The demand for energy is steadily rising because of rapid population growth and improvements in living standards. Consequently, extensive research is being conducted worldwide to enhance the energy supply. Transpiration power generation technology utilizes the vast availability of water, which encompasses more than 70% of the Earth's surface, offering the unique advantage of minimal temporal and spatial constraints over other forms of power generation. Various principles are involved in water-based energy harvesting. In this study, we focused on explaining the generation of energy through the streaming potential within the generator component. The generator was fabricated using sugar cubes, PDMS, carbon black, CTAB, and DI water. In addition, a straightforward and rapid manufacturing method for the generator was proposed. The PDMS generator developed in this study exhibits high performance with a voltage of 29.6 mV and a current of 8.29 μA and can generate power for over 40h. This study contributes to the future development of generators that can achieve high performance and long-term power generation.

본 연구에서는 생체모방형 비대칭 분리막 제조방법인 사각펄스양극산화법의 비대칭성 한계를 극복하기 위해 최근 보고된 셀렌산 전해액을 이용하고 표면개질에 따른 정류특성을 평가하였다. 분리막의 비대칭 원뿔형 채널은 최소직경이 10 nm이고 최대직경이 50 nm이며 길이가 5 μm이었다. 분리막의 정류특성은 기존 황산 전해액에서 제작된 것보다 높았으며 +1 V에서의 전류가 -1 V일 때보다 최대 2.9배를 나타내었다. 또한, 실란화 반응을 이용한 표면개질을 통해 술폰산기를 도입한 분리막은 반대로 -1 V에서의 전류가 +1 V일 때보다 전류의 최대 4.2배인 정류특성을 나타냈다. 실험에 대한 이론적 증명은 2D 모델에 수치해석 결과를 제시함으로써 뒷받침되었다. 본 연구의 결과는 서로 다른 정류방향을 갖는 두 종류의 이온 정류 분리막을 손쉽게 제작할 수 있는 방법을 제시하며 이온의 이동을 제어하기 위한 다양한 연구 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Various methods for suppressing the membrane fouling have been investigated over the last two decades. For instance, micropatternings including lines, pillars or pyramids on the porous membrane surface as a passive strategy and coating nanoparticles including TiO2, silver and chitosan on the membrane as an active strategy have been verified useful in improving fouling resistance. Here we successfully fabricated biomimeticpatterned ultrafiltration membranes with high pattern fidelity to enhance the fouling resistance. Also, we investigated the synergistic effect of biomimetic patterns and nanoparticles on fouling resistance of our UF membranes. The excellent long-term performance of our nanoparticles containing patterned biomimetic UF membranes in membrane bioreactor further demonstrated its feasibility for ultrafiltration applications.

폴리아마이드 역삼투 분리막은 우수한 분리성능(염제거율, 수투과도)으로 인해, 해수담수화 공정의 핵심소재로 널리 사용되어오고 있다. 하지만, 해수내 존재하는 오염원에 의해 막표면이 오염(파울링)되어 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있어, 분리막의 내오염성을 향상시키기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 기존 연구는 주로 분리막 표면을 화학적으로 개질하는 방식에 의존하였으나, 장기간 내오염성이 유지되지 못하는 단점을 가지고 있다. 최근 분리막의 표면구조를 제어하여 내오염 특성을 부여하려는 연구가 시도되어 왔다. 본 연구에서는 새로운 분리막 표면구조 제어기술을 활용하여, 내오염특성이 우수한 생체의 표면구조를 모사한 역삼투 분리막을 제조하고, 우수한 내오염성을 구현하였다.

This paper analyzes the technological competitiveness of biomimetic robot. By analysing papers on biomimetic robots published from 1996 to 2016, We were able to identify the biomimetic robot paper clustering and competitiveness of research institutions. Biomimetic robot's papers searched by SCOPUS database are classified in 6 clusters. According to clustering analysis, the papers have applied in the sequence of underwater robot(31.28%%), robot actuator(20.57%), ground robot{20.51%), humanoid robot(12.72%), robot sensor(9.28%) and micro flying robot(5.65%).

Biofouling is about of how marine organisms attach to marine substrata at different length and time scales. Anti-fouling is the process of removing the accumulation, or preventing their accumulation. Recently, many research groups in the world try to invent an anti-fouling agent via biomimicking processes. Naturally occurred antifouling materials and processes (i.e. calcareous algae that cause barren ground phenomenon, and periostracum of bivalves ) give us some insights to design novel anti-fouling agent via biomimicking. Here, I will present bio-inspired and environmentally friendly anti-fouling agents based on understanding marine fouling mechanisms.

자연계에 존재하는 동식물의 기관, 조직 또는 센서 시스템을 모방하는 일은 더 이상 새로운 일이 아니며 매우 빠르게 진화하고 있다. 이러한 생체모방의 발전방향은 크게 두 가지로 볼 수 있는데, 첫 째는 모방하는 구조물이 나노미터 수준으로 더욱 정교해지고 있다는 것이고, 다른 하나는 한 개의 특정 구조물만 모방하는 것이 아닌 특정 기관 전체를 모방하는 수준으로 복잡도가 높아지고 있다는 것이다. 자연계에 존재하는 다양한 광학구조를 모사하는 것도 위의 두 가지 방향으로 연구가 진행되고 있다. 전자의 예로는 몰포나비의 날개 구조, 나방 눈 각막 구조, 풍뎅이 등껍질 구조 등이 해당하고, 후자의 예로는 사람의 안구, 곤충의 겹눈 등 시각 시스템의 모사, 문어의 위장 시스템 모사 등이 해당한다. 본 발표에서는 앞서 언급한 몇몇 생체 모방 광학 구조 및 소자에 대한 소개를 하고, 그 특징 및 응용 가능분야에 대해 토의한다.

본 연구에서는 생체모방기술을 응용하여 감성의류용 구조발색사를 방사하고, 이를 사용하여 직물을 제직 감량 가공하여 이들의 발색성 및 촉감 물성을 측정하여 감성의류용 용도의 적용성을 확인하여 다음과 같은 연구결과를 얻었다. 삼각단면을 가진 37층의 폴리에스테르와 나일론을 교호로 적층한 구조발색사의 방사조건을 확립하였으며, 이 세 가지 사의 발색성을 multi angle spectro-photometer로 확인하였다. 그리고 이 사들로 제직한 구조발색 직물 세 가지의 겉보기 색차와 반사율을 분석한 결과, 700nm에서 400nm까지의 파장에서 발색성을 확인하였다. 또한, 직물의 밀도와 조직이 다른 세 가지 구조발색 직물을 제직하고 감량 가공 처리하여 직물 역학특성치에서 촉감을 측정한 결과, 100℃, 60분 감량 처리한 시료가 최적설계(194ends/in × 105picks/in) 및 감량 조건임을 확인할 수 있었다. 그리고 감량 처리 시 온도와 처리시간 증가에 따라 감량률이 13%에서 최대 23%까지 증가함을 확인할 수 있었다. 이때 직물의 신축특성, 굽힘강성 및 전단강성은 감소하며 압축특성은 증가하는 현상을 보였다. 그리고 최적설계조건인 1번 직물시료를 100℃, 60분 감량 처리할 때 촉감이 가장 우수하며 일본 몰포 직물보다 더 우수한 촉감치를 얻었다.

자연에서 볼 수 있는 디자인적 요소들이나 생물체의 특성들을 연구 및 모방을 통해 과제를 해결하는 것을 생체모방공학이라 이른다. 조개껍질의 주요성분은 시멘트계 재료와 유사하게 탄산칼슘으로 이루어져 있으나, 적층구조로 층상화된 구조로 이루어져 높은 인장강도 발현한다. 본 연구에서는 이러한 조개껍질의 형상을 생체모방하여, 고인성 시멘트 복합재료를 활용하여 적층으로 이루어진 휨부재를 제작하였으며, 휨시험을 통해 그 성능을 평가하였다.

This paper describes a study on posture control of the multi-legged biomimetic underwater robot (CALEB10). Because the underwater environment has a feature that all degrees of freedom are coupled to each other, we designed the posture control algorithm by separating each degree of freedom. Not only should the research on posture control of underwater robots be a precedent study for position control, but it is also necessary to compensate disturbance in each direction. In the research on the yaw directional posture control, we made the drag force generated by the stroke of the left leg and the right leg occur asymmetrically, in order that a rotational moment is generated along the yaw direction. In the composite swimming controller in which the controllers in each direction are combined, we designed the algorithm to determine the control weights in each direction according to the error angle along the yaw direction. The performance of the proposed posture control method is verified by a dynamical simulator and underwater experiments.

The CALEB10 is a multi-legged biomimetic underwater robot. In the last research, we developed a swimming pattern named ESPG (Extended Swimming Pattern Generator) by observing diving beetle’s swimming actions and experimented with a positive buoyancy state in which CALEB10 floats on the water. In this paper, however, we have experimented with CALEB10 in a neutral buoyancy state where it is completely immersed in water for pitch motion control experiment. And we found that CALEB10 was unstably swimming in the pitch direction in the neutral buoyancy state and analyzed that the reason was due to the weight proportion of the legs. In this paper, we propose a pitch motion control method to mimic the pitch motion of diving beetles and to solve the problem of CALEB10 unstably swimming in the pitch direction. To control the pitch motion, we use the method of controlling additional joints while swimming with the ESPG. The method of obtaining propulsive force by the motion of the leg has a problem of giving propulsive force in the reverse direction when swimming in the surge direction, but this new control method has an advantage that a propulsive moment generated by a swimming action only on a target pitch value. To demonstrate validity this new control method, we designed a dynamics-based simulator environment. And the control performance to the target pitch value was verified through simulation and underwater experiments.

In This study, the bio-inspired high energy absorption cementitious composites was developed which is a new structural material performing a high energy absorption and ductility property imitated from shells. The flexural performance of the cementitious composites was evaluated and as a result, excellent ductility was obtained.

이 세상의 온갖 자연과 사물은 모두 일정한 비를 이루고 있다. 이러한 비례의 조화는 시각적으로 안정감을 주는 중요한 요소임과 동시에 아름다움을 느끼게 하는 기본적인 조건이 되며, 비의 조화를 기반으로 한 아름다움은 일정한 비가 있을 때 이루어진다고 할 수 있다. 자연계에는 무수히 많은 비율이 존재한다. 화합물은 지극히 안정된 구조를 필요로 하기 때문에 특정 조형비를 가지는 다양한 정다각형 구조로 되어 있다. 특히, 유기체는 합목적성에 맞게 어떤 특정한 비율을 선택하기 때문에 자연에는 정말로 다양한 비율이 존재한다. 심지어 바이러스의 경우는 이 들 특정 조형비들의 조합으로 되어 있다. 사실 황금비나 금강비나 이 무한한 비율의 특수한 경우 중의 하나라 할 수 있다. 유사한 비율을 보이는 사례까지 이 범주에 넣어 확대 해석하는 것은 바람직한 일이 아니라 생각된다. 인간의 주관적 심미안은 특정 비율에 대한 선호도를 가진다. 어떤 예술품이나 건축물에서 보이는 특정비율의 선호도는 우연하게 인간의 주관적 심미적 요소와 부합된 경우라 할 수 있다. 21세기에 들어 인류 영속성의 전제는 ‘지속가능한 발전’이라는 화두를 낳았다. 이는 친환경적이고 에너지 효율적이며 인간의 편의성을 해치지 않아야 함을 의미한다. 본 논문에서는 자연에 존재하는 다양한 조형비와 완벽한 조형비로 널리 알려진 서양의 황금비와 한국을 비롯한 동양권에서 선호되는 금강비의 잘못 알려진 사례와 확대 해석 사례 등에 대하여 살펴보고자 한다. 이를 토대로 이러한 관점에서 심미적 요소 뿐 아니라, 인류의 영속성을 전제할 수 있는 실체화 가능한 새로운 패러다임의 다양한 조형비의 필요성에 대하여 고찰하고자 한다.

For articulated swimming robots, there have been no researches about controlling the motion or trajectory following. A control method for articulated swimming robot is suggested by extending a previous algorithm, ESPG (Extended Swimming Pattern Generator). The control method focuses on the situation that continuous pre-determined swimming pattern is applied for long range travelling. In previous studies, there has not been a way to control the propulsive force when a swimming pattern created by ESPG was in progress. Hence, no control could be made unless the swimming pattern was completed even though an error occurred while the swimming pattern was in progress. In order to solve this problem, this study analyzes swimming patterns and suggests a method to control the propulsive force even while the swimming pattern was in progress. The angular velocity of each link is influenced and this eventually modifies the propulsive force. However, The angular velocity is changed, a number of problems can occur. In order to resolve this issue, phase compensation method and synchronization method were suggested. A simple controller was designed to confirm whether the suggested methods are able to control and a simulation has affirmed it. Moreover, it was applied to CALEB 10 (a biomimetic underwater articulated robot) and the result was verified.

This paper describes the design concept of a bio-inspired legged underwater and estimating its performance by implementing simulations. Especially the leg structure of an underwater organism, diving beetles, is fully adopted to our designing to employ its efficiency for swimming. To make it possible for the robot to both walk and swim, the transformable kinematic model according to applications of the leg is proposed. To aid in the robot development and estimate swimming performance of the robot in advance, an underwater simulator has been constructed and an approximated model based on the developing robot was set up in the simulation. Furthermore, previous work that we have done, the swimming locomotion produced by a swimming patten generator based on the control parameters, is briefly mentioned in the paper and adopted to the simulation for extensive studies such as path planning and control techniques. Through the results, we established the strategy of leg joints which make the robot swim in the three dimensional space to reach effective controls.

In this research, a comprehensive study is performed upon the design of a quadruped walking robot. In advance, the walking posture and skeletal configuration of the vertebrate are analyzed to understand quadrupedal locomotion, and the roles of limbs during walking are investigated. From these, it is known that the forelimbs just play the role of supportingtheir body anbd help vault forward, while most of the propulsive force is generated by hind limbs. In addition, with the study of the stances on walking and energy efficiency, design criteria and control method for a quadruped walking robot are derived. The proposed controller, though it is simple, provides a useful framework for controlling a quadruped walking robot. In particular, introduction of a new rhythmic pattern generator relieves the heavy computational burden because it does not need any computation on kinematics. Finally, the proposed method is validated via dynamic simulations and implementing in a quadruped walking robot, called AiDIN(Artificial Digitigrade for Natural Environment)