정훈의 UNIST 교수팀, 신축성과 강성 동시 확보
사람 근육보다 30배 일 잘해
고무처럼 늘어났다가 강철처럼 단단하게 변하는 인공 근육이 나왔다. 힘은 사람 근육보다 30배나 세다.
울산과학기술원(UNIST)은 정훈의 기계공학과 교수팀이 강성을 자유자재로 바꿀 수 있는 소프트 인공 근육을 개발했다고 17일 밝혔다.
소프트 인공 근육은 부드럽고 유연해 로봇, 웨어러블 기기, 의료 보조 장치 등에 활용할 수 있지만 무거운 물체를 드는 데는 한계가 있다.
정 교수팀이 개발한 소프트 인공 근육은 하중을 지탱할 때는 딱딱해지고, 이를 들어올려야 할 때는 부드럽게 수축한다.
근육 무게는 1.25g에 불과하지만 딱딱한 상태에서 자기 무게의 약 4000배인 5kg 하중을 지탱할 수 있다. 무거운 물체를 들어올릴 때는 원래 길이의 86.4%가 수축하는데 이는 사람 근육(약 40%)보다 두 배 이상 큰 수치다.
1㎥ 크기의 근육이 얼마나 많은 일(에너지)을 할 수 있는지 보여주는 작업밀도는 사람 근육보다 30배 높았다.
근육은 잘 변형되고 단단할수록 작업밀도가 높아지는데 일반적으로 두 조건은 서로 상충한다.
정 교수팀은 근육 내 두 조건이 상충하지 않고 발휘되도록 형상기억 고분자 소재를 설계해 문제를 해결했다. 근육내 고분자 사슬을 화학적 공유 결합으로 단단히 묶어 구조적 강도를 유지하고, 열 자극에 따라 끊어졌다 다시 이어지는 물리적 결합으로 근육을 유연하고 잘 늘어나게 했다.
근육 표면에 특수 처리한 자성 입자를 넣어 물리적 결합을 강화하고, 외부 자기장으로도 근육을 움직일 수 있도록 했다. 실제 자기장으로 근육을 움직여 물체를 집는 실험에도 성공했다.
정훈의 교수는 “잘 늘어나면 힘이 약하고, 힘이 세면 잘 안 늘어나는 기존 인공근육의 한계를 해결한 성과”라며 “소프트 로봇, 웨어러블 로봇, 사람과 기계가 유연하게 상호작용하는 인터페이스 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈' 9월 7일 온라인으로 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
