유전탄성체액추에이터 (Dielectric Elastomer Actuator (DEA))
쉽게 풀면
얇은 고무막에 전기를 흘리면 눌리면서 옆으로 넓어지는 성질을 이용해 움직임을 만드는 소프트 액추에이터입니다. 고무 같은 유연한 막에 전기를 흘리면 얇아지면서 넓어지는 성질을 이용해 움직임을 만드는 소프트 구동기입니다. 얇은 고무막에 전기를 흘려 순간적으로 얇고 넓게 눌리게 만들어 그 변형을 움직임으로 활용합니다.
왜 중요한가
얇은 탄성체 막에 전압을 걸어 수축시키는 방식으로 근육에 가까운 변형률과 응답 속도를 내기 때문에 인공근육이라고도 불리며, 소프트로보틱스에서 모터 없는 구동기의 대표 후보입니다. 소형 도약 로봇이나 날갯짓 로봇에서 경량 구동기로 시험되고 있습니다. 모터나 기어 같은 딱딱한 부품 없이도 빠르고 조용하게 움직임을 만들 수 있어, 소프트로봇공학 분야에서 근육을 대체할 인공 구동기로 주목받고 있습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
전기가 만드는 인력이 얇은 막을 눌러 얇게 만들면, 부피는 그대로이므로 옆으로 넓어지는 원리를 이용해 움직임을 만든다는 뜻입니다.
이 문장은 액추에이터를 오래 반복해서 움직이면 전극과 고무막이 조금씩 지쳐 처음만큼 크게 늘어나지 못하게 된다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
수 kV의 고전압이 필요해 전원 회로가 무겁고 안전 문제가 있으며, 이것이 실용화를 가로막는 가장 큰 요인입니다. 반복 구동 시 전기적 파괴로 수명이 짧고 출력 힘이 작아, 형상기억합금이 큰 힘에 느린 것과 반대로 빠르지만 약한 특성을 갖습니다. DEA는 얇은 절연성 고분자 막을 두 장의 유연한 전극 사이에 끼우고 고전압을 가하면 정전기적 인력으로 막이 눌려 얇아지면서 면적이 넓어지는 원리로 구동되며, 소음 없이 빠르게 반응한다는 장점이 있습니다.
주의할 점
안정적으로 구동하려면 상당히 높은 전압이 필요해 안전과 전원 설계에 주의가 필요합니다.
구동에 수 킬로볼트에 이르는 고전압이 필요해 소형 배터리 기반 로봇에 적용하려면 별도의 승압 회로가 필요하다는 실용적 제약이 있습니다.