한양대 최창순·김선정 교수팀, 다기능 인공근육 개발 … 소프트로봇·스마트의류 등에 활용 기대

한양대학교는 바이오메디컬공학부 최창순 교수와 김선정 교수 연구팀이 구조적 불안정성을 효과적으로 제어한 다기능성 물 구동 인공근육을 개발했다고 4일 밝혔다. 빠른 작동 성능과 에너지 저장 기능을 동시에 갖춰 소프트 로봇, 스마트 의류 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

기존 인공근육은 섬유를 스프링처럼 꼬아 만든 '코일 구조'를 통해 구동 성능을 향상해 왔다. 그러나 제작 과정에서 발생하는 과도한 꼬임으로 인해 구조 붕괴나 풀림 현상이 발생하는 등 구조적 불안정성이 문제로 지적됐다. 이로 인해 외부 고정 장치나 복잡한 설계가 추가로 요구돼 실제 응용에 한계가 있었다.

한양대 연구팀은 탄소나노튜브 다발에 양쪽성 고분자 물질(PEDOT:PSS)을 주입하는 방식으로, 다발 사이를 단단히 고정해 구조적 뒤틀림을 효과적으로 제어하는 기술을 구현했다. 해당 방식으로 제작된 물 구동 인공근육은 외부 고정 장치 없이도 97.5% 이상의 꼬임 유지, 최대 1000회 반복 구동에도 안정적인 성능을 유지하는 것으로 나타났다.

이와 함께 연구팀은 전기 발열을 활용한 수분 제거 방식을 적용해 작동 주기를 기존보다 5배쯤 향상했다. 고분자 물질의 유사커패시터 특성(pseudo-capacitance)을 활용해 인공근육 내부에 전기 에너지 저장 기능까지 구현했다. 단순 구동을 넘어 에너지 저장 기능을 겸비한 다기능성 인공근육으로 발전시켰다.

최 교수는 "이번 연구는 기존 인공근육이 제공하던 단순한 기계적 움직임을 넘어서 구조적 안정성과 정밀한 제어, 에너지 저장 기능을 통합한 새로운 형태의 인공근육을 제시했다는 점에서 의미가 크다"며 "해당 기술은 앞으로 소프트 로봇, 스마트 의류, 습도 감응형 센서 등 다양한 분야에 실질적으로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야의 세계적 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 지난달 게재됐다. 이재명 박사과정생이 제1저자로 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.