원활한 이온교환 특성...매우 얇고 가벼워도 큰 힘 낼 수 있어
빨라진 반응 속도로 유체 흐름 정교하게 조절
(내외방송=정지원 기자) 몸무게보다 34배 더 센 괴력을 발휘할 수 있는 인공근육을 탑재한 로봇이 인간에게 도움을 주는 장면을 기대해봐도 좋겠다.
인공근육은 인간의 근육을 모방해 모터와 비교했을 때 유연하고 자연스러운 움직임으로 소프트 로봇이나 의료기기, 웨어러블(착용 가능한) 장치 등에 사용된다.
인공근육은 외부 자극에 반응해 움직이기 때문에 이 움직임을 얼마나 정교하게 조절하는지가 매우 중요하다.
KAIST(한국과학기술원)는 "오일권 기계공학과 교수 연구팀이 초저전력에서 작동하며 협소한 공간에서도 사용할 수 있는 소프트 유체(외부 힘으로 변형되는 물질) 스위치를 개발했다"고 4일 밝혔다.
연구팀이 개발한 인공근육은 금속 전극과 이온성 고분자(분자량이 크고, 전기를 띠는 분자)로 구성됐으며 전기와 반응해 힘과 움직임을 일으킨다.
초저전력에서 구동하면서 무게 대비 큰 힘을 낼 수 있도록 인공근육 전극 표면에 유기(탄소를 포함한) 분자를 결합해 만든 '다공성(구멍이 많은) 공유결합성(전자를 공유하는 화학결합) 유기 골격 구조체'가 활용됐다.
'다공성 공유결합성 유기 골격 구조체'는 많은 이온을 가질 수 있고, 원활한 이온교환이 가능해 이온성 고분자 인공근육의 전극으로 활용하면 매우 얇은 두께(180㎛)와 10㎎의 가벼운 상태에서도 무게 대비 34배 큰 힘을 낼 수 있다.
또, 기존보다 빨라진 반응 속도와 반복해서 안정적으로 움직일 수 있어 낮은 전력으로 유체 흐름 방향을 정교하게 조절할 수 있는 것이다.
오 교수는 "이 기술은 스마트 섬유에서 생체 의료 기기까지 우리 일상에서 초소형 전자 시스템에 쉽게 적용할 수 있고, 다양한 산업 현장에서 즉시 활용할 수 있다"고 말했다.
만마싸 마하토 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 '사이언스 어드밴스드(Science Advances)'에 최근 게재됐다(논문명: Polysulfonated Covalent Organic Framework as Active Electrode Host for Mobile Cation Guests in Electrochemical Soft Actuator).
