로봇 형태를 바꿀 수 있는 자가치유 젤 New color-changing gel that stretches 4600%, heals itself can be used in robotics

New color-changing gel that stretches 4600%, heals itself can be used in robotics

The self-healing gel changes color under stress could reshape wearables and soft robotics.

Researchers in Taiwan have developed a stretchable, self-healing gel that changes color when pulled or heated. It combines strength and built-in sensors in a single material that could have interesting applications in wearable devices and soft robotics.

https://interestingengineering.com/innovation/gel-that-heals-itself

4600% 늘어나고 스스로 치유되는

새로운 색상 변화 젤, 로봇공학에 활용 가능

자가치유 젤은 스트레스를 받으면 색상이 변해 웨어러블 기기와 소프트 로봇의 형태를 바꿀 수 있습니다.

만 연구진이 당기거나 가열하면 색이 변하는 신축성 있는 자가치유 젤을 개발했습니다. 이 젤은 강도와 내장 센서를 단일 소재에 결합한 것으로, 웨어러블 기기와 소프트 로봇 공학에 흥미로운 응용 분야를 제공할 것으로 기대됩니다.

간단히 말해, 이 새로운 소재는 스트레스를 받으면 말 그대로 색깔을 바꿔 알려주는 스마트 한 고무 소재 라고 할 수 있습니다 . 이 획기적인 기술은 대부분의 부드럽거나 신축성 있는 소재가 잘 늘어나지만 쉽게 부러지거나, 또는 견고성은 유지되지만 스스로 회복되거나 스트레스를 감지하지 못하기 때문에 중요합니다.

하지만 이 새로운 젤은 강도, 치유력, 그리고 감지 능력을 하나의 소재에 결합하는 데 성공했는데, 이는 매우 드문 성과입니다. 이 획기적인 기술의 비결은 바로 분자 설계의 영리한 조작에 있습니다.

연구진은 로탁산이라는 기계적으로 맞물린 분자를 사용했습니다. 로탁산은 "막대"를 따라 미끄러지는 고리 모양의 분자입니다. 로탁산은 데이지 체인 형태로 서로 연결되어 있는데, 두 개의 로탁산이 서로 연결되어 스프링처럼 팽창/수축할 수 있습니다.

자가치유력, 강력함, 이중감지

연구팀은 이를 이용하여 DPAC 라는 특수 형광 장치를 분자에 부착했습니다. DPAC는 자유롭게 움직일 때 주황색으로 빛나지만, (늘어나거나 구부러지는 등) 움직임이 제한될 때는 파란색으로 빛납니다.

via youtube

따라서 젤을 당기면 고리가 미끄러지면서 DPAC의 움직임을 제한하여 젤이 자외선 아래에서 주황색에서 파란색으로 눈에 띄게 변합니다. 서로 맞물린 분자들은 셀룰로스 나노크리스털(작고 강한 섬유)로 강화된 폴리우레탄 젤 형태로 화학적으로 결합되었습니다.

셀룰로오스는 네트워크 전체에 가역적인 수소 결합을 형성하여 젤의 자가 치유를 돕습니다. 슬라이딩 분자는 젤에 (단순히 섞여 있는 것이 아니라) 내장되어 있기 때문에, 그 움직임은 젤의 스트레칭과 직접적으로 연관됩니다.

연구진은 테스트 결과, 이 신소재가 매우 신축성이 뛰어나 약 4600%의 변형률(예: 1cm 젤을 46cm까지 늘리더라도 끊어지지 않고)을 안전하게 견딜 수 있음을 확인했습니다. 또한, 142MJ/m³의 인성을 나타내어 이러한 분자가 없는 동일한 젤보다 약 2.6배 더 강합니다.

이 소재는 변형에 따라 색상이 변하기 때문에(주황색에서 파란색으로 변하기 때문에) 색상 변화를 관찰하는 것만으로도 젤의 응력 분포를 파악할 수 있습니다. 또한, 열에 따라 색상이 변하기 때문에(고온에서는 주황색, 저온/변형 시에는 파란색) 이중 감지 기능을 활용할 수 있습니다.

하지만 이 소재의 주요 장점 중 하나는 자가 치유 능력입니다. 즉, 실온에서는 몇 시간 만에, 그리고 약한 열을 가하면 더 빨리 손상된 부위를 치유할 수 있다는 뜻입니다.

https://youtu.be/hafAFDCwnEk