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기존 광화학 액추에이터 대비 3배 높은 거리 확보[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 물속에서도 자유롭게 작동하는 광(光)화학 기반 소프트 로봇용 인공 근육을 개발했다.
한국화학연구원의 김현 박사와 이하범 부산대 교수,테일러 에이치 웨어 미국 텍사스 A&M대 교수 공동 연구팀이 빛으로 움직이는 결정성 액정 탄성체 기반의 수중 로봇용 인공 근육을 개발했다.
다만 광열 소재는 빛·열에 노출돼 형태가 변형되더라도 수중에서 냉각 때문에 원래대로 돌아가 원하는 동작을 유지하기 힘들었다.기존 광화학 소재도 분자구조 변형이 표면에 국한돼 단순한 굽힘 동작만 가능했다.
물속에서 소프트 로봇이 생물체와 같은 강력한 구동력을 얻으려면 섬유,코일,파워볼엔트리 부동산스프링 형태 등의 꼬인 선형 형상으로 수축하거나 이완을 반복할 수 있는 인공 근육 구조를 구현해야 한다.
연구팀은‘아조벤젠 기능화된 결정성 액정 탄성체(AC-LCE)’소재를 활용해 물속에서 더 많은 형태 변형과 강력한 운동 능력을 구현했다.
액정 탄성체는 소재 안 분자 배열을 정밀하게 설계할 수 있어서 작은 자극만으로도 움직일 수 있는 특징이 있다.반면 고무줄처럼 말랑말랑한 특성 때문에 물체를 움직이는 힘이 비교적 약하고 강성도 부족해 스프링 구조 같은 형태로는 활용하기 힘들었다.
연구팀은 강성이 조절되는 새로운 액정 고무 소재를 만들고 여기에 광화학 분자‘아조벤젠’을 넣어 빛을 받으면 움직이도록 만들었다.기존 광열 소재와 달리 이번 소재는 빛을 꺼도 바로 원래대로 돌아가지 않고 일정 시간 동안 수축하거나 이완된 상태를 고정할 수 있다.
연구팀은 스프링 형태의 AC-LCE 인공 근육 소재를 선형·고리형으로 제작해 로봇의 부품처럼 조립해 성능을 실험했다.그 결과 기존 광화학 기반 인공 근육 소재보다 늘어나거나 줄어드는 길이는 3배 이상,움직이는 힘은 포유류의 근육보다 2배 이상 강한 것으로 나타났다.
연구팀은 추가연구를 통해 2030년 이후 실용화를 목표로 하고 있다.연구팀 관계자는 “기존 기계·전기 장치 기반 동력 장치의 한계를 극복했다”며 “수중 환경에서도 별도의 전원이나 기계장치의 연결 없이 작동할 수 있는 차세대 소프트 로봇 소재 기술을 제시한 점에서 의미가 있다”고 말했다.
연구 결과는 지난해 2월 국제 학술지‘스몰(Small)’에 후면 표지 논문으로 게재됐다.
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