고무처럼 유연하지만 자동차 무게 견디는 ‘인공근육’ 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 고무처럼 유연하지만 자동차 무게까지 견디는 인공근육을 개발해 주목된다.

한국연구재단 울산과학기술원(UNIST) 정훈의 교수 연구팀이 기존 형상 기억 고분자에 강자성 입자를 결합해 강성 변화율을 최대 2700배 확대한 새로운 자성 복합 인공근육을 개발했다고 15일 밝혔다.

사람 근육처럼 부드럽게 움직이는 소프트 인공근육은 로봇, 웨어러블 장치, 생체의료기기 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 기술로 주목받고 있다.

연구팀은 기존 가변 강성 소재인 형상 기억 고분자에, 자성을 띠면서도 강한 힘을 만들 수 있는 강자성 입자를 결합해 하중 지지력과 신축성을 크게 높인 소프트 자성 복합 인공근육을 개발했다.

이는 특수 표면 처리한 강자성 입자는 형상 기억 고분자와 물리적 얽힘을 형성해 복합재의 기계적 물성을 향상할 뿐만 아니라 외부 자기장에 대한 빠르고 효율적인 반응을 가능하게 한다.

인공근육은 최대 2700배까지 강성을 변화시킬 수 있으며 부드러운 상태에서는 8배 이상 늘어나고 딱딱한 상태에서 하중지지 능력은 자기 무게 대비 최대 1000배의 인장 응력과 3690배의 압축 응력을 견딜 만큼 단단하다. 움직임을 제어하는 액추에이터로써의 작동 성능 측면에서도 에너지 효율 90.9% 등 우수한 성능을 보였다.

연구팀은 기존 소프트 액추에이터에서 발생하는 불필요한 진동을 줄이기 위해 하이드로젤층을 덧붙인 이중층 구조로 제작, 빠른 작동 중에도 소프트 인공 근육을 정밀하게 제어할 수 있도록 했다.

정훈의 교수는 “기존 인공근육의 한계를 극복한 우수한 기계적 특성과 구동 성능을 바탕으로 다양한 분야에서 혁신적인 응용이 가능할 것으로 기대된다”며 “다중 자극 방식인 레이저 가열과 자기장 제어를 통해 신장, 수축, 굽힘, 비틀림과 같은 기본적인 동작부터 물건을 집어 원하는 위치에 놓는 복잡한 동작까지 원격으로 구현할 수 있다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 온라인에 지난달 10일 게재됐다.

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