국내 연구진, 나비처럼 부드럽게 움직이는 소프트 로봇용 인공근육 개발

[이데일리 이연호 기자] 한국연구재단은 오일권 교수(KAIST 기계공학과) 연구팀이 나비가 날갯짓 하듯 부드럽게 움직일 수 있는 소프트 로봇용 인공근육을 개발했다고 22일 밝혔다.

수선화 꽃이 피는 과정과 나무 위에 앉은 나비들의 날갯짓을 소프트 액츄에이터로 시연한 모습.

기존 금속성의 딱딱한 로봇과 달리 천이나 고무 같은 부드러운 소재를 이용해 사람의 근육처럼 유연하게 움직일 수 있는 소프트로봇은 좁은 곳을 통과할 수 있는데다 접촉하는 대상에 미치는 충격이나 손상을 줄일 수 있어 의료나 탐사, 재난구조, 제조 등 분야에서 주목받고 있다.

디즈니 애니메이션 ‘빅 히어로’의 주인공 베이맥스처럼 공기압을 이용해 부풀리고 움직임을 유도하는 공압식 소프트 액츄에이터를 실제 적용하려는 연구가 활발하나 크고 무거워 소모전력이 크다는 것이 단점이었다.

때문에 낮은 전압과 전력으로 구동되고 생물체가 움직이는 것과 같이 부드러운 형상변형이 가능한 이온성 소프트 액츄에이터에 대한 연구가 새로이 주목받고 있다. 하지만 기존 이온성 소프트 액츄에이터를 적용한 인공근육은 구동수명이 짧고 안정성이 아직 낮은데다 변형률이 작아 실제 공학적으로 응용하기에 어려움이 있었다.

연구팀은 금속처럼 전기가 잘 흐르고 표면의 기능성을 제어할 수 있는 차세대 나노물질 맥신을 전극소재로 활용해 최고 수준의 굽힘 변형률을 갖는 인공근육(소프트 액츄에이터)을 개발했다. 맥신을 전도성 고분자와 결합, 훨씬 부드러운 유연전극을 제작해 1V에 못 미치는 낮은 전압으로 마치 문어처럼 각도 180도 정도로 굽혀지는 성능을 얻은 것이다.

개발된 인공근육은 낮은 전압에서도 매우 빠르게(반응속도 1초) 반응하고 높은 굽힘 변형률(1.37%)을 나타냈다. 1만8000 사이클 이상의 장시간 운전에도 성능 변화가 거의 없이 안정적으로 작동했다.

아울러 연구팀은 개발한 인공근육으로 나비의 부드러운 날갯짓이나 수선화가 시간에 따라 피고 지는 모션을 구현한 소프트 로봇을 실제 시연함으로써 움직이는 예술소품(kinetic art pieces)으로도 확장될 수 있음을 보여줬다.

과학기술정보통신부·한국연구재단 리더연구자지원사업(창의연구지원) 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 로봇 분야 국제학술지 ‘Science Robotics(사이언스 로보틱스)’에 8월 22일 표지사진으로 게재됐다.

오일권 교수는 “기존 인공 근육의 낮은 굽힘 변형률 및 짧은 구동 수명으로 인한 한계를 극복함으로써 특히 부드러운 움직임이 많이 요구되는 소프트 로봇, 자연모사 로봇, 웨어러블 플랫폼, 헬스케어 전자기기, 능동형 생체의료 디바이스, 움직이는 예술소품 분야의 발전에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.