물 속에서도 움직이는 인공근육 개발…'빛'으로 움직여

물속에서도 작동하는 광화학 기반 '소프트 로봇용 인공 근육'이 개발됐다. 물에서 안정적으로 제어하기 어려웠던 기존 소프트 로봇용 장치의 한계점을 해결한 것이다.

한국화학연구원은 2일 김현 박사와 부산대 이하범 교수, 미국 텍사스 에이 앤 엠(Texas A&M)대 테일러 웨어(Taylor H. Ware) 교수 공동 연구진이 빛으로 움직이는 결정성 액정 탄성체 기반의 수중 로봇용 인공 근육을 개발했다고 발표했다.

기존 소프트 로봇용 동력 장치는 배터리, 모터, 기어 등 복잡한 부품이 물에 노출되면 안정적 제어 등을 하기 어려운 한계가 있었다. 기존 장치는 전기·공압·유압·열 등을 기반으로 구동됐다.

한계점을 해결하기 위해 빛을 이용하고 변형을 유도하는 광열 또는 광화학 소재가 주목받고 있다. 연구진은 '아조벤젠 기능화된 결정성 액정 탄성체(AC-LCE)' 소재를 활용해 물속에서 더 많은 형태 변형과 강력한 운동 능력을 갖출 수 있도록 했다.

강성이 조절되는 새로운 액정 고무 소재에 광화학 분자 '아조벤젠'을 넣어 빛을 받으면 움직이도록 만든 것이다. 그동안 활용이 힘들었던 스프링 구조 형태의 AC-LCE 인공 근육 소재를 선형·고리형으로 제작했다.

로봇 부품처럼 조립해 성능을 실험한 결과, 기존 광화학 기반 인공 근육 소재보다 늘어나거나 줄어드는 길이는 3배 이상, 움직이는 힘은 포유류의 일반적인 근육보다 2배 이상 강했다고 연구진은 설명했다.

이 소재는 수중 환경에서 자외선과 가시광선으로 수축·이완을 원격 조절해 소프트 로봇에 동력을 제공한다. 이를 기반으로 물속을 이동하게 하거나 로봇 손이 물체를 쥐거나 놓도록 하는 모습을 보여줬다. 배터리, 기계장치, 와이어, 펌프 등 어떤 연결 없이도 빛 만으로 100회 이상 반복적으로 조작할 수 있었다.

연구진은 "기존 기계·전기 장치 기반 동력 장치 한계를 극복, 수중 환경에서도 별도 전원이나 기계장치 연결 없이 작동할 수 있는 차세대 소프트 로봇 소재 기술을 제시한 점에서 큰 의미가 있다"며 "추가 연구를 통해 의료, 국방, 극한 환경 등 다양한 분야 실용화도 목표로 하고 있다"고 말했다.

박수빈 한경닷컴 기자 waterbean@hankyung.com