• 한국정보통신학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.533-539
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• 2013

최근 의료 및 생체공학 분야의 액추에이터(actuator)와 센서 및 연료전지로 활용할 수 있는 새로운 재료인 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 IPMC의 특징은 센서(sensor)와 액추에이터(actuator)의 성질을 동시에 가지는 있는 특이한 성질을 가진 복합재료로서 IPMC에 전압을 가하면 움직임이 생기며, IPMC에 움직임이 발생하면 IPMC 내부에 전압이 충전되는 성질이 있어 모션 센서나 힘 센서로도 활용할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 IPMC에 대한 몇 가지 특성을 파악하고 IT 기술인 스마트폰의 연계하여 원격지에서 IPMC의 동작을 제어할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 또한, 스마트폰을 기반으로 하여 영상정보를 전송하여 모니터링 하도록 하였다. IPMC의 동작제어는 스마트폰의 블루투스를 이용하여 동작명령을 전송하도록 시스템을 구현하였다. 본 논문의 실험 및 구현으로부터 IPMC 물성에 대한 정확한 분석은 부족하지만 향후 IPMC의 활용에 있어서 IT 기술과의 융합을 통하여 센서, 액추에이터, 연료전지 등과 같은 분야에 적극 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제20권3호
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• pp.50-54
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• 2007

본 연구에서는 IPMC의 기본적인 기계적 특성을 알아보았다. 기전폴리머의 한 종류인 IPMC는 굽힘형 작동, 가벼움, 저전력 소모, 유연성 등의 많은 장점을 가진 재료이다. 따라서 IPMC는 생체모방형 작동기와 센서로서 많은 가능성을 가지고 있다. 이런 가능성을 바탕으로 IPMC를 실제로 응용하기 위하여 IPMC의 변형, 구동력, 주파수 응답 등 기본적인 기계적 특성을 연구하였다. 우선 이온교환폴리머의 한 종류인 네피온 용액을 사용하여 여러 가지 두께의 네피온 막을 만들고, 무전해 도금을 통해 IPMC를 제작하였다. 이렇게 제작된 IPMC의 규격, 인가 전압에 따른 변형, 구동력, 주파수 응답 특성에 관한 실험을 수행하고, 실험 결과를 통해 IPMC 성능의 실험식과 등가 강성 모델을 수립하였다.

• 세라미스트
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• 제23권1호
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• pp.16-26
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• 2020

Recently, polymer-metal composite (IPMC)-based ionic artificial muscle has been drawing a huge attention for its excellent soft actuator performance having outstanding soft actuator performance with efficient conversion of electrical energy to mechanical energy under low working voltage. In addition, light, flexible and soft nature of IPMC and high bending strain response enabled development of versatile sensor application in association with soft actuator. In this paper, current issues of IPMC were discussed including standardizing preparation steps, relaxation under DC bias, inhibiting solvent evaporation, and improving poor output force. Solutions for these drawbacks of IPMC have recently been suggested in recent studies. After following explanation of the IPMC working mechanism, we investigate the main factors that affect the operating performance of the IPMC. Then, we reviewed the optimized IPMC actuator fabrication conditions especially for the preparation process, additive selection for a thicker membrane, water content, solvent substitutes, encapsulation, etc. Lastly, we considered the pros and cons of IPMCs for sensor application in a theoretical and experimental point of view. The strategies discussed in this paper to overcome such deficiencies of IPMCs are highly expected to provide a scope for IPMC utilization in soft robotics application.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2013년도 춘계학술대회
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• pp.531-533
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• 2013

본 논문에서 연구하고자 하는 IPMC(Ionic exchange Polymer Metal Composite)는 술폰산 이온기와 플루오르화 탄소의 결합으로 이루어진 Nafion 필름을 사용한 소재로 전기 활성 고분자(Electro Active Polymer) 특성과 물의 유무 및 양이온에 크게 영향을 받는 특성을 지닌다. 즉, 전기 에너지를 기계적 에너지로 활용 하거나, 기계 에너지를 전기 에너지로 활용 할 수 있으며, 물과 물속의 양이온에 따라 그 특성도 크게 달라진다. 이러한 IPMC의 전기적 특성을 연구하기 위하여 모의실험 장치를 구성하였다. 이 모의 실험 장치에는 MCU 와 Stepper Motor를 사용 하여 해류의 기계적 움직임을 구현 하도록 하여 움직임에 따른 전기적 특성 분석을 하도록 설계 하였다. 본 연구에서는 IPMC와 모의실험 장치를 구성 하여 해류 에너지의 효율 적인 사용을 위하여 IPMC의 면적, 주파수, 염분의 농도, Bending 각도에 따른 전기적 분석 연구 방법을 통해 IPMC의 효율적인 사용 방법을 제안하고자 한다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제26권5호
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• pp.257-264
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• 2005

This paper proposes an ionic polymer metal composite (IPMC) based artificial muscle to be applicable to the Myoelectric hand prosthesis. The IPMC consists of a thin polymer membrane with metal electrodes plated chemically on both faces, and it is widely applying to the artificial muscle because it is driven by relatively low input voltage. The control commands for the IPMC-based artificial muscle is given by electromyographic (EMG) signals obtained from human forearm. By an intended contraction of the human flexor carpi ulnaris and extensor carpi ulnaris muscles, we investigated the actuation behavior of the IPMC-based artificial muscle. To obtain higher actuation force of the IPMC, the single layered as thick as $800[{\mu}m]$ or multi-layered IPMC of which each layer can be as thick as $178[{\mu}m]$ are prepared. As a result, the bending force was up to the maximum 12[gf] from 1[gf] by actuating the single layered IPMC with $178[{\mu}m]$, but the bending displacement was reduced to 6[mm] from 30[mm]. The experimental results using an implemented IPMC control system show a possibility and a usability of the bio-mimetic artificial muscle.

• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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• 제52권7호
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• pp.298-304
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• 2003

IPMC(Ionic Polymer-Metal Composite) is a highly sensitive actuator that shows a large deformation in presence of low applied voltage. Generally, IPMC can be fabricated by electroless plating of platinum on both sides of a Nafion (perfluorosulfonic acid) film. When a commercial Nafion film is used as a base structure of the IPMC membrane, the micro-pump structure and the IPMC membrane are fabricated separately and then later assembled, which makes the fabrication inefficient. Therefore, fabrication of an IPMC membrane and the micro-pump structure on a single wafer without the need of assembly have been developed. The silicon wafer was partially etched to hold liquid Nafion to be casted and a 60-${\mu}{\textrm}{m}$ thick IPMC membrane was realized. IPMC membranes with various size were fabricated by casting and they showed 4-2${\mu}{\textrm}{m}$ displacements from $4mm{\times}4mm$ , $6mm{\times}6mm$, $8mm{\times}8mm$ membranes at the applied voltage ranging from 2Vp-p to 5Vp-p at 0.5Hz. The displacement of the fabricated IPMC membranes is fairly proportional to the membrane area and the applied voltage.

• 한국기계가공학회지
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• 제7권4호
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• pp.24-30
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• 2008

The laminate IPMC actuator have been developed with a commercial Nafion film and platinum electrodes. Equivalent beam and equivalent bimorph beam models for IPMC(Ionic Polymer-Metal Composite) actuators are described. By using a beam equation with estimated physical properities and actuation displacements of a cantilevered IPMC actuator are estimated. And Finite element analysis(FEA) was done by ANSYS.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제10권11호
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• pp.1012-1016
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• 2004

In the present paper, equivalent beam and equivalent bimorph beam models for IPMC(ionic Polymer-Metal Composite) actuators are described. Physical properties of an IPMC, such as Young's modulus and electro-mechanical coupling coefficient. are determined from the rule of mixture, bimorph beam equations, and measured force-displacement data of a cantilevered IPMC actuator. By using a beam equation with estimated physical properties, actuation displacements of a cantilevered IPMC actuator was calculated and a good agreement between the computed tip displacements and the measured data was observed. Finite element analysis(FEA) combined with the estimated physical properties was used to reproduce the force-displacement relationship of an IPMC actuator. Results from the FEA agreed well with the measure data. The proposed models might be used for modeling of IPMC actuators with complicated shapes and boundary conditions.

• 폴리머
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• 제29권5호
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• pp.463-467
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• 2005

Fluoroalkyl methacrylate, 아크릴산, 2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA)를 공중합한 불소화 아크릴계 이온성 고분자로 제조한 이온성 고분자-백금 복합재료(IPMC)의 구동력을 증대시키기 위하여, HEMA의 OH기를 1,3-diethoxy-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane으로 가교하였다. 가교반응에 의하여 IPMC의 수분흡수가 감소하면서, 기계적 강도, 구동력이 증가함을 관찰하였다. 그러나 IPMC의 구동성, 즉 외부 전위에 의한 변위와 전류량은 가교에 의해 감소하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권12호
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• pp.1865-1870
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• 2010

이 논문에서는 뉴럴네트워크 모델에 기초하여 셀프 센싱이 가능한 IPMC 액추에이터를 개발하고자 한다. IPMC의 양면에 있는 두 개의 지정된 점에서 측정된 입력 전압과 입력 신호들을 뉴럴네트워크 모델의 입력 신호로 사용한다. CCD 레이저 변위 센서는 제시된 뉴럴네트워크 모델의 학습된 출력값으로 사용되는 IPMC 끝의 변위를 정확히 측정하기 위해 설치된다. 결과적으로 뉴럴네트워크 모델은 수집된 입력/출력 학습데이터에 의해 최대한으로 활용된 IPMC의 끝의 변위를 평가하기 위해 만들어진다. IPMC 액추에이터를 위해 설계된 모델의 효율성은 결과들을 모델링함으로서 증명되어진다.