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[새로운 신축성 전도성 폴리머로 로봇 보조 수술 발전 가능] 지속 가능한 방법을 통해 고안된 새로운 신축성 전도성 블록 공중합체는 로봇 보조 수술을 돕고 소비자 장치의 촉각 효과를 향상시킬 수 있다.

https://interestingengineering.com/energy/stretchable-conductive-block-copolymer-developed

JM Kim | 기사입력 2024/06/14 [00:00]

[새로운 신축성 전도성 폴리머로 로봇 보조 수술 발전 가능] 지속 가능한 방법을 통해 고안된 새로운 신축성 전도성 블록 공중합체는 로봇 보조 수술을 돕고 소비자 장치의 촉각 효과를 향상시킬 수 있다.

https://interestingengineering.com/energy/stretchable-conductive-block-copolymer-developed

JM Kim | 입력 : 2024/06/14 [00:00]

 

새로운 신축성 전도성 폴리머로 로봇 보조 수술 발전 가능

 

캘리포니아 대학의 연구원들은 암스테르담 대학의 연구원들과 함께 피부에 가해지는 압력이나 진동을 시뮬레이션하는 저전류 전기 신호를 전달하려는 야심찬 목표로 신축성 있는 전도성 블록 공중합체를 고안했다.

 

이 연구의 저자인 캘리포니아 대학의 압둘하미드 압달(Abdulhameed Abdal)은 이 기술이 촉각 자극을 위한 금속 재료의 대체물로 전도성 유기 고분자를 사용했다고 설명했다.

"우리는 탄성 계수와 같은 재료 특성, 동심원 디자인과 같은 재료의 모양을 고려하고 강력한 행동 연구를 수행하여 임계 값과 인식 품질을 분석했다."

이 새로운 소재는 전기가 기계적 감각으로 인식되는 전기 촉각 자극에 대한 창의적인 접근 방식을 가능하게 한다.

 

신축성 블록으로 단일 거대분자로부터 건식 필름 제작 가능

캘리포니아 대학의 레이첼 블라우(Rachel Blau)와 연구 저자는 신축성 블록 공중합체가 시간이 지나도 안정적이어서 단일 고분자, 즉 전도성 고분자 전해질 복합체로 구성된 건조 필름을 제조할 수 있다고 말했다.

 

“이러한 건조하고 신축성이 있는 전극을 사용함으로써 우리는 장기간 사용하면 건조해지는 일반적으로 하이드로겔로 만들어진 상업용 전극과 달리 시간이 지나도 안정적인 성능을 달성한다.”고 그녀는 설명했다.

"또한 본질적으로 전도성이 있고 신축성이 있는 필름은 단일 구성 요소 시스템이기 때문에 저분자량 첨가제를 사용하거나 시간이 지남에 따라 분리되는 경향이 있는 신축성 재료와의 혼합을 피했다."

 

동심 전극으로 설계된 이 소재는 이전 방법에서 발견된 불일치 및 통증 문제를 해결하여 통증이나 둔감화를 유발하지 않고 초저전류(≥ 6 마이크로암페어)로 정확한 감각을 가능하게 한다.

 

연구원들은 압력과 진동 사이의 감각을 전환하기 위해 전기 신호의 주파수를 조정하여 과학자들의 진술에 따라 소비자 장치 및 로봇 보조 수술과 같은 의료 응용 분야에서 향상된 햅틱 효과를 약속했다.

 

새로운 전도성 소재 성능

압달은 전도성 블록 공중합체의 성능을 암시하면서 혼합된 대응물에서 발생할 수 있는 상 분리나 침출이 발생하지 않을 것이라고 말했다.

그는 또한 이 제조 절차가 매우 쉽고 확장 가능하다고 덧붙였다. 손가락 끝이나 팔뚝과 싸우기 위해 전극을 만들 수 있다.

 

“필요하다면 cm당 더 많은 전극을 쉽게 추가할 수 있다. 이 절차는 사진석판술 절차를 완화한다. 원하는 크기로 필름을 캐스팅하고 레이저 절단만 하면 된다. 이는 비용 효율적이다.”라고 그는 말했다.

 

다양한 피부 유형에 대한 재료의 성능에 대해 물었을 때 압달은 계면 피부 임피던스는 항상 문제가 되지만 "피부 유형마다 다를 수 있다."고 말했다.

"그러나 전도성 폴리머를 전극으로 사용하면 시간이 지남에 따라 임피던스를 잠재적으로 줄일 수 있다."

 

자극의 원인이 될 수 있는 수분 장벽을 형성하는 습식 젤 전극과 달리 소재의 다공성 특성으로 인해 땀을 흡수할 수 있다.

"여기서 전기 자극을 할 때 고려해야 할 유일한 사항은 고통스러운 자극을 피하기 위해 피부 부상이나 알레르기가 있는지 여부이다."

 

블라우는 합성 규모 확대와 친환경 용매 사용이라는 규모 확대에 직면한 또 다른 과제를 언급했다.

“먼저 우리는 컬럼 크로마토그래피와 같이 노동 집약적인 정제 기술이 필요 없는 대규모 배치 합성 방법을 개발했다.”고 그녀는 말했다. "저희 프로세스는 최대 200mL 배치까지 확장되어 간단하고 확장 가능한 제조 절차를 촉진한다.

“둘째, , 에탄올, 아세톤 등 합성 전반에 걸쳐 친환경적인 녹색 용매를 사용했다.”

 

EMG를 기반으로 전극을 자극하는 소프트 전자 회로

과학자들은 햅틱 모듈성이 측정에 필요한 모든 센서 장치와 통합될 수 있다고 말한다. 예를 들어, 의수족에 대한 파지력의 EMG 전위를 측정하고 이 촉각 양식을 통합하고 파지력을 기반으로 감각 간을 조절할 수 있다.

 

압달은획득한 EMG 전위를 기반으로 전극을 자극하기 위해 정전류 소스를 사용하는 배포 가능한 소프트 전자 회로를 만들 수 있다.”라고 말했다.

 

장기적인 영향에 대해 질문을 받았을 때 압달은 범용 임피던스 기반 피드백이 이러한 모든 전기 자극 시스템에 구현될 것이라고 말했다.

“부작용은 벗겨짐이나 기계적 장애 등으로 인해 높은 자극 요구 사항으로 인해 발생할 수 있다. 그런 경우 이런 상황이 지속적으로 발생하면 시간이 지나면서 통증이나 부상의 위험이 높아질 수 있다고 말했다.

 

이미지 출처: 손가락 끝과 팔뚝을 포함한 전기 촉각 응용을 위한 인간 피부의 등각 및 신축성 동심 전극의 사진. 레이첼 블라우 / 유레카 경보

 

 

 

 

 
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