Aerial and Aquatic Applications of Ionic Polymer-Metal Composite

Abstract

IPMC (Ionic Polymer-Metal Composite) is a synthetic polymer that is light-weight, and can be driven with low voltage. However, it has high hysteresis and weak driving force. This research sought to operate the system in which the conventional motor-driven system is not appropriate using IPMC. Problems were defined in aerial and aquatic environments, and methods for IPMC utilization were studied according to each application. For aerial application, glider with control surfaces actuated by IPMC was designed and fabricated. Light-weight and low voltage drivable characteristics of IPMC could be efficiently utilized for the application. Hinge-type IPMC was selected to actuate control surfaces, and the control surfaces effectively change the trajectory of the glider. For aquatic application, diaphragm pump whose diaphragm is actuated by IPMC was designed and fabricated. Biocompatibility and surface actuation characteristics of IPMC were applied in the system. Shape of IPMC constituting the diaphragm was selected to maximize the force, and sealing method to reduce hysteresis was developed. Appropriate actuation and packaging method were developed to efficiently apply IPMC to each application.

본 연구는 폴리머 복합체의 일종인 IPMC (Ionic Polymer-Metal Composite, 이온성 폴리머 금속 복합체) 를 이용하여 기존의 모터 구동 시스템이 적용되기 힘든 시스템을 구동시키고자 하였다. 공중 환경에서는 글라이더의 제어 표면을 IPMC로 구동하였다. IPMC의 가벼운 특성과 저전압 구동이 가능한 특성은 본 적용에 사용되기 적합하였다. 이를 위하여 hinge-type의 IPMC를 선택하여 제어 표면을 구동시켰고, 제어 표면은 글라이더의 낙하 궤적을 효과적으로 변화시켰다. 수상 환경에서는 다이어프램 펌프를 IPMC로 구동하였다. IPMC의 생체적합성과 표면 구동 특성이 본 적용에 사용되기 적합하였다. 효과적인 적용을 위해 다이어프램을 구성하는 IPMC 형상을 힘을 극대화하는 방향으로 설계하였고, 구동의 히스테리시스를 감소시킬 수 있는 실링 방법을 개발하였다. 각 적용에서 IPMC를 효율적으로 적용하기 위해 적절한 구동 방법과 패키징 방법이 개발되었다.