▲ UCLA 연구진이 개발한 인공근육용 신소재(사진=UCLA)

美 UCLA 연구진이 비영리 과학연구기관인 SRI 인터내셔날과 공동으로 생물학적 근육보다 더 유연하고 강력한 인공근육을 만들 수 있는 신재료와 제조공정을 개발했다고 지난 7일(현지 시각) 밝혔다.

치빙 페이 UCLA 교수 등 연구진은 연구 성과를 과학 전문 저널인 ‘사이언스’에 발표했다. 치빙 페이 교수는 “작동이 가능하며, 힘과 촉각을 감지할 수 있는 인공근육을 만드는 것은 과학과 공학의 위대한 도전 과제 가운데 하나였다"며 이번 연구의 의미에 대해 설명했다.

연구팀은 시중에서 구할 수 있는 화학물질과 자외선(UV) 광경화 공정을 채택해 향상된 성능을 갖춘 아크릴 기반 재료를 개발했다.

이 아크릴 기반 재료는 강도와 내구성을 잃지 않으면서도 유연하고, 튜닝이 가능하며, 확장이 간단하게 이뤄진다는 특성을 지니고 있다. 특히 아크릴산은 더 많은 수소 결합을 형성해 물질을 더욱더 움직일 수 있도록 할 수 있다. 연구진은 고분자 사슬 사이의 가교 결합을 조절해 탄성체가 더 부드럽고 더 유연해질 수 있도록 했다. 얇고 가공 가능한 고성능 유전체 엘라스토머(탄성체) 필름(PHDE)을 두 전극 사이에 끼워 전기 에너지를 운동으로 변환하는 액추에이터로 바꿨다.

각 PHDE 필름은 두께가 35마이크로미터 정도로 사람 머리카락처럼 얇고 가볍다. 필름을 여러 겹 쌓으면 근육 조직처럼 변해 작은 로봇이나 센서에 동력을 공급할 수 있는 미니어처 전기모터 역할을 한다. 연구팀은 4겹에서 50겹까지 다양한 PHDE 필름들을 쌓아올렸다.

연구진은 "유연하고, 다재다능하며 효율적인 액추에이터는 차세대 로봇, 또는 인간 이상의 능력을 갖춘 센서와 웨어러블 기술을 통해 인공근육의 문을 열 수 있다"라고 말했다. PHDE 액추에이터가 장착된 인공근육은 생체근육보다 더 많은 메가파스칼의 힘을 발생시킬 수 있으며, 자연 근육보다 3배에서 10배 더 많은 유연성을 보여준다.

연구팀은 이 기술을 활용하면 모빌리티와 내구성이 뛰어난 소프트 로봇, 촉감을 갖춘 웨어러블 및 햅틱 기술을 구현할 수 있을 것으로 기대하고 있다.