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"빅 히어로 '베이맥스' 현실로?" 소프트 로봇용 '인공근육' 개발

입력 2019.08.22. 03:00 댓글 0개
오일권 카이스트 교수팀 성과, '사이언스 로보틱스' 게재
맥신 기반 소프트 액츄에이터 개발 및 예술소품에 적용
【서울=뉴시스】Science Robotics 2019년 8월호 Cover Image로 선정. 맥신(MXene) 기반 소프트 액츄에이터가 나비 날개에 통합돼 날개짓하는 카이네틱 예술 소품으로 사용됨(그림/KAIST 제공) photo@newsis.com

【서울=뉴시스】이국현 기자 = 국내 연구진이 나비가 날개짓 하듯 부드럽게 움직일 수 있는 소프트 로봇용 인공근육 개발에 성공했다.

한국연구재단은 오일권 카이스트 교수 연구팀이 차세대 나노물질인 맥신을 이용해 낮은 전압에서 세계 최고의 변형률을 갖는 이온성 소프트 액츄에이터를 개발했다고 22일 밝혔다.

최근 로봇공학 기술계에서는 인간과 로봇이 직접 상호 작용을 할 수 있도록 안전한 로봇을 개발하고 있다. 인간과 로봇이 큰 접촉이 있어도 다치지 않도록 부드러운 재질로 제작된 로봇을 '소프트 로봇'이라고 부른다. 폴리머(polymer)나 고무같이 부드럽고 신축성 있는 소재를 활용해 자유롭게 변형할 수 있는 것은 소프트 로봇의 특징이다.

실제 애니메이션 '빅 히어로'의 주인공 베이맥스처럼 공기압을 이용해 부풀리고 움직임을 유도하는 공압식 소프트 액츄에이터를 적용하려는 연구가 진행되고 있지만 크고 무거운 데다 소모 전력이 크다는 것이 단점이다.

이에 연구자들은 매우 낮은 전압과 저소음 및 진동, 낮은 전력 소비량 등을 가진 이온성 소프트 액츄에이터에 주목하고 있다. 다만 이온성 소프트 액츄에이터를 적용한 인공근육은 구동 수명이 짧고, 안정성이 낮은 데다 변형률이 작아 응용하는데 어려움이 있다.

연구팀은 금속처럼 전기가 잘 흐르고, 표면의 기능성을 제어할 수 있는 '맥신'을 전극소재로 활용해 최고 수준의 굽힘 변형률을 갖는 소프트 액츄에이터, 이른바 '인공근육'을 개발했다.

맥신을 전도성 고분자와 결합시켜 훨씬 부드러운 유연 전극을 제작한 결과, 1V에 못 미치는 낮은 전압으로 180도 굽혀지는 성능을 얻었다. 개발된 인공근육은 낮은 전압에서도 1초 내로 빠르게 반응하고, 높은 굽힘 변형률(1.37%)을 나타냈다. 1만8000 사이클 이상의 장시간 운전에도 성능 변화 없이 안정적으로 작동했다.

인공근육은 나비의 날개짓, 춤추는 나뭇잎 등 카이네틱 예술 소품으로 제작돼 다양한 동적 움직임을 시연하는데 이용됐다. 이번 연구는 카이네틱 예술 소품이라는 새로운 응용분야를 발굴했다는 측면에서도 의미가 있다.

오일권 교수는 "기존 인공 근육의 낮은 굽힘 변형률 및 짧은 구동 수명의 한계를 극복했다"며 "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 밝혔다.

연구의 성과는 로봇 분야 국제학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다.

lgh@newsis.com <저작권자ⓒ 공감언론 뉴시스통신사. 무단전재-재배포 금지.>

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