독일 스투트가르트에 위치한 ‘막스 플랑크 연구소(MPI-IS·Max Planck Institute for Intelligent Systems)’가 핀란드 템페레대학(Tampere University)과 공동으로 물 속에서 유영, 기어다니기, 보행, 점핑 등 동작을 수행할 수 있는 젤(gel) 형태의 소프트 로봇을 개발했다고 밝혔다.
대부분 소프트 로봇은 동작을 외부에서 제어하는 게 쉽지 않다. 하지만 이번에 개발된 겔 형태의 소프트 로봇은 빛에 노출되는 방식에 따라 형태가 바뀌거나 다양한 동작을 수행할 수 있다.
연구진은 물속에서 외부에 끈으로 연결되지 않은 채 자유롭게 움직일 수 있는 소프트 로봇을 개발하기 위해 빛에 반응하는 ‘액정 젤(LCGs·liquid crystal gels)’이라는 물질을 찾아냈다. 젤은 그동안 소프트 로봇 공학 분야에선 전혀 사용되지 않았던 물질이다.
연구팀은 LCGs 소프트 로봇에 대한 아이디어를 해저면에 서식하고 있는 ‘스페니쉬 댄서(spanish dancer)’와 달팽이 등 연체 동물에서 얻었다. 스페니쉬 댄서는 바다민달팽이 등과 같은 종류의 해저 연체 동물로, 부드럽고 흐물흐물한 몸을 이용해 바닷속을 자유롭게 이동할 수 있다. 무척추 동물인 달팽이도 흐물흐물하면서 지면을 이동한다.
▲ 빛의 조작을 통해 소프트 로봇이 걷거나 점핑할수 있다.
LCGs는 소프트 로봇에 요구되는 중요한 두가지 특징을 지니고 있다. 첫째는 빛(광선)에 반응한다는 점이다. 빛을 이용해 소프트 로봇을 조작하면 딱딱하고 부피가 많이 나가는 전자회로 장치나 센서, 액추에이터 등을 갖출 필요가 없다. 둘째는 젤의 분자를 배열하는 방식을 변경하면 소프트 로봇의 형태에 변화를 줄 수 있다. ‘분자의 배향(molecule alignment)’을 통해 로봇의 형태를 프로그래밍할 수 있다는 설명이다.
▲ 빛의 조작에 의해 소프트 로봇에게 수직으로 상승하는 동작을 구현할 수 있다.
고무처럼 유연한 물질을 빛에 노출해 분자배열을 바꾸면 로봇의 형태가 짧은 시간안에 변화한다. 이를 통해 기어다니거나 걷거나 점프하는 동작을 구현할 수 있다는 것. 이는 분자 배열 변경을 통해 LCSs 내부의 밀도를 7~8%까지 줄일 수 있기 때문이라고 한다. 또 물속에서 일정 시간 간격으로 빛을 주었다 끊으면 로봇이 광열(光熱) 반응을 보이면서 액추에이터 같은 기능을 구현할 수 있다.
▲ 빛의 조작으로 소프트 로봇의 분자 배열을 변경하는 방식으로 모양을 바꿀수 있다.
이번에 개발한 소프트 로봇 기술은 향후 의료 로봇에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 로봇의 크기가 mm 단위여서 사람 몸속에 들어가 활동할 수 있을뿐 아니라 이동하면서 상처도 주지 않는다는 것. 연구팀은 이번 연구 성과를 미국 과학아카데미 전문 저널인 PNAS 최신호에 게재했다.
