기화 기반 자연모사 구동기 제작 연구
Fabrication of Vaporization-Based Biomimetic Actuators
- 주제어 (키워드) 자연모사 , 스냅-스루 좌굴 , 쉘-스냅 , 연성 구동기 , Sphaerobolus , Polypodium aureum , 에너지 하베스팅 , PFC , ADV , 기화
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이승엽
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000082108
- UCI I804:11029-000000082108
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Many plants and animals in nature, such as the Venus flytrap, amplify speed and force through a snap-through buckling mechanism. Among them, Sphaerobolus, a fungus known for spore dispersal, utilizes this mechanism to explosively launch its spores over long distances. It stores elastic energy in a hemispherical membrane surrounding the spores via internal pressure, and upon inversion of the membrane, the stored energy is rapidly released to achieve high-velocity spore ejection. Inspired by the inversion-ejection mechanism of Sphaerobolus, this study presents the development of a bioinspired actuator that combines the snap-through behavior of a hemispherical shell with volume expansion driven by liquid vaporization. The developed actuator achieves high-speed actuation that would be difficult to realize with vaporization alone. Furthermore, due to its repeatability and autonomous responsiveness to environmental changes, the actuator demonstrates potential for application in energy harvesting systems.
more초록 (요약문)
파리지옥과 같은 자연계의 많은 동식물이 스냅-스루 좌굴 메커니즘을 통해 속도와 힘을 증폭시킨다. 그중에서도 Sphaerobolus(포병 버섯)는 스냅 좌굴 메 커니즘을 이용해 그 포자를 장거리에 고속으로 투척한다. 포자를 둘러싼 반구 형 탄성 막에 압력에 의한 에너지가 축적되고, 반구형 막의 반전과 함께 에너 지가 방출되며 고속으로 포자를 사출한다. 본 연구는 Sphaerobolus의 반전 투척 메커니즘에서 영감을 받아, 반구형 구 조물의 스냅-스루 메커니즘과 액체의 기화에 의한 부피팽창을 결합한 자연모 사 구동기 소자를 개발하였다. 해당 소자는 기화만으로는 도달하기 힘든 고속 구동을 구현한다. 또한, 개발된 소자의 높은 반복성과 환경 변화에 의한 자율 구동 특성에 기반하여 에너지 수확 분야에의 적용을 제안한다.
more목차
List of Contents
1. 서론 1
1.1 마이크로비드 구동기 1
1.1.1 연구 배경 및 목표 1
1.1.2 구동기 설계 및 제작 5
1.1.3 구동 특성 7
1.1.4 Polypodium aureum 투석기 9
1.1.5 분석 및 결론 11
1.2 연구 배경 12
1.3 연구 목표 15
2. 쉘-스내핑 소자 16
2.1 쉘-스내핑 소자 16
2.2 쉘-스내핑 소자 설계 17
2.3 쉘-스내핑 소자 제작 공정 19
3. 소자 점프 성능 최적화 20
3.1 실험 방법 20
3.2 유체 주입 실험 결과 21
3.3 PFP 증발 실험 결과 23
3.4 안쪽 캡 두께별 PFP 증발 실험 결과 분석 25
3.5 바깥 캡 두께 및 물성별 PFP 증발 실험 결과 분석 27
4. 반복 구동 성능 평가 30
4.1 실험 방법 30
4.2 수중 반복 구동 실험 결과 31
4.3 반복 실험 결과 분석 및 고찰 33
5. 결론 35
6. Reference 38
