고성능·고내구성을 유지하면서도 사용 후 자연으로 완전히 돌아가는 완전 생분해·퇴비화 소프트 로봇 전자 시스템이 개발됐다.
한국연구재단은 강승균 서울대 교수 연구팀이 고내구성을 갖춘 생분해성 엘라스토머(PGS)와 무기 전자소자를 통합해 구동 후 산업용 퇴비 환경에서 완전히 분해되는 소프트 로봇 플랫폼을 개발했다고 13일 밝혔다.
소프트 로봇과 로봇용 전자 시스템은 열경화성 고분자 엘라스토머, 합금 및 외인성 반도체 등 복합 소재가 다층 박막 형태로 결합해 재활용이 사실상 불가능하고, 자연 분해도 되지 않는 '지속 불가능한 기술'로 지적된다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 PGS, 생분해 접착제(PBTPA), 마그네슘(Mg), 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 기반의 생분해 무기 전자소자를 통합했다. 이를 통해 낮은 히스테리시스(응답 지연 현상)와 우수한 복원력을 바탕으로 100만회 이상 안정적인 반복 구동이 가능한 고내구성 소프트 로봇 손가락과 다중 감각 전자 시스템을 구현했다.
연구팀은 곡률·변형·촉각·온도·습도·pH 센서를 포함한 다중 감각 전자소자를 로봇 구조에 집적해 정밀한 센싱 기능을 구현했을 뿐 아니라, 히터, 전기 자극기, 약물 방출 소자 등 능동적인 기능을 전자기적으로 제어할 수 있는 통합 시스템을 구축했다.
이를 통해 단순한 생분해 구조체 수준을 넘어, 환경과 상호작용하며 다양한 기능을 수행할 수 있는 고집적 생분해 소프트 로봇 전자 플랫폼의 가능성을 제시했다.
특히 로봇 전체 시스템을 산업용 퇴비 환경에 노출했을 때 구조체와 전자소자가 수개월 내 미생물 작용으로 완전히 분해됨을 확인했다.
분해 후 생성된 퇴비를 이용한 식물 재배 실험에서는 정상적인 생장이 이뤄졌으며, 환경 독성이 없음을 입증했다. 이 결과는 사용 후 자연으로 환원되어 토양 생태계 순환에 기여할 수 있는 지속 가능한 로봇 전자 시스템의 가능성을 확인시켜 준다.
강승균 교수는 “이번 연구는 로봇과 전자기기가 남기는 폐기물 문제에 대한 근본적인 해법을 제시한 것”이라며 “지속가능한 로봇 기술과 환경 보호라는 두 가지 핵심 가치를 동시에 실현할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구 성과는 국제학술지 '네이처 서스테이너빌리티'에 5일 온라인 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
