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한국화학연구원

물속에서 빛으로 움직이는 로봇용 인공 근육이 개발됐다.

한국화학연구원(화학연)은 김현 화학소재연구본부 선임연구원과 이하범 부산대 교수,탑 슬롯텔일러 에이치 웨어 미국 텍사스 에이앤엠대 교수 공동 연구팀은 빛으로 움직이는 결정성 액정 탄성체 기반의 수중 로봇용 인공 근육을 개발했다고 2일 밝혔다.

기존 소프트 로봇용 동력 장치는 전기·공압·유압·열 등을 이용해 구동되지만 배터리,모터,기어 등 복잡한 부품이 물에 노출되면 안정적으로 작동을 제어하기 어려워 물속에서 사용에 제약이 있다.

대안으로 제시된 광열,광화학 소재는 빛·열에 노출돼 형태가 변형됐다가 수중에서 냉각 때문에 즉시 원래대로 돌아가 원하는 동작을 유지하기 힘들다는 문제가 있다.광열,광화학 소재는 빛을 이용해 변형을 유도하는 소재를 가리킨다.기존 광화학 소재는 분자구조의 변형이 표면에 국한돼 단순한 굽힘 동작만 가능하다는 한계도 있다.

연구팀은‘아조벤젠 기능화된 결정성 액정 탄성체(AC-LCE)’소재를 활용해 물속에서 더 많은 형태 변형과 강력한 운동 능력을 구현했다.액정 탄성체를 이용하면 소재 안의 분자 배열을 정밀하게 설계할 수 있다.작은 자극만으로도 크게 움직일 수 있는 것이다.

구체적으로 연구팀은 강성이 조절되는 새로운 액정 고무 소재를 만들고 여기에 광화학 분자‘아조벤젠’을 넣어 빛을 받으면 움직이도록 만들었다.

기존 광열 소재와 달리 연구팀이 개발한 소재는 빛을 꺼도 바로 원래대로 돌아가지 않고 일정 시간 동안 수축 또는 이완된 상태를 고정할 수 있다.이런‘구동 자물쇠’를 인공 근육 부위에 적용했더니 원하는 동작 순서와 위치를 조절할 수 있었다.

연구팀은 개발한 소재를 스프링 형태로 제작한 것을 로봇의 부품으로 이용해 성능을 실험했다.그 결과 기존 광화학 기반 인공 근육 소재보다 늘어나거나 줄어드는 길이는 3배 이상,포커 어플움직이는 힘은 포유류의 일반적인 근육보다 2배 이상 강했다.

연구팀은 다양한 응용 분야에 적용하기 위한 융합 연구 및 대량 소재 생산 기술 등 추가연구를 통해 2030년 이후 실용화를 목표로 하고 있다.연구팀은 “연구는 기존 기계·전기 장치 기반 동력 장치의 한계를 극복하고 수중 환경에서도 별도의 전원이나 기계장치의 연결 없이 작동할 수 있는 차세대 소프트 로봇 소재 기술을 제시한 점에서 큰 의미가 있다”고 말했다.

이영국 화학연 원장은 “연구팀이 개발한 기술이 발전하면 첨단 로봇,맞고의신 업데이트헬스케어 기기 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

연구논문은 지난 2월 국제학술지 '스몰'에 후면 표지 논문으로 선정돼 게재됐다.

<참고자료>
-https://doi.org/10.1002/smll.202406493

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