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부산대·美 연구진과 공동연구…전원·기계장치 연결없이 작동 가능
기존 광화학 기술 대비 3배 높은 작동거리·2배 높은 구동성능 확보
원격 소프트 로봇·의료·국방·환경 분야서 다양한 활용 기대

[대전=뉴시스] 화학연 연구원이 AC-LCE 소재로 만든 스프링 구조 인공근육에 자외선을 비춰 동작을 유도하고 있다.(사진=화학연구원 제공) *재판매 및 DB 금지[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 물속에서 자유롭게 작동하는 광(光)화학 기반 소프트 로봇용 인공근육을 개발했다.

한국화학연구원은 고기능고분자연구센터 김현 박사가 부산대학교 이하범 교수,미국 텍사스 에이 앤 엠(Texas A&M) 대학교 테일러 H.웨어 교수와 공동연구를 통해 빛으로 움직이는 결정성 액정 탄성체 기반의 수중 로봇용 인공근육을 개발했다고 4일 밝혔다.

기존 소프트 로봇용 동력장치는 배터리,모터,기어 등 부품이 물에 노출되면 안정적인 작동이 어려웠다.이로 빛을 이용해 변형을 유도하는 광열 또는 광화학 소재가 주목받고 있다.

하지만 광열소재는 빛·열에 노출돼 형태가 변형되더라도 수중에서 냉각 때문에 즉시 원래대로 돌아가 원하는 동작을 유지하기 힘들었고 기존 광화학소재는 분자구조의 변형이 표면에 한정돼 단순한 굽힘 동작만 가능했다.

이번에 공동 연구팀은 '아조벤젠 기능화된 결정성 액정 탄성체(AC-LCE)' 소재를 활용해 물속에서 더 많은 형태 변형과 강력한 운동능력을 갖는 인공근육을 구현하는데 성공했다.

연구팀에 따르면 액정 탄성체는 소재 안의 분자배열을 정밀하게 설계할 수 있어 작은 자극만으로도 크게 움직일 수 있는 특징이 있는 반면 고무줄처럼 말랑말랑한 특성 때문에 물체를 움직이는 힘이 비교적 약하고 강성도 부족해 스프링 구조 같은 형태로는 활용이 힘들다.

연구팀은 강성이 조절되는 새로운 액정 고무소재를 만들고 여기에 광화학 분자 '아조벤젠'을 넣어 빛을 받으면 움직이도록 했다.

[대전=뉴시스] 물속에서 빛으로 움직이는 소프트 로봇용 인공근육을 개발해 국제학술지에 발표한 연구진.왼쪽부터 화학연 김현 선임연구원(교신저자),부산대 이하범 교수(교신저자),미국 Texas A&M대 Taylor H.Ware 교수(교신저자),부산대 서원빈 학생(1저자).(사진=화학연구원 제공) *재판매 및 DB 금지이 AC-LCE 소재는 빛을 꺼도 바로 원래대로 돌아가지 않고 일정시간 수축 또는 이완된 상태를 유지할 수 있어 인공근육 부위별로 적용하면 원하는 동작 순서와 위치를 조절할 수 있다.

이어 연구팀은 스프링 형태의 AC-LCE 인공근육 소재를 선형 및 고리형으로 제작해 로봇부품처럼 조립한 뒤 성능을 실험했다.실험 결과,기존 광화학 기반 인공근육 소재보다 늘어나거나 줄어드는 길이는 3배 이상,움직이는 힘은 포유류의 일반적인 근육보다 2배 이상 강했다.

또 AC-LCE 소재는 확장 및 수축 동작 방향 또한 자유롭게 조절할 수 있어 수중환경에서 자외선과 가시광선을 비추며 수축·이완을 원격 조절할 수있다.

이를 통해 소프트 로봇의 몸통에 동력을 제공,물속을 이동하게 하거나 로봇 손이 물체를 쥐거나 놓도록 할 수 있다.특히 이 과정을 배터리,기계장치,카지노 쳉콴와이어,펌프 등 어떠한 연결 없이 빛 만으로 100회 이상 반복적으로 조작할 수 있다.

연구팀은 다양한 응용 분야에 적용키 위한 융합 연구 및 대량 소재 생산기술 등 추가연구를 통해 2030년 이후 실용화를 목표로 하고 있다.

연구 결과는 지난 2월 국제 학술지 '스몰(Small)' 후면 표지 논문으로 게재됐다.(논문명:수중 소프트 로봇 액추에이터용 아조벤젠 기능화 반결정성 액정 엘라스토머 스프링).논문작성에는 김현 박사와 부산대 이하범 교수,미국 텍사스 에이 앤 엠大 테일러 웨어 교수가 교신저자로 참여했고 부산대 서원빈 학생이 1저자로 참여했다.

김현 박사는 "이 연구는 기존 기계·전기 기반의 동력장치 한계를 극복하고 수중환경에서도 별도의 전원이나 기계장치 연결 없이 작동할 수 있는 차세대 소프트 로봇 소재 기술을 제시한 것"이라고 말했고 화학硏 이영국 원장은 "이 기술이 발전하면 첨단로봇,헬스케어 기기 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용이 가능할 것으로 기대된다"고 밝혔다.

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