압전(piezoelectric) 소재를 사용하여 설계된 액추에이터는 마이크로 로봇 시스템에서 널리 활용된다. 토폴로지 최적화(TO)는 새로운 압전 액추에이터를 구상할 가능성을 지닌 체계적인 설계 접근법이지만, 복잡한 제작으로 인해 발생하는 물질 불확실성을 고려하지 않는 한 설계의 최적성이 보장될 수 없다. 따라서 본 연구는 압전 액추에이터의 최적 설계를 제시하고, 설계된 레이아웃에 대한 불확실성의 영향을 조사한다. 구체적으로, 본 연구는 영률(Young’s modulus)과 압전 계수(piezoelectric coefficient)를 각각 및 동시에 도입함으로써 물질 불확실성을 반영하여 설계 견고성(design robustness)에 대한 포괄적인 탐색을 가능하게 한다. 본 연구에서 사용한 밀도 기반 TO(density-based TO) 방법은 설계 영역(domain) 내에서 물질 밀도 및 편극(polarities)의 공간 분포를 포함한다. 제안된 방법의 결과에 대한 견고성을 평가하기 위해 몬테카를로(Monte Carlo) 방법의 결과와의 면밀한 비교를 수행하였으며, 그 결과 설계된 레이아웃의 견고성뿐 아니라 향상된 계산 효율성도 확인되었다.

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