軟體機器人、醫療設備、可穿戴設備已經滲透到我們的日常生活中。韓國科學技術院的研究人員開發了一種使用離子聚合物人造肌肉的流體開關，它可以在超低功率下運行，并產生比其重量大 34 倍的力。流體開關控制流體流動，使流體沿特定方向流動以引發各種運動。

韓國科學技術院(院長 Kwang-Hyung Lee)于 1 月 4 日宣布，機械工程系 IlKwon Oh 教授領導的研究團隊開發出一種軟流體開關，可在超低電壓下運行，可在狹窄空間中使用。

人造肌肉模仿人類肌肉，與傳統電機相比可提供靈活自然的運動，使其成為軟機器人、醫療設備和可穿戴設備中使用的基本元件之一。這些人造肌肉響應電力、氣壓和溫度變化等外部刺激而產生運動，為了利用人造肌肉，精確控制這些運動非常重要。

基于現有電機的開關由于其剛性和大尺寸而難以在有限的空間內使用。為了解決這些問題，研究團隊開發了一種電離子軟致動器，即使在狹窄的管道中也能控制流體流動，同時產生大量的力，并將其用作軟流體開關。

< 圖 1. 在超低電壓下使用軟流體開關分離液滴。>

研究團隊開發的離子聚合物人工肌肉由金屬電極和離子聚合物組成，它響應電力而產生力和運動。通過在人造肌肉電極表面結合有機分子而制成的多磺化共價有機框架(pS-COF)可在超低功率(~0.01V)下產生相對于其重量而言令人印象深刻的力。

結果，人造肌肉的厚度被制造得像頭發絲一樣薄，厚度為 180 µm，它產生的力是其 10 毫克的輕重量的 34 倍以上，以啟動平穩的運動。通過這一點，研究團隊能夠以低功率精確控制流體流動的方向。

< 圖 2. pS-COF 作為電活性軟流體開關的常見電極電解質主體的合成和使用。A) pS-COF的合成示意圖。B)電化學軟開關工作原理示意圖。C)使用基于pS-COF的電化學軟開關在動態操作中控制流體流量的示意圖。>

領導這項研究的 IlKwon Oh 教授表示：“在超低功耗下運行的電化學軟流體開關可以在軟機器人、軟電子和基于流體控制的微流體領域開辟許多可能性。” 他補充道：“從智能纖維到生物醫學設備，這項技術有潛力立即應用于各種工業環境，因為它可以輕松應用于我們日常生活中的超小型電子系統。”

KAIST機械工程系研究教授Manmatha Mahato博士作為第一作者參與的這項研究結果于2023年12月13日發表在國際學術期刊《Science Advances》上。(論文標題：多磺化共價有機框架作為電化學軟執行器中移動陽離子客體的活性電極主體