오일권 KAIST 교수팀, 소프트로봇에 적용 가능한 '인공근육' 개발

최태우 / 기사승인 : 2019-08-22 07:21:47
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나노물질 ‘맥신’ 활용한 소프트 액츄에이터 개발, 안정성 높아 실제 적용가능
수선화 꽃이 피는 과정과 나무 위에 앉은 나비들의 날개짓을 개발한 소프트 액츄에이터로 시연한 모습 [사진=KAIST]

[IT비즈뉴스 최태우 기자] 국내 연구진이 금속소재를 활용한 일반적인 로봇과 달리 천, 고무와 같은 부드러운 소재를 이용해 사람의 근육처럼 유연하게 움직일 수 있은 소프트로봇에 사용되는 인공근육 개발에 성공했다.


한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 오일권 교수팀은 금속처럼 전도성이 높고 표면의 기능성을 제어할 수 있는 나노물질인 맥신(MXene)을 전극소재로 활용한 인공근육(소프트 액츄에이터)를 개발했다.


부드러운 소재로 사람의 근육처럼 부드럽게 움직일 수 있는 소프트로봇은 좁은 곳을 통과할 수 있으며 접촉 대상에 미치는 충격, 손상을 줄일 수 있어 내시경, 수술용바늘 등 의료기기, 재난구조와 제조부문 등 다양한 곳에 적용할 수 있는 기술로 주목받고 있다.


기존의 공기압을 이용해 부풀리면서 움직임을 유도하는 공압식 소프트 액츄에이터는 크고 무거우며 높은 전력소모가 단점으로 지적돼 적용에 어려움이 있어 부드럽게 형상변형이 가능한 이온성 소프트 액츄에이터에 대한 연구가 진행 중이다.


허나 이온성 소프트 액츄에이터를 적용한 인공근육은 수명이 짧고 안정성 부문에서의 완성도가 낮아 응용하는 데 어려움이 있었다.


연구팀은 천이금속 탄소질소화합물인 맥신을 전도성 고분자와 결합해 부드러운 유연전극을 제작했다. 1V 이하의 낮은 전압으로도 좌우 180도까지 유연하게 움직이는 성능을 확보했다는 게 연구팀의 설명이다.


연구팀은 맥신을 활용해 개발한 인공근육은 1V의 사인파 입력전압에서 1.37%의 높은 굽힘 변형률과 위상지연 없이 1초 이내의 응답성능을 확보했으며, 특히 1만8000회 이상의 장시간 운전에도 성능 변화가 거의 없는 안정성도 확보했다고 밝혔다.


오일권 교수는 “기존의 인공근육의 낮은 굽힘 변형률과 짧은 구동수명의 한계를 극복한 것이 연구 성과”라며 “부드러운 움직임이 많이 요구되는 소프트로봇, 웨어러블·헬스케어 디바이스, 능동형 생체의료 단말이나 움직이는 예술소품 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.


해당 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 리더연구자지원사업(창의연구지원)의 지원으로 수행됐으며 연구 성과는 로봇 분야 국제학술지인 사이언스로보틱스(Science Robotics)에 8월22일 게재됐다.


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