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남방항공"AFM"생체모방기술!진동 유도 시뮬레이션 구조 아초급 접착/마찰 조절 실현
날짜:2025-12-08읽기 :0
남경항공항천대학 희과거 부연구원/대진동 교수팀은 메뚜기, 여치 등 곤충이 기울어지거나 심지어 물구나무를 서서 안정적으로 기어가는 메커니즘의 계발을 받아 그 발받침이 가지고 있는 원호형 표면과 내부 나뭇가지형 구조를 바탕으로 생체모방 사다리화 곡률 매끄러운 받침 구조를 개발했다.이 구조는 다중 인터페이스 적응성을 유지하면서 진동 조절을 통해 접착/마찰 성능의 아초급 접착 전환을 성공적으로 실현했다.관련 연구 결과“진동으로 초빠른 접착/마찰 양방향 전환 가능한 제어”제목, 발표《고급 기능 재료(Advanced Functional Materials)정기간행물은 로보트의 령교한 조작, 정밀설비제조 등 분야에서 중장기적으로 존재하는"강한 부착"과"빠른 방출"이 호환되기 어려운 난제에 일종의 혁신해결방안을 제공해주었다.

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연구팀이 채택모방의 정밀한 면 투영 마이크로 입체 광각 (PμSL)3D인쇄 기술 (나노 아치®S140 프로, 정밀도:10 μm), 4가지 매개변수 구성(曲率半径, 접촉층 두께, 지지층 지름 및 그라데이션 정도)조정 가능시리즈 샘플. 실험 결과, 이 재료는 테스트에서 안정적인 접착 및 마찰 성능을 보여줍니다: 접착 강도 초과60.0 kPa, 보다 높은 마찰 강도130.0 kPa및200연속 반복 테스트 후 유지90 %이상의 성능 안정성.또한 이 재료는≥ 3°기울임꼴,≥Ra0.8 μm의거친 표면과 같은 조건에서도 견딜 수 있는 안정적인 성능400 Hz/60 μm의 진동 작업 상황 및-60~160℃범위 내의 온도 변화 환경(그림 1,2)。


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그림1. 모조 광활 패드의 설계와 진동 조절 접착/마찰 메커니즘 설명도.


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그림2. 4가지 핵심 패브릭 매개변수 접착/마찰지우기 성능의 영향.


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그림3. 서로 다른 구조는 정적에 있다/진동이 거친 기저의 접착과 마찰 성능의 대비.


추가 연구에 따르면 시뮬레이션 곡률 그라데이션 매끄러운 패드 구조는 진동 테스트 조건에서 이중 모드 응답과 진동 내구성 등의 특징을 보인다.에서50 Hz/10의0 μm진동 조건에서 그 접착 성능은 정적일 때의1.371 ± 0.004 N다음으로 올리기3.711 ± 0.037 N, 증가 폭270.68 %(모드I);그리고200 Hz/10의0 μm진동 조건 하에서 접착력은 떨어질 수 있다0.079 ± 0.050 N, 감소폭은497.58 %(모드II)。접착된 변환 스위치 비율과 변환 효율은 각각46.79화97.86 %. 특히 그라데이션 설계는 재료가400 Hz/60μm진동 환경에서도 유지 가능70%이상마찰 성능(그림3)。


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그림4. 표면 적응성과 진동 조절의 기리 분석.


기리 분석 방면에서, 이 구조 내부는 축을 따라 계단식으로 배열된 자성 입자가 형성되었다"정유저강" 의 계량경도구조는 계면응력의 균등한 분포를 효과적으로 실현하여 효과적인 접착공을 증강시켰을뿐만아니라 계면응변에너지도 낮추었다.진동 테스트에서의 힘과 변위 테스트 곡선과 시온 등효 원리로 측정된 주파수와 저장 계량/손실 계량 등 데이터 분석에 따르면 저주파 진동은 탄성 주도를 통해 부착(모드 강화Ⅰ), 고주파 진동은 점성 소모를 통해 부착을 감소시킵니다 (모드Ⅱ)를 사용하여 보다 작게 만들 수 있습니다.30밀리초의 접착제 상태 전환, 응답 속도는 도마뱀과 동일 수준(그림4)。


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그림5. 금속, 유기 유리, 실리콘 조각 등 표면의 무손상 잡아넣기 검증, 휴대용 모듈 검증.


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그림6. 로봇 팔과 통합된 온도차 작업 상황, 대면적 응용 검증.


테스트베드에서 금속, 유기유리, 웨이퍼 등 재료의 무손상 접착부 검증을 실현한 후연구진은 총중량 이하를 더 개발했다280그램, 원가 이하50위안화의 휴대용 조작 모듈은 편심 기저의 무손실 운반에 성공했다 (그림 5).휴대용 모듈도 마찬가지로 로봇 팔 끝부분에 통합되어 고정밀도, 대면적의 작업 수요를 만족시킬 수 있다(그림6)。


요약:이 연구는"그라데이션 분포"-진동 유도 "협동 전략, 기울기, 거칠음, 진동 및 변온 환경에서 접착 성공/마찰 성능의 안정적인 부착과 빠르고 가역적인 전환, 패브릭 접착 기능 제공/마찰재료는 피동구조의 최적화로부터 주동적인 동태조절통제로의 전환으로 동태환경에 적용되는"지능"말단집행기를 발전시키는데 새로운 사고방식을 제공해주었다.