[위즈뉴스] 한국연구재단은 22일, KAIST 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 나비가 날개짓 하듯 부드럽게 움직일 수 있는 소프트 로봇용 인공근육을 개발했다고 밝혔다.
기존 금속성의 딱딱한 로봇과 달리 천이나 고무 같은 부드러운 소재를 이용해 사람의 근육처럼 유연하게 움직일 수 있는 소프트로봇은 좁은 곳을 통과할 수 있는데다 접촉하는 대상에 미치는 충격이나 손상을 줄일 수 있어 의료(유연한 내시경, 수술용 바늘 등)나 탐사, 재난구조, 제조 등 분야에서 주목받고 있다.
디즈니 애니메이션 <빅 히어로>의 주인공 베이맥스처럼, 공기압을 이용해 부풀리고 움직임을 유도하는 공압식 소프트 액츄에이터를 실제 적용하려는 연구가 활발하지만 크기와 무게 때문에 소모전력이 크다는 것이 단점이었다.
이같은 이유 때문에, 낮은 전압과 전력으로 구동되고 생물체가 움직이는 것과 같이 부드러운 형상변형이 가능한 이온성 소프트 액츄에이터에 대한 연구가 새롭게 주목받고 있다.
하지만 기존 이온성 소프트 액츄에이터를 적용한 인공근육은, 구동수명이 짧고 안정성이 아직 낮은데다 변형률이 작아 실제 공학적으로 응용하기에 어려움이 있었다.
연구팀은 금속처럼 전기가 잘 흐르고, 표면의 기능성을 제어할 수 있는 차세대 나노물질, 맥신을 전극소재로 활용하여 최고 수준의 굽힘 변형률을 갖는 인공근육(소프트 액츄에이터)을 개발했다. 맥신(MXene)은 천이금속 탄소질소화합물인 신소재로 2차원 나노물질이다.
맥신을 전도성 고분자와 결합함으로써, 훨씬 부드러운 유연전극을 제작해 1V에 못 미치는 낮은 전압으로 마치 문어처럼 180도로 굽혀지는 성능을 얻게 되었다.
개발된 인공근육은 낮은 전압에서도 매우 빠르게(반응속도 1초) 반응하고 높은 굽힘 변형률(1.37%)을 나타냈다. 18,000 사이클 이상의 장시간 운전에도 성능의 변화가 거의 없이 안정적으로 작동했다.
연구팀은 또, 개발한 인공근육으로 나비의 부드러운 날개짓이나 수선화가 시간에 따라 피고 지는 모션을 구현한 소프트 로봇을 실제 시연함으로써 움직이는 예술소품(kinetic art pieces)으로도 확장될 수 있음을 보여주었다.
연구팀의 오일권 교수는 “기존 인공 근육의 낮은 굽힘 변형률 및 짧은 구동 수명으로 인한 한계를 극복함으로서 특히 부드러운 움직임이 많이 요구되는 소프트 로봇, 자연모사 로봇, 웨어러블 플렛폼, 헬스케어 전자기기, 능동형 생체의료 디바이스, 움직이는 예술소품 분야의 발전에 크게 기여할 수 있을 것“이라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 리더연구자지원사업(창의연구지원) 등의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과를 담은 논문은 'MXene Artificial Muscles Based on Ionically Cross-linked Ti3C2Tx Electrode for Kinetic
Soft Robotics'라는 제목으로 로봇분야 국제학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)' 8월 22일자 표지논문으로 게재됐다.
