▲ 소프트 로봇을 옆에서 본 모습

스페인 바르셀로나과학기술대(BIST·Barcelona Institute of Science and Technology) 연구진이 ‘골격근 기반(skeletal-muscle-based)’ 바이오하이브리드 소프트 로봇을 개발했다고 테크익스플로어가 보도했다.

이 바이오하이브리드 소프트 로봇은 기존의 골격근 기반 바이오봇에 비해 빠르게 유영할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 이번 연구 성과는 과학 전문저널인 '사이언스 로보틱스’ 최신호에 게재됐다.

과학자들은 그동안 동물의 유연한 구조에서 영감을 얻어 하드웨어 또는 소프트 로봇을 지속적으로 개발해 왔다. 현재까지 개발된 많은 로봇들이 골격 구조를 채택하고 있으며 심근(cardiac muscles) 구조를 채택하기도 했다. 이들 방식은 각각 장단점을 갖고 있다.

특히 기존의 ‘골격-근육' 기반 바이오봇은 기존 로봇의 결점을 일부 극복하기는 했지만 모빌리티와 강도 측면에서 취약성을 보여왔다는 게 일반적인 의견이다.

BIST 연구진은 기존의 골격-근육 기반 소프트 로봇의 결점을 보완하고 보다 빠르게 유영할수 있는 소프트 로봇을 설계하기 위해 ’작은 골격-근육 기반(tinyskeletal-muscle-based)‘ 소프트 로봇 구조를 설계했다.

▲ 소프트 로봇을 위에서 본 모습

연구진은 먼저 뱀장어처럼 빠르게 움직이는 동물의 척추를 시뮬레이션했다. 시뮬레이션을 통해 소프트 로봇의 형태를 최적화하고, PDMS라는 폴리머 소재와 3D 프린팅 기술을 이용해 골격을 만들었다. 이 골격은 일종의 비계(scaffold) 역할을 하면서 골격근(skeletal muscles)으로 성장한다.

이렇게 해서 완성된 하이드로젤 형태의 소프트 로봇의 길이는 260마이크로미터 정도다. 이 로봇은 한 방향으로만 움직인다. 동력은 스프링 구조에 의해 만들어진다. 골격을 이루고 있는 스프링에 전기 자극을 주면 수축하고, 전기 자극을 제거하면 이완한다. 수축과 이완을 반복하면서 소프트 로봇은 초당 800마이크로 미터의 속도로 움직인다. 자신의 몸 길이의 3배 정도에 달하는 길이를 움직인다.

이 소프트 로봇은 관성 모드와 폭발 모드를 제공한다. 관성 모드에선 물의 흐름을 따라 움직이는 물고기 동작과 유사하고, 폭발 모드로 전환하면 훨씬 빠른 동작을 구현할 수 있다는 게 연구진의 설명이다.