34배 큰 힘 발휘하는 초저전력 인공근육 소자 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 낮은 전력으로 구동되지만, 자신의 무게 대비 34배 큰 힘을 내는 인공근육 소자를 개발했다. 이를 통해 소프트로봇, 의료기기, 웨어러블장치에 활용할 가능성을 제시했다.

오일권 교수(왼쪽에서 네번째)와 연구진들의 단체 사진.(사진=KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 오일권 기계공학과 교수 연구팀이 소프트 유체 스위치를 개발했다고 4일 밝혔다.

인공근육은 인간 근육을 모방한 것이다. 전통적인 모터에 비해 유연하고 자연스러운 움직임을 제공해 소프트 로봇이나 의료기기, 웨어러블 장치에 쓰는 기본 소자이다. 인공근육은 전기, 공기 압력, 온도 변화 같은 외부 자극에 반응해 움직임을 만들어 내는데, 인공근육을 활용하려면 이 움직임을 정교하게 제어해야 한다.

기존에 쓰던 모터 기반 스위치는 딱딱하고 부피가 커 제한된 공간 안에서 사용하기 어려웠다. 이에 연구팀은 좁은 관 속에서도 큰 힘을 내며 유체 흐름을 제어할 수 있는 이온성 고분자 인공근육을 개발해 소프트 유체 스위치로 활용했다.

초저전압에서 연성 유체 스위치를 사용해 유체 방울을 분리하는 모습.(자료=KAIST)

금속 전극과 이온성 고분자로 구성돼 전기에 반응해 힘과 움직임을 발생시키는 원리를 적용했다. 초저전력에서 구동하면서 무게 대비 큰 힘을 내도록 인공근육 전극 표면에 유기 분자가 결합해 만든 다공성 공유결합성 유기 골격구조체도 썼다.

그 결과, 머리카락 정도의 얇은 180um 두께로 인공근육을 제작했다. 가벼운 무게(10mg) 대비 34배 이상의 힘을 내며 부드러운 움직임을 보였다. 연구팀은 낮은 전력으로 유체 흐름 방향도 정교하게 제어했다.

오일권 교수는 “초저전력으로 작동하는 전기화학적 연성 유체 스위치는 유체 제어 기반 소프트 로봇, 소프트 일렉트로닉스, 미세유체공학 분야에서 많은 가능성을 열어줄 수 있다”며 “이 기술은 우리 일상에서 초소형 전자 시스템에 적용해 산업현장에서 바로 활용할 잠재력이 있다”고 말했다.

연구 결과는 지난 달 13일에 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴스드(Science Advances)’에 게재됐다.