Welcome to MDM Lab
As the Fourth Industrial Revolution unfolds, diverse industries are experiencing automation and unmanned advancements, leading to an extended application of AI. As human involvement diminishes, concerns related to hardware and information security are becoming even more prominent. Particularly in the realm of military technology, instances where hardware such as unmanned aerial vehicles is lost, stolen, or misplaced during covert operations can lead to serious diplomatic complications, including information leakage, technology theft, and the detection of infiltration. Therefore, we focus on developing self-destructing materials capable of mitigating severe information leakage and preventing the theft of critical technology in similar scenarios. The development of trigger-type self-destructing materials, activated by heat and UV, ensures the ability to function normally and self-destruct at the desired moment. Additionally, military and intelligence technologies, such as unmanned robots, consist of various components like frame materials, batteries, motors, sensors, etc. Hence, we are actively pursuing the development of self-destructing materials for each of these components.
Below is an introduction to some of the latest research findings from our laboratory.
Triggerable Transient Electronics
2-(4-methoxystyryl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazine (MBTT), an acid-sensitive material, generates acid under UV exposure. Additionally, cyclic poly(phthalaldehyde) (cPPA) decomposes into oPA monomers when reacting with acid, losing its original form. We fabricated a UV-triggered self-destructing electronics by integrating electronic components onto cPPA/MBTT films. The electronic components adhered to the cPPA/MBTT film can be completely disintegrated upon UV exposure through the substrates decomposition, thereby losing their original functionality. This can be utilized as a security/intelligence electronics as it allows self-destruction at a desired moment triggered by external stimuli like UV light.
Furthermore, triggered self-destructing electronics activated by external stimuli can undergo self-destruction not only through UV exposure but also via heat stimulation. We developed a heat-triggered self-destructing electronics by encapsulating methanesulfonic acid (MSA) within wax on cPPA polymer substrate. The release of MSA occurs as the wax melts under heat, exploiting the interaction between cPPA and released MSA to break down cPPA substrate into oPA monomers, resulting in the fabrication of a self-destructing electronics.
Additionally, we crafted the electronic component using magnesium, allowing it to completely disintegrate alongside the substrate upon reacting with acid.
Degradable soft robotics
Using a group of substances that can be disintegrated and destroyed at a desired moment, our laboratory also focused on UV-initiated soft robotics research. Diphenyliodonium hexafluorophosphate is a substance that generates fluoride ions under UV irradiation, allowing the decomposition of materials in the silicone elastomer series through Si-O-Si backbone cleavage. Through this reaction, we developed a soft robot with appropriate mechanical properties and hyperelasticity, maintaining its original functionality until deliberately disintegrated at the desired moment.
We also proposed the use of a transient and magnetically actuating materials that can decompose under ultraviolet light and heat, achieved by adding a photo-acid generator (PAG) and magnetic particle s to polymer matrix (PPC). Chemical and thermal analyses reveal that the mechanism of PPC−PAG decomposition occurs through PPC backbone cleavage by photo-induced acid. We demonstrated remotely controllable and degradable magnetic soft kirigami actuators using blocks with various magnetized directions. This study proposes novel approaches for fabricating lifetime-configurable magnetic soft actuators applicable to diverse environments and applications, such as enclosed/sealed spaces, security/military devices.
References
4차 산업혁명의 전개와 함께 다양한 산업 분야에서 자동화와 무인화가 이루어지면서 AI의 활용 범위가 확대되고 있습니다. 인간의 개입이 줄어들수록 하드웨어 및 정보 보안과 관련된 우려는 더욱 부각되고 있습니다. 특히 군사 기술 분야에서는 무인 항공기와 같은 하드웨어가 은밀한 작전 중 분실, 도난, 혹은 잘못 배치되는 경우 정보 유출, 기술 탈취, 침투 탐지와 같은 심각한 외교적 문제를 초래할 수 있습니다. 이에 따라, 우리는 이와 같은 상황에서 중요한 기술 도난을 방지하고 심각한 정보 유출을 완화할 수 있는 자가 파괴 소재 개발에 집중하고 있습니다. 열 및 UV에 의해 활성화되는 트리거형 자가 파괴 소재를 개발함으로써, 정상적으로 작동하다가 원하는 시점에 스스로 파괴될 수 있도록 했습니다. 또한, 군사 및 정보 기술에는 프레임 소재, 배터리, 모터, 센서 등 다양한 구성 요소가 포함되어 있기 때문에 이러한 구성 요소 각각에 대한 자가 파괴 소재 개발을 활발히 진행하고 있습니다.
아래는 우리 연구실에서 수행한 최신 연구 결과를 소개합니다.
유발 가능한 자가 소멸 전자소자
2-(4-methoxystyryl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazine(MBTT)라는 산 감응성 물질은 UV 조사 시 산을 생성합니다. 또한, cyclic poly(phthalaldehyde) (cPPA)는 산과 반응하여 oPA 단량체로 분해되어 본래 형태를 잃게 됩니다. 우리는 cPPA/MBTT 필름 위에 전자 부품을 통합하여 UV로 활성화되는 자가 파괴 전자소자를 제작했습니다. 이러한 전자 부품은 기판 분해를 통해 UV 조사 시 완전히 소멸되어 원래 기능을 잃게 됩니다. 이는 UV와 같은 외부 자극으로 원하는 시점에 자가 파괴가 가능하다는 점에서 보안/정보 전자소자로 활용될 수 있습니다.
또한, 외부 자극으로 활성화되는 자가 파괴 전자소자는 UV 조사뿐 아니라 열 자극을 통해서도 자가 파괴를 진행할 수 있습니다. 우리는 cPPA 폴리머 기판 위에 왁스로 methanesulfonic acid (MSA)을 캡슐화하여 열로 활성화되는 자가 파괴 전자소자를 개발했습니다. 왁스가 열에 의해 녹으면서 MSA가 방출되고, 방출된 MSA와 cPPA 간의 상호작용을 활용하여 cPPA 기판을 oPA 단량체로 분해하여 자가 파괴 전자소자를 제작했습니다.
또한, 전자 부품을 마그네슘으로 제작하여, 산과 반응 시 기판과 함께 완전히 소멸되도록 구현했습니다.
분해형 소프트 로보틱스
특정 순간에 분해 및 파괴될 수 있는 물질 그룹을 활용하여, 우리 연구실은 UV에 의해 활성화되는 소프트 로보틱스 연구에도 집중했습니다. Diphenyliodonium hexafluorophosphate는 UV 하에서 fluoride 이온을 생성하는 물질로, 이온 생성은 Si-O-Si backbond를 절단하여 실리콘 엘라스토머 계열 소재를 분해할 수 있게 합니다. 이 반응을 통해 적절한 기계적 특성과 초탄성을 갖추고 있으며 원하는 순간에 의도적으로 분해될 때까지 본래의 기능을 유지할 수 있는 소프트 로봇을 개발하였습니다.
또한, UV와 열에 의해 분해될 수 있는 일시적이며 자기적으로 작동 가능한 소재를 제안했습니다. 이는 폴리머 매트릭스(PPC)에 Photo-Acid Generator(PAG)와 자기 입자를 첨가하여 실현되었습니다. 우리는 다양한 화학 및 열 분석을 통해 PPC−PAG 분해 메커니즘은 photo-induced acid에 의해 유도된 산 생성 반응을 통해 PPC backbond가 절단되며 진행됨을 확인했습니다. 다양한 자화 방향을 가진 블록을 사용하여 원격으로 제어 가능하고 분해 가능한 자기적 소프트 키리가미 액추에이터를 구현했습니다. 이 연구는 밀폐된 공간, 보안/군사 장비와 같은 다양한 환경 및 응용 분야에 적용 가능한 수명 설정이 가능한 자기적 소프트 액추에이터 제작을 위한 새로운 접근법을 제안합니다.
참고문헌
