KAIST는 오일권 기계공학과 교수 연구팀이 화학적 도핑된 그래핀을 이용한 고성능 인공근육형 작동장치(actuator)를 개발했다고 7일 밝혔다.
기존 대비 3배 이상 굽힘 변형이 가능하다. 5시간 이상 구동해도 제 성능을 유지한다.
연구결과는 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials) 온라인 판 최근호에 게재됐다.
최근 플렉서블, 웨어러블 소자에 대한 연구가 활발해지며 인간과 기계 사이의 햅틱(촉각 효과) 기능을 위한 능동형 유연 작동기(soft actuator)가 핵심 부품으로 각광받고 있다.
특히 유연성이 떨어져 첨단 전자제품에 적용이 어려운 기존의 기계식 작동기를 대신해 인간의 근육을 모방한 전기에 반응하는 인공근육형 작동기가 관심을 받고 있다.
기존 백금이나 금을 기반으로 제작한 인공근육형 작동기는 제작 기간이 일주일 가까이 소요되고 실용성이 떨어지는 한계를 갖는다.
연구팀은 문제 해결을 위해 그래핀과 화학물질, 전도성 고분자를 이용했다. 황과 질소를 그래핑에 도핑하고 전도성 고분자와 함께 섞어 부드럽고 전도성이 탁월한 유연 전극을 제작했다.
오일권 교수는 “이를 바탕으로 고성능 인공근육형 작동기를 개발했다”며 “2시간 이내 제작할 수 있는 장점이 있다”고 말했다.
황과 질소 등 화학물질을 도핑하는 방법으로 기존 그래핀 대비 1.5~2배 이상 전기화학 성능이 향상된다는 것을 삼전극 전기화학 테스트를 통해 확인했다.
이 작동기는 0.5V와 1V의 낮은 인가전압에서도 구동이 가능하다. 기존 대비 3배 이상의 변형을 보이면서도 장시간 같은 성능을 낼수 있다.
이 원천기술은 향후 △소프트 로보틱스(soft robotics)△3D 프린팅 된 작동기△부드러운 햅틱 디바이스△웨어러블 전자소자△유연 디스플레이전자소자△생체 의료기기 등 각광받는 차세대 기전소자로 응용될 것으로 기대된다.
오 교수는 “고성능 인공근육형 작동기 기술은 향후 첨단 기전소자의 핵심 요소가 될 것”이라며 “특히 3D프린팅 기술과 함께 발전하면 차세대 웨어러블 소자로 상용화 가능성이 높을 것으로 기대한다”고 말했다.
이 연구는 미래창조과학부 리더연구자지원사업의 지원을 받아 KAIST 김재환 박사과정, 코탈(Kotal)박사가 공동 1저자로 참여했다. 네바다 주립대학 라스베가스(UNLV) 기계공학과 김광진 교수팀과의 공동연구를 통해 진행됐다.
대전=박희범기자 hbpark@etnews.com
