inert layer 12 may be inactive with respect to moisture. The inert layer 12 may be made of a material selected from the group consisting of poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA), polycaprolactone, polymethacryl methacrylate, polystyrene, , Polyimide, and the like. The inactive layer 12 can be produced by electrospinning as in the case of the water-reactive layer 11. [

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 반응층(11)의 현미경 사진이다.2 is a photomicrograph of the water-reactive layer 11 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 수분 반응층(11)에 포함되는 복수의 나노 섬유는 간격을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 수분 반응층(11)은 전기 방사를 사용하여 형성될 수 있는데, 전기 방사를 통해 형성되는 나노 섬유는 같은 극성을 가진 전하를 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 나노 섬유가 적층되는 과정에서, 같은 극성을 가진 전하에 의해 나노 섬유 간에 서로 척력이 발생하므로, 나노 섬유 간에는 간격을 가진 상태로 적층될 수 있다.Referring to FIG. 2, the plurality of nanofibers included in the water-reactive layer 11 may have a gap. As described above, the water-reactive layer 11 may be formed using electrospinning, and the nanofibers formed through electrospinning may include charges having the same polarity. Therefore, in the process of stacking a plurality of nanofibers, repulsive forces are generated between the nanofibers by electric charges having the same polarity, so that the nanofibers can be stacked with a gap therebetween.

나노 섬유 간에 간격을 가지고 적층되므로 수분 반응층(11)은 다공성을 가질 수 있고, 넓은 표면적을 가질 수 있어서 수분에 대한 반응성을 높일 수 있다.Since the nanofibers are laminated with a gap between the nanofibers, the water-reactive layer 11 can have porosity and can have a large surface area, thereby increasing reactivity to moisture.

수분 반응층(11)과 비활성층(12)이 결합된 액츄에이터(10)에서는, 수분의 변화에 따라 수분 반응층(11)이 신장과 수축을 반복하는 반면에, 비활성층(12)은 변화가 없을 수 있다. 따라서, 액츄에이터(10)는 수분의 변화에 따라서 한 쪽으로 구부러짐과 펴짐이 반복될 수 있다. 액츄에이터(10)의 구부러짐과 펴짐이 반복됨에 따라서, 액츄에이터(10)는 기계적인 동작을 할 수 있다. 이러한 액츄에이터(10)의 동작은 도 3에 의해 설명될 수 있다. 즉, 도 3(a)는 수분 반응층(11)이 신장된 경우이며, 도 3(b)는 수분 반응층(11)이 수축된 경우를 나타낼 수 있다.In the actuator 10 in which the moisture-reactive layer 11 and the inert layer 12 are combined, the water-reactive layer 11 repeats extension and contraction with the change of moisture, while the inert layer 12 changes It may be absent. Therefore, the actuator 10 can be bent and spread in one direction in accordance with the change of the moisture. As the bending and spreading of the actuator 10 are repeated, the actuator 10 can perform a mechanical operation. The operation of such an actuator 10 can be explained with reference to Fig. 3 (a) shows a case where the moisture-reactive layer 11 is elongated, and Fig. 3 (b) shows a case where the moisture-reactive layer 11 is contracted.

이러한 액츄에이터(10)의 구동 속도는 액츄에이터(10) 주변의 상대 습도의 변화속도에 의해 제어될 수 있다. 즉, 액츄에이터(10) 주변에 습한 공기와 건조한 공기를 반복적으로 인가함으로써 액츄에이터(10)를 동작할 수 있다. 액츄에이터(10)의 수분 반응층(11)은 상대 습도가 높을수록 수분 반응층(11) 내의 복수의 나노 섬유의 길이 방향에 따라 신장되는 길이가 증가할 수 있다.The driving speed of the actuator 10 can be controlled by the rate of change of the relative humidity around the actuator 10. [ That is, the actuator 10 can be operated by repeatedly applying humid air and dry air around the actuator 10. The length of the water-reactive layer 11 of the actuator 10 may be increased along the longitudinal direction of the plurality of nanofibers in the water-reactive layer 11 as the relative humidity is higher.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(10)의 제조 장치(100)를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an apparatus 100 for manufacturing an actuator 10 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 액츄에이터(10)의 제조 장치(100)는 수분 반응층(11) 또는 비활성층(12)을 형성하기 위한 고분자 재료(50)를 수용하는 주사 펌프(110), 주사 펌프(110)로부터 공급되는 고분자 재료(50)를 전기 방사를 통해 배출하는 캐필러리(120), 캐필러리(120)에 전압을 인가하는 전압부(130)를 포함할 수 있다. 캐필러리(120)를 통해 배출되는 고분자 재료(50)는 기판(150) 상에 형성된 플레이트(160)에 적층될 수 있다. 플레이트(160)는 접지(G)될 수 있으며, 플레이트(160)는 금속일 수 있다. 기판(150)는 유리일 수 있다.4, an apparatus 100 for manufacturing an actuator 10 includes a pump 110 for receiving a polymer material 50 for forming a water-reactive layer 11 or an inert layer 12, A capillary 120 for discharging the polymer material 50 supplied from the capillary 110 through electrospinning and a voltage unit 130 for applying a voltage to the capillary 120. The polymeric material 50 discharged through the capillary 120 may be laminated to the plate 160 formed on the substrate 150. The plate 160 may be grounded (G), and the plate 160 may be metal. The substrate 150 may be glass.

캐필러리(120)에 전압부(130)를 통해 고전압을 인가함으로써, 고분자 재료에 대하여 전기장이 인가되며, 고분자 재료 내부에서 전기적인 반발력이 생겨 나노 사이즈의 실 형태로 형성될 수 있다. 이러한 실 형태의 고분자 재료는 플레이트(160) 상에 적층되면서 수분 반응층(11) 또는 비활성층(12)이 형성될 수 있다. 수분 반응층(11)과 비활성층(12)은 캐필러리(120)를 통해 배출되는 고분자 재료에 따라 달라질 수 있다.By applying a high voltage to the capillary 120 through the voltage unit 130, an electric field is applied to the polymer material, and an electrical repulsive force is generated within the polymer material, thereby forming a nano-sized seal. The water-reactive layer 11 or the inactive layer 12 may be formed while the polymer material of the actual shape is laminated on the plate 160. The water-reactive layer 11 and the inert layer 12 may vary depending on the polymer material discharged through the capillary 120.

주사 펌프(110) 내에는 수분 반응층(11) 또는 비활성층(12)을 형성하기 위한 고분자 재료가 용매에 녹은 상태로 존재할 수 있다. 수분 반응층(11)을 형성하는데 사용되는 고분자 재료에 따른 용매는 다음과 같을 수 있다.The polymer material for forming the water-reactive layer 11 or the inactive layer 12 may be present in the injection pump 110 in a state where the polymer material is dissolved in the solvent. The solvent according to the polymer material used to form the water-reactive layer 11 may be as follows.

고분자 재료Polymer material 용매menstruum 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide)Polyethylene oxide 물water 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate)Cellulose acetate 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran), 디히드로푸란(digydrofuran), 클로로포름(chloroform)Tetrahydrofuran, dihydrofuran, chloroform, 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone)Polyvinyl-pyrrolidone < / RTI > 알코올, 물Alcohol, water 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)Polyvinyl alcohol 물water

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수분 반응층(11)의 형성 과정을 나타내는 도면이다.5 is a view illustrating a process of forming the water-reactive layer 11 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 수분 반응층(11)은 앞서 설명한 바와 같이 복수의 나노 섬유를 포함하며, 복수의 나노 섬유는 일방향으로 정렬되도록 형성될 수 있다. 이를 위하여, 복수의 나노 섬유가 적층되는 플레이트(160)를 포함하는 기판(150)이 왕복 운동할 수 있다. 이에 따라서, 캐필러리(120)에서 기 결정된 위치로 뽑히는 나노 섬유가 일방향으로 정렬될 수 있다.Referring to FIG. 5, the water-reactive layer 11 includes a plurality of nanofibers as described above, and the plurality of nanofibers may be aligned in one direction. To this end, the substrate 150 including the plate 160 on which a plurality of nanofibers are stacked can reciprocate. Accordingly, the nanofibers extracted at the predetermined positions in the capillary 120 can be aligned in one direction.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터(10)의 제조 장치(100)를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수분 반응층(11)의 형성 과정을 나타내는 도면이다.6 is a view showing an apparatus 100 for manufacturing an actuator 10 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view showing a process of forming a water-reactive layer 11 according to another embodiment of the present invention .

앞선 실시예와 달리, 본 실시예에서는 복수의 나노 섬유를 일방향으로 정렬되도록 하기 위하여 왕복하는 플레이트(160) 대신 회전운동하는 원통 부재(170)를 사용할 수 있다. 즉, 캐필러리(120)에서 나노 섬유가 뽑히는 속도를 고려하여 원통 부재(170)가 일정한 속도로 회전함으로써, 나노 섬유가 일방향으로 정렬되도록 형성될 수 있다.Unlike the previous embodiment, in the present embodiment, a cylindrical member 170 that rotates in place of the reciprocating plate 160 may be used to align the plurality of nanofibers in one direction. That is, in consideration of the speed at which the nanofibers are extracted from the capillary 120, the cylindrical member 170 may be rotated at a constant speed so that the nanofibers are aligned in one direction.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(10)의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.8 is a flowchart showing a manufacturing method of the actuator 10 according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 우선 전기 방사를 통해 복수의 나노 섬유를 포함하는 수분 반응층(11)이 형성될 수 있다(S1). 앞서 설명한 바와 같이, 수분 반응층(11)에 포함되는 복수의 나노 섬유는 일방향으로 정렬되어 형성되기 때문에, 복수의 나노 섬유가 적층되는 플레이트(160)를 포함하는 기판(150)이 왕복 운동하거나, 원통 부재(170)가 회전 운동할 수 있다.Referring to FIG. 8, a water-reactive layer 11 including a plurality of nanofibers may be formed by electrospinning (S1). As described above, since the plurality of nanofibers included in the water-reactive layer 11 are aligned in one direction, the substrate 150 including the plate 160 on which a plurality of nanofibers are stacked may reciprocate, The cylindrical member 170 can be rotated.

그리고, 비활성층(12)이 전기 방사를 통해 형성될 수 있다(S2). 비활성층(12)도 수분 반응층(11)을 형성하는 방법과 동일한 방법으로 형성될 수 있다.Then, the inactive layer 12 may be formed through electrospinning (S2). The inert layer 12 may also be formed in the same manner as the method of forming the moisture-reactive layer 11. [

수분 반응층(11)와 비활성층(12) 간의 형성 순서는 어떤 것이 먼저 형성되더라도 상관없으며(도 8(a) 및 도 8(b)), 두 제조 장치를 통해 동시에 형성되는 것도 가능하다.The order of formation between the moisture-reactive layer 11 and the inactive layer 12 is not limited to what may be formed first (Figs. 8 (a) and 8 (b)) and can be formed simultaneously through two manufacturing apparatuses.

수분 반응층(11) 및 비활성층(12)이 형성되면, 두 개의 층을 접합하여 액츄에이터(10)를 완성할 수 있다(S3).When the water-reactive layer 11 and the inactive layer 12 are formed, the actuator 10 can be completed by joining two layers (S3).

또한, 도 8(c)와 도 8(d)에서와 같이, 수분 반응층(11) 및 비활성층(12) 중 하나를 먼저 형성한 후에 그 위에 나머지 층(비활성층(12) 또는 수분 반응층(11))을 적층하는 방식으로 형성하는 것도 가능하다.8 (c) and 8 (d), one of the water-reactive layer 11 and the inert layer 12 is formed first, and then the remaining layer (the inert layer 12 or the moisture- (11)) may be stacked.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(210)를 포함하는 로봇(200)을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(210)를 포함하는 로봇(200)의 동작을 나타내는 도면이다.FIG. 9 is a view showing a robot 200 including an actuator 210 according to an embodiment of the present invention. FIG. 10 is a view showing a robot 200 including an actuator 210 according to an embodiment of the present invention. Fig.

도 9 및 도 10을 참조하면, 로봇(200)은 액츄에이터(210)를 기초로 형성될 수 있다. 로봇(200)에 포함되는 액츄에이터(210)는 지면과 평행하게 위치할 수 있다. 로봇(200)의 길이 방향(즉, 도 9에서 좌상측에서 우하측으로의 방향)은 액츄에이터(210)의 수분 반응층(11)에 포함되는 복수의 나노 섬유의 정렬 방향과 같을 수 있다. 따라서, 로봇(200) 주변의 공기의 상대 습도가 주기적으로 변함에 따라서, 로봇(200)은 구부러짐과 펴짐을 반복할 수 있다.Referring to FIGS. 9 and 10, the robot 200 may be formed on the basis of the actuator 210. The actuator 210 included in the robot 200 may be positioned parallel to the ground. The longitudinal direction of the robot 200 (that is, the direction from the upper left side to the lower right side in Fig. 9) may be the same as the alignment direction of the plurality of nanofibers included in the water-reactive layer 11 of the actuator 210. [ Accordingly, as the relative humidity of the air around the robot 200 periodically changes, the robot 200 can repeat bending and spreading.

그리고, 로봇(200)이 구부러짐과 펴짐을 반복하는 과정에서 로봇(200)이 일 방향으로 이동하도록 하기 위하여, 로봇(200)의 양 측에는 래칫(ratchet) 부재(220a, 220b)가 형성될 수 있다.Ratchet members 220a and 220b may be formed on both sides of the robot 200 in order to move the robot 200 in one direction in a process of repeatedly bending and spreading the robot 200 .

예를 들어, 도 10에 있어서, 도 10(a)는 로봇(200)의 초기 상태일 수 있다. 로봇(200)에 있어서 수분 반응층(11)이 위에 있고 비활성층(12)이 아래에 있을 경우, 상대 습도가 높은 공기가 로봇(200) 주변에 공급되면 로봇(200)은 위로 구부러질 수 있다(도 10(b)). 그리고, 상대 습도가 낮은 공기가 로봇(200) 주변에 공급되면 로봇(200)은 펴질 수 있다(도 10(c)). 이러한 구부러짐과 펴짐이 반복되면서 로봇(200)은 일방향 운동만을 허용하는 래칫 부재(220a, 220b)에 의해서 서서히 도 10에 있어서 우측으로 이동할 수 있다. 만약, 수분 반응층(11)과 비활성층(12) 간의 위치가 반대라면, 습도의 변화도 반대로 함으로써 동일한 동작을 유도할 수 있다.For example, in Fig. 10, Fig. 10 (a) may be an initial state of the robot 200. Fig. When the moisture-reactive layer 11 is on the robot 200 and the inert layer 12 is on the lower side, when the air having a relatively high humidity is supplied around the robot 200, the robot 200 can be bent upward (Fig. 10 (b)). When air having a low relative humidity is supplied to the periphery of the robot 200, the robot 200 can be extended (Fig. 10 (c)). By repeating such bending and spreading, the robot 200 can be gradually moved to the right in Fig. 10 by the ratchet members 220a and 220b which allow only unidirectional motion. If the position between the moisture-reactive layer 11 and the inactive layer 12 is reversed, the same operation can be induced by reversing the change in humidity.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇(300)을 나타내는 도면이다.11 is a view showing a robot 300 according to another embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 로봇(300)도 액츄에이터(310)를 기초로 형성될 수 있으되, 앞선 실시예의 로봇(200)과는 형태가 변경될 수 있다. 본 실시예의 로봇(300)에 있어서도, 로봇(300)이 구부러짐과 펴짐을 반복하는 과정에서 로봇(300)이 일 방향으로 이동하도록 하기 위하여, 로봇(300)의 양 측에는 래칫 부재(320a, 320b)가 형성될 수 있다. 도 11에 있어서, 도 11(a)는 로봇(300)의 초기 상태일 수 있다. 로봇(300)에 있어서, 수분 반응층(11)이 아래에 있고 비활성층(12)이 위에 있을 경우, 상대 습도가 높은 공기가 로봇(300) 주변에 공급되면 로봇(300)은 펴질 수 있다(도 11(b)). 그리고, 상대 습도가 낮은 공기가 로봇(300) 주변에 공급되면 로봇(300)은 펴질 수 있다(도 11(c)). 이러한 구부러짐과 펴짐이 반복되면서 로봇(300)은 일방향 운동만을 허용하는 래칫 부재(320a, 320b)에 의해서 서서히 도 11에 있어서 우측으로 이동할 수 있다. 만약, 수분 반응층(11)과 비활성층(12) 간의 위치가 반대라면, 습도의 변화도 반대로 함으로써 동일한 동작을 유도할 수 있다.11, the robot 300 may be formed on the basis of the actuator 310, but the shape of the robot 300 may be changed from that of the robot 200 of the previous embodiment. The robot 300 of the present embodiment also includes ratchet members 320a and 320b on both sides of the robot 300 in order to move the robot 300 in one direction in the process of repeatedly bending and spreading the robot 300. [ Can be formed. In Fig. 11, Fig. 11A can be an initial state of the robot 300. Fig. In the robot 300, when the moisture-reactive layer 11 is located below the inert layer 12 and the air having a relatively high humidity is supplied around the robot 300, the robot 300 can be extended 11 (b)). When air having a low relative humidity is supplied to the vicinity of the robot 300, the robot 300 can be opened (Fig. 11 (c)). As the bending and spreading are repeated, the robot 300 can be gradually moved to the right in Fig. 11 by the ratchet members 320a and 320b which allow only unidirectional motion. If the position between the moisture-reactive layer 11 and the inactive layer 12 is reversed, the same operation can be induced by reversing the change in humidity.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇(400)을 나타내는 도면이고, 도 13은 도 12의 로봇(400)의 동작을 나타내는 평면도이다.FIG. 12 is a view showing a robot 400 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a plan view showing the operation of the robot 400 in FIG.

도 12 및 도 13을 참조하면, 로봇(400)도 액츄에이터(410)를 기초로 형성될 수 있으며, 앞선 실시예들의 로봇(200, 300)과는 형태가 변경될 수 있다. 도 12의 로봇(400)에서는 액츄에이터(410)(즉, 수분 반응층(11) 및 비활성층(12))가 지면과 수직하게 위치할 수 있다. 본 실시예의 로봇(400)에 있어서도, 로봇(400)이 구부러짐과 펴짐을 반복하는 과정에서 로봇(400)이 일 방향으로 이동하도록 하기 위하여, 로봇(400)에는 적어도 하나의 래칫 부재(420)가 형성될 수 있다.12 and 13, the robot 400 may also be formed on the basis of the actuator 410, and the shape of the robot 400 may be changed from that of the robots 200 and 300 of the previous embodiments. In the robot 400 of FIG. 12, the actuators 410 (i.e., the water-reactive layer 11 and the inert layer 12) may be positioned perpendicular to the paper surface. In the robot 400 of the present embodiment as well, at least one ratchet member 420 is provided on the robot 400 so that the robot 400 moves in one direction in the process of repeatedly bending and spreading the robot 400 .

도 13의 로봇(400)에 있어서, 수분 반응층(11)과 비활성층(12)의 위치는 로봇(400)의 길이 방향을 따라 변경될 수 있다. 즉, 굴곡이 변경되는 구간 마다 수분 반응층(11)과 비활성층(12)의 위치도 변경될 수 있다. 상대 습도의 증가 및 감소에 따라서 로봇(400)은 펴졌다가(도 13(b)) 구부러졌다를 반복할 수 있다. 이의 반복에 의해서 로봇(400)은 일방향 운동만을 허용하는 래칫 부재(420)에 의해서 서서히 도 13에 있어서 우측으로 이동할 수 있다.13, the positions of the water-reactive layer 11 and the inactive layer 12 can be changed along the length direction of the robot 400. In the robot 400 shown in Fig. That is, the positions of the water-reactive layer 11 and the inactive layer 12 can be changed for each section in which the bend is changed. As the relative humidity increases and decreases, the robot 400 can be stretched (Fig. 13 (b)) and bent repeatedly. By this repetition, the robot 400 can be moved to the right in FIG. 13 by the ratchet member 420 which allows only one-way motion.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

10, 210, 310, 410 : 액츄에이터
11 : 수분 반응층
12 : 비활성층
50 : 고분자 재료
100 : 제조 장치
110 : 주사 펌프
120 : 캐필러리
130 : 전압부
150 : 기판
160 : 플레이트
170 : 원통 부재
200, 300, 400 : 로봇
220a, 220b, 320a, 320b, 420 : 래칫 부재10, 210, 310, 410: actuators
11: water-reactive layer
12: Inactive layer
50: polymer material
100: Manufacturing apparatus
110:
120: Capillary
130:
150: substrate
160: Plate
170: cylindrical member
200, 300, 400: robot
220a, 220b, 320a, 320b, 420:

Claims (23)

수분에 반응하는 액츄에이터에 있어서,
수분의 양에 의해 신장 및 수축이 가능한 복수의 나노 섬유를 포함하는 수분 반응층; 및
수분에 대하여 비활성을 가지는 비활성층을 포함하고,
상기 수분 반응층에 포함되는 복수의 나노 섬유는 일방향으로 정렬된, 액츄에이터.
In an actuator responsive to moisture,
A water-reactive layer containing a plurality of nanofibers capable of elongating and contracting by an amount of water; And
An inert layer having an inactive with respect to moisture,
Wherein the plurality of nanofibers included in the water-reactive layer are aligned in one direction.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 나노 섬유는 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 중 적어도 하나를 포함하는, 액츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of nanofibers include at least one of polyethylene oxide, cellulose acetate, polyvinyl-pyrrolidone, and polyvinyl alcohol.
청구항 1에 있어서,
상기 비활성층은 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리메타크릴산메틸(polymethayl methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 하나를 포함하는, 액츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the inactive layer comprises at least one of PLGA (poly (lactic-co-glycolic acid)), polycaprolactone, polymethayl methacrylate, polystyrene, polyimide , An actuator.
청구항 1에 있어서,
상기 액츄에이터의 구동 속도는 상대 습도의 변화속도에 의해 제어되는, 액츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the driving speed of the actuator is controlled by the rate of change of the relative humidity.
청구항 4에 있어서,
상기 수분 반응층은 상대 습도가 높을수록 상기 복수의 나노 섬유의 길이 방향에 따라 신장되는 길이가 증가하는, 액츄에이터.
The method of claim 4,
Wherein the water-reactive layer has a length that is increased along the longitudinal direction of the plurality of nanofibers as the relative humidity is higher.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 나노 섬유는 간격을 가지는, 액츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of nanofibers have spacing.
전기 방사(electrospinning)를 통해 복수의 나노 섬유를 포함하는 수분 반응층 및, 수분에 대하여 비활성을 가지는 비활성층이 형성되고,
상기 수분 반응층에 포함되는 복수의 나노 섬유는 일방향으로 정렬된, 액츄에이터의 제조 방법.
A water-reactive layer containing a plurality of nanofibers and an inactive layer having inactivity with respect to moisture are formed through electrospinning,
Wherein the plurality of nanofibers included in the water-reactive layer are aligned in one direction.
청구항 7에 있어서,
상기 수분 반응층 및 상기 비활성층 각각이 형성되고,
상기 수분 반응층 및 상기 비활성층이 접합되는, 액츄에이터의 제조 방법.
The method of claim 7,
The water-reactive layer and the inactive layer are formed,
Wherein the moisture-reactive layer and the inert layer are bonded to each other.
청구항 7에 있어서,
상기 수분 반응층 및 상기 비활성층 중 하나가 형성되고,
상기 하나의 층 상에 상기 수분 반응층 및 상기 비활성층 중 나머지 층이 형성되는, 액츄에이터의 제조 방법.
The method of claim 7,
One of the moisture-reactive layer and the inert layer is formed,
And the remaining one of the moisture-reactive layer and the inert layer is formed on the one layer.
청구항 7에 있어서,
상기 전기 방사는 접지(ground)된 이동 장치를 포함하는 기판 상에서 행해지는, 액츄에이터의 제조 방법.
The method of claim 7,
Wherein the electrospinning is carried out on a substrate comprising a grounded moving device.
청구항 10에 있어서,
상기 이동 장치는 플레이트이고,
상기 플레이트의 왕복 운동에 의해서 상기 복수의 나노 섬유가 형성되는, 액츄에이터의 제조 방법.
The method of claim 10,
The mobile device is a plate,
Wherein the plurality of nanofibers are formed by reciprocating motion of the plate.
청구항 10에 있어서,
상기 이동 장치는 원통 부재이고,
상기 원통 부재의 회전 운동에 의해서 상기 복수의 나노 섬유가 형성되는, 액츄에이터의 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the moving device is a cylindrical member,
Wherein the plurality of nanofibers are formed by rotational movement of the cylindrical member.
청구항 7에 있어서,
상기 복수의 나노 섬유는 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl-pyrrolidone), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 중 적어도 하나로 형성되는, 액츄에이터의 제조 방법.
The method of claim 7,
Wherein the plurality of nanofibers are formed of at least one selected from the group consisting of polyethylene oxide, cellulose acetate, polyvinyl-pyrrolidone, and polyvinyl alcohol.
청구항 7에 있어서,
상기 비활성층은 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리메타크릴산메틸(polymethayl methacrylate), 폴리스티렌(polystyrene) , 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 하나로 형성되는, 액츄에이터의 제조 방법.
The method of claim 7,
Wherein the inactive layer is formed of at least one of PLGA (poly (lactic-co-glycolic acid)), polycaprolactone, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyimide, A method of manufacturing an actuator.
청구항 7에 있어서,
상기 복수의 나노 섬유는 간격을 가지도록 형성되는, 액츄에이터의 제조 방법.
The method of claim 7,
Wherein the plurality of nanofibers are formed to have an interval.
청구항 1 내지 6 중 하나의 항에 의한 액츄에이터를 포함하는, 로봇.
A robot comprising an actuator according to any one of claims 1 to 6.
청구항 16에 있어서,
상기 수분 반응층이 지면과 평행하게 위치하는, 로봇.
18. The method of claim 16,
Wherein the water-reactive layer is located parallel to the ground.
청구항 16에 있어서,
상기 수분 반응층이 지면과 수직하게 위치하는, 로봇.
18. The method of claim 16,
Wherein the water-reactive layer is positioned perpendicular to the paper surface.
청구항 16에 있어서,
일방향 운동만을 허용하는 적어도 하나의 래칫 부재를 더 포함하는, 로봇.
18. The method of claim 16,
Further comprising at least one ratchet member that allows only one-way movement.
청구항 7 내지 15 중 하나의 항에 의해 제조된 액츄에이터를 포함하는, 로봇.
A robot comprising an actuator manufactured by one of claims 7 to 15.
청구항 20에 있어서,
상기 수분 반응층이 지면과 평행하게 위치하는, 로봇.
The method of claim 20,
Wherein the water-reactive layer is located parallel to the ground.
청구항 20에 있어서,
상기 수분 반응층이 지면과 수직하게 위치하는, 로봇.
The method of claim 20,
Wherein the water-reactive layer is positioned perpendicular to the paper surface.
청구항 20에 있어서,
일방향 운동만을 허용하는 적어도 하나의 래칫 부재를 더 포함하는, 로봇.The method of claim 20,
Further comprising at least one ratchet member that allows only one-way movement.
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