▲ 나무 위에 앉은 나비를 소프트 로봇 액추에이터 기술을 이용해 구현했다.

KAIST 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 나비가 날개짓 하듯 부드럽게 움직일 수 있는 소프트 로봇용 인공근육을 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 연구 성과는 로봇 분야 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 8월 22일자에 게재됐다.

연구팀은 기존의 이온성 인공근육 대신 차세대 나노물질을 활용해 인공근육을 구현했다. 현재 소프트 로봇용 낮은 전압과 전력으로 구동되고 생물체가 움직이는 것과 같이 부드러운 형상변형이 가능한 이온성 소프트 액추에이터에 대한 연구가 새롭게 주목받고 있다. 하지만 기존 이온성 인공근육(ionic artificial muscles)은 구동수명이 짧고 안정성이 아직 낮은데다 변형률이 작아 실제 공학적으로 응용하기에 어려움이 있었다.

카이스트 연구팀은 금속처럼 전기가 잘 흐르고, 표면의 기능성을 제어할 수 있는 차세대 나노물질인 맥신(MXene)을 전극소재로 활용해 최고 수준의 굽힘 변형률을 갖는 인공근육(소프트 액추에이터)을 개발했다. 맥신을 전도성 고분자와 결합, 훨씬 부드러운 유연전극을 제작해 1V에 못 미치는 낮은 전압으로 마치 문어처럼 각도 180도 정도로 굽혀지는 성능을 얻은 것이다.

개발된 인공근육은 낮은 전압에서도 매우 빠르게(반응속도 1초) 반응하고 높은 굽힘 변형률(1.37%)을 나타냈다. 1만8000 사이클 이상의 장시간 운전에도 성능의 변화가 거의 없이 안정적으로 작동했다.

▲ 오리가미 방식으로 수선화 로봇을 구현한 모습

연구팀은 개발한 인공근육으로 나비의 부드러운 날개짓이나 수선화가 시간에 따라 피고 지는 모션을 구현한 소프트 로봇을 실제 시연함으로써 움직이는 예술소품으로도 확장될 수 있음을 입증했다.

오일권 교수는 “기존 인공 근육의 낮은 굽힘 변형률 및 짧은 구동 수명으로 인한 한계를 극복함으로서 특히 부드러운 움직임이 많이 요구되는 소프트 로봇, 자연모사 로봇, 웨어러블 플렛폼, 헬스케어 전자기기, 능동형 생체의료 디바이스, 움직이는 예술소품 분야의 발전에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.