한양대 최창순·김선정 교수팀, 공기 중 수분에 반응해 전기와 기계적 회전력 동시에 얻는 섬유형 인공근육 세계 최초 개발

한양대학교는 바이오메디컬공학부 최창순 교수와 김선정 교수 연구팀이 공기 중 습도에 반응해 전기를 생성하면서 기계적 회전 운동을 일으킬 수 있는 섬유형 인공근육을 세계 최초로 개발했다고 13일 밝혔다.

해당 섬유는 두 종류의 에너지를 동시에 생성함으로써 기존 물 에너지 변환 기술의 낮은 효율을 극복하는 가능성을 열었다는 평가다.

기존 섬유 기반의 물 에너지 변환 기술은 전기 생성 또는 기계적 구동 등 주로 하나의 기능만을 구현하는 데 그쳤다. 이런 방식은 시스템의 에너지 변환 효율을 떨어뜨려 물이 지닌 막대한 잠재 에너지를 효과적으로 활용하지 못하는 한계가 있었다.

공동 연구팀이 개발한 기술은 탄소나노튜브 섬유의 윗부분은 물에 젖지 않는 소수성, 아랫부분은 물에 잘 젖는 친수성을 갖도록 '비대칭 구조'로 설계한 게 핵심이다. 섬유가 공기 중 수분에 노출되면 친수성 부분에서 방출된 양성자가 확산해 전기를 생성하는 동시에 물이 스며들며 섬유가 팽창해 회전하는 움직임을 생성한다. 연구팀에 따르면 이 섬유형 인공근육은 100㎷ 이상의 전압과 함께 두 바퀴 이상의 회전 구동을 생성할 수 있다.

이번 연구는 물이라는 흔한 자원으로부터 전기와 기계적 구동이라는 두 에너지를 동시에 수확한 세계 최초의 연구사례다. 기존 물 에너지 변환 기술의 낮은 효율 문제를 극복할 새로운 돌파구로 평가받는다.

최 교수는 "이번 연구를 통해 친환경 물 에너지 변환 기술의 효율성과 지속가능성을 동시에 확보했다"며 "전기 생성이 가능한 섬유형 인공근육은 향후 소형 에너지 소자, 착용형 장치, 스마트 의류 등 다양한 분야에 적용돼 배터리 없는 차세대 전자기기 구현을 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 논문은 세계적인 재료과학 학술지 '첨단소재(Advanced Materials)'에 지난달 28일 게재됐다. 김 교수와 최 교수가 공동 교신저자, 이재명 박사과정생과 손원경 박사가 공동 제1저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.