하버드대학 공학응용과학부(SEAS:School of Engineering and Applied Science)와 칼텍(Caltech) 연구진이 3D프린팅과 종이 접기(오리가미) 기술을 활용해 외부 자극에 반응하는 소프트 로봇을 개발했다고 밝혔다.

외부에서 열을 가하면 소프트 로봇이 종이 접기를 하는 것처럼 스스로의 형태를 바꿀 수 있다. 동력을 전달하는 ‘선이 없는(untethered)’게 특징이다. 연구팀은 이번 연구 성과를 ‘사이언스 로보틱스’에 게재했다.

이 소프트 로봇은 열을 가하면 형태가 변형되는 액정 탄성중합체(liquid crystal elastomers) 소재를 활용해 제작됐다. 하버드대 제니퍼 A. 루이스(Jennifer A. Lewis) 교수는 “3D 프린터로 만들어진 물체에 액티브 재료를 결합하면 완전히 새로운 종류의 소프트 로봇 물체가 만들어진다”고 말했다.

연구진은 액정 탄성중합체를 활용해 서로 다른 온도에서 종이처럼 차례로 접히는 2가지 형태의 소프트 경첩(hinge) 구조를 3D프린팅 기법으로 제작했다. 3D 프린팅 기법으로 만들어진 능동적인 경첩 구조는 온도에 대한 반응, 경첩의 토크 총량, 접히는 각도, 접히는 방향 등을 프로그래밍할 수 있다.

연구진이 이번에 제작한 소프트 디바이스인 ‘롤봇(rollbot)’은 길이 8cm, 너비 4cm의 얇은 종이처럼 생겼지만 200도 정도의 열을 가하면 경첩 부분이 차례로 접히면서 5각형의 바퀴로 변한다. 열이 제거되면 종전의 형태로 돌아간다.

또 다른 소프트 디바이스는 종이 클립(clip)을 닮았다. 뜨거운 열을 가하면 종이가 접히면서 클립 형태로 변한다. 연구팀은 이번에 액정 탄성중합체를 열에 반응하도록 설계했다. 하지만 액정 탄성중합체는 열뿐 아니라 빛, 습도, pH 등 외부 자극에 반응하는 성질을 갖고 있다. 열뿐 아니라 다른 외부 자극을 주면 보다 복잡한 형태의 소프트 로봇을 프로그래밍 할 수 있다는 의미다.