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美 펜실베니아주립대, 자가 치유 기능 갖춘 소프트 로봇 개발소프트 액추에이터, 개인방호장비 등에 활용 가능해
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승인 2020.07.31  15:41:24
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▲ 단백질 폴리머로 제작한 소프트 액추에이터

미국 펜실베니아주립대와 독일 막스플랭크연구소 연구진이 상처가 나거나 균열이 생긴 부분을 재빨리 원래대로 복구할 수 있는 소프트 재료(로봇)를 개발했다.

펜실베니아주립대 멜릭 C. 데미렐 교수 연구팀은 ‘오징어의 고리이빨(squid ring teeth·SRT)’로부터 아이디어를 얻은 단백질 폴리머(polymer)를 활용해 빠른 시간내 구멍이나 상처를 원래 상태로 복원시켜주는 자가치유 기능의 소프트 재료를 개발하고 관련 연구 성과를 네이처 머티리얼스 최신호에 발표했다.

이 소프트 재료를 이용하면 시간이 지나도 마모되지 않는 소프트 근육, 액추에이터, 개인용 마스크,방호복 등을 제작할 수 있으며 설령 구멍이나 상처가 생기더라도 바로 원래대로 복원할 수 있다.

기존의 자가 치유 기능 물질은 상처가 나거나 구멍이 생기면 원래 상태대로 복원하는데 오랜 시간이 걸릴뿐 아니라 처음의 강도를 회복하지 못하는 게 일반적이었다. 하지만 이번에 개발한 소프트 재료는 불과 1초만에 원래의 형태로 돌아가고 예전의 강도를 그대로 유지한다.

이번 연구의 주요 저자인 앱돈 페나-프란세쉬는 “우리는 일반적으로 24시간 정도 걸리는 자가 치유기간을 1초 정도로 줄였다”며 “이 재료를 활용해 제작한 단백질 폴리머 기반 소프트 로봇은 즉각적인 자가 치유 성능을 보였다”고 말했다.

연구팀은 유전자 복제로 만들어진 아노미산으로 'DNA 연쇄반복(tandem repeats)'을 활용해 자가치유 폴리머를 만들었다. 폴리머는 표준 박테리아 생체반응기에서 생산됐다. 자가치유 폴리머는 물과 열을 가하면 자가 치유 상태로 들어간다. 연구팀이 폴리머를 반으로 자르고, 열을 가해 원래 상태로 돌려놓은후 강도를 테스트한 결과 원래의 강도를 그대로 유지한 것으로 나타났다.

▲ 단백질 폴리머 재료를 반으로 절단한 후 열을 가해 복원하고 있다.

이번 연구에 참여한 독일 막스플랑크연구소의 메틴 시티 박사는 이 폴리머를 이용해 소프트 액추에어터를 제작하고 일부러 구멍을 내 자가 치료 기능을 시도했다. 테스트 결과 불과 1초만에 원래 상태로 복원됐다.

펜실베니나주립대 데미렐 교수는 "석유로부터 만들어진 폴리머는 지구 오염과 온난화를 유발할수 있는 단점이 있는데 반해 이번에 단백질로부터 만들어진 폴리머는 오염 문제가 생기지 않으며 리사이클링 기능도 뛰어나다"고 설명했다. 석유로 만들어진 리사이클링 재료는 원래 제품이 아니라 다른 제품으로 리사이클링하지만 단백질 폴리머는 원래 제품 그대로 리사이클링이 가능하다는 것.

연구진은 이번에 개발한 자가치유 기능을 가진 소프트 재료를 개인 방호복, 플렉시블 로봇 등에 응용할수 있을 것으로 기대했다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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