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나비 날개짓 구현가능한 부드러운 로봇용 인공근육 개발

2019-08-22기사 편집 2019-08-22 09:12:31

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첨부사진1[그림] 맥신(MXene) 기반 소프트 액츄에이터의 메커니즘 및 맥신 구성도. 전극 양면에 전기장이 가해지면 전해질 내에 존재하는 양이온(붉은색 원)과 음이원(초록색 원)들이 상대전극으로 이동하게 되고 두 이온의 분자 크기 차이에 의해 굽힘 변형이 발생한다.(왼쪽) 오른쪽은 전극을 구성하고 있는 맥신의 독특한 층 구조의 세부 모습. 그림=KAIST 제공

나비의 날개짓을 구현할 수 있는 부드러운 로봇 인공근육이 개발됐다. 이로 만든 소프트 로봇은 좁은 곳을 통과할 수 있고 접촉 대상에 미치는 충격을 줄일 수 있어 의료·탐사·재난구조 분야에 활용될 전망이다.

한국연구재단은 오일권(KAIST 기계공학과) 교수 연구팀이 소프트 로봇용 인공근육을 개발했다고 21일 밝혔다.

기존에 공기압을 이용해 부풀리고 움직임을 유도하는 공압식 인공근육(소프트 액츄에이터)은 크고 무거워 소모전력이 크다는 단점이 있었다. 이 때문에 저전압·저전력으로 구동되고 생물체가 움직이는 것과 같이 부드러운 형상변형이 가능한 이온성 인공 근육에 대한 연구가 주목받고 있다. 하지만 이온성 인공 근육은 구동수명이 짧고 안정성이 낮으며, 변형률이 작아 공학적 응용에 어려움이 있었다.

연구팀은 금속처럼 전기가 잘 흐르고, 표면의 기능을 제어할 수 있는 차세대 나노물질 '맥신(MXene)'을 전극소재로 활용, 최고 수준의 굽힘 변형률을 갖는 인공근육을 개발했다. 맥신을 전도성 고분자와 결합, 부드러운 유연전극을 제작해 낮은 전압으로도 각도 180도까지 굽혀지도록 한 것이다. 이 인공근육은 낮은 전압에서도 1초의 빠른 반응속도를 보이고 높은 굽힘 변형률(1.37%)를 나타냈다. 1만 8000 사이클 이상의 장시간 운전에도 성능변화가 없는 안정적 내구성을 보였다.

오 교수는 "기존 인공 근육의 낮은 굽힘 변형률 및 짧은 구동 수명으로 인한 한계 극복"이라고 연구 의의를 밝히며 " 소프트 로봇·자연모사 로봇·웨어러블 플랫폼·헬스케어 전자기기·예술소품 등 분야 발전에 기여할 수 있을 것"이라고 설명했다.

연구의 성과는 로봇 분야 국제학술지 'Science Robotics(사이언스 로보틱스)'에 8월 22일 표지에 게재됐다.

주재현 기자



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