A novel soft actuator design is presented in this paper. The actuator termed ‘EPIC’ utilizes the amplified electrostatic force when the surface charge inducing phenomenon of PVC-gel and the special geometry of the actuator are combined. Based on the principle, this novel actuator can exert large force at low operating voltage compared to the actuator utilizing only electrostatic force between electrodes. This suggests a new possibility to solve the high input driving voltage and limited output force issues of the dielectric electro-active polymer actuator (EAP). Also, the theoretical modeling of this actuator suggests new design criteria (dielectric constant ratio) for designing similar kinds of hydraulic actuators based on electrostatic force. Consequently, the designed prototype of the actuator could exert force larger than 4N and maximum displacement of 2mm despite their small size and weight(60mm width, 8.5 height and 25.5g weight including frame), without additional design optimization. Also, a focal length tunable lens was implemented as an application. The fabricated EPIC tunable lens has circular visible area, as large as 30mm diameter, and 178mm focal length change based on the high output force of the actuator.
이 논문에서는 새로운 유연 구동기 설계가 선보여진다. ‘EPIC’이라고 이름 붙여진 이 구동기는 PVC-gel의 표면 전하 유도 현상과 구동기 특유의 구조적 특징이 결합되었을 때 증폭되는 정전기력을 이용한다. 이 원리에 의해, 이 새로운 구동기는 단순히 전극 사이에 정전기력만을 사용하는 구동기에 비하여 낮은 전압에서 큰 출력 힘을 보여준다. 이는 유전성 전기 활성 폴리머 구동기의 고질적인 문제인 높은 작동 전압과 낮은 출력 힘 문제를 해결할 수 있는 가능성을 열어준다. 또한 이 구동기의 이론적 모델은 정전기력을 사용하는 비슷한 종류의 유압 구동기를 설계함에 있어 새로운 설계 기준(유전율 비)을 제시해 준다. 결과적으로 설계된 구동기의 프로토타입은 작은 크기과 무게(60mm 너비, 8.5mm 높이 그리고 25.5g의 무게), 그리고 추가적인 최적 설계 없이도 4N보다 큰 힘과 최대 2mm의 변위를 만들어 낼 수 있었다. 또한, 활용기술로써 가변초점렌즈가 시도되었다. 제작된 EPIC 가변초점렌즈는 구동기의 높은 출력 힘에 기반하여 30mm 지름의 큰 렌즈 구경을 가질 수 있었으며, 178mm에 해당하는 초점 거리 변화를 일으킬 수 있었다.
