▲ 독일 자를란트대 연구팀이 형상기억합금으로 만든 인공근육을 선보이고 있다.(사진=독일 자를란트대)

독일 자를란트대(Saarland University)와 자동화 전문기업 훼스토(Festo) 공동 연구팀이 형상기억합금으로 만들어진 인공근육을 활용해 생체 로봇팔을 만들었다고 4일(현지 시각) 밝혔다.

이 로봇팔은 매우 적은 전기를 소모하며, 사람과 안전하게 작업할 수 있다. 연구팀은 시제품을 이달 17일부터 21일까지 독일 하노버에서 열리는 ‘하노버 메세’에 선보일 예정이다.

연구팀에 따르면 제조공장에서 운영되는 산업용 로봇은 강력하고 빠르고 정밀하지만, 무겁고 생명을 위협할 수 있다. 작업자가 산업용 로봇 팔에 부딪히면 고통스러운 결과를 초래한다. 자를란트대의 지능형 물질시스템 전문가인 스테판 젤레케 교수팀은 중금속 부품을 전혀 사용하지 않는 로봇 팔을 연구해 왔다.

자를란트대 연구팀은 코끼리 코에서 영감을 받아 모든 방향으로 흔들고 구부릴 수 있는 생체 로봇팔을 개발했다. 이 로봇팔은 특정 방향으로만 움직일 수 있는 큰 관절에 연결되어 있지 않다. 코끼리의 코에 뼈가 없는 것처럼, 로봇팔에는 단단한 금속성의 뼈대가 전혀 없다. 인공근육이 상호작용하면서 유연성과 기동성을 만들어낸다.

스테판 젤레케 교수는 “스마트 재료시스템을 사용함으로써, 기존 장치보다 훨씬 가볍고 유연하며 구부릴 수 있는 부드러운 로봇 도구를 만들 수 있다. 이 로봇 도구는 모터나 유압 또는 공압 시스템으로 구동하지 않으며 약간의 전력만 필요할뿐이다. 이것은 우리의 기술을 지속 가능하고, 비용 효율적이며, 조용하게 만든다”고 말했다.

형상기억합금인 니켈-티타늄으로 만들어진 인공근육은 살아 있는 유기체의 근육처럼 수축 또는 이완한다. 니켈-티타늄 재료는 전류가 통하면 와이어가 가열돼 짧아지고 전류가 꺼지면 와이어가 냉각되면서 원래 길이로 돌아온다.

연구팀은 많은 인공근육 가닥으로 로봇 몸통을 만들었다. 인간의 근육 조직이 많은 섬유 다발로 이뤄진 것처럼, 인공근육 역시 초미세 형태의 와이어 다발로 이뤄져 있다.

연구팀은 형상기억합금으로 만들어진 인공근육 와이어가 현재까지 알려진 모든 드라이브 메커니즘 중에서 에너지 밀도가 가장 높으며 상당한 인장력을 제공할 수 있다고 말했다. 이를 통해 매우 작은 공간에서도 강력한 드라이브 기술을 구축할 수 있다는 설명이다.

연구팀은 이 인공근육에 전류를 가함으로써, 로봇 몸통의 근육을 유연하게 만들 수 있었다. 연구팀은 로봇팔을 조작할 수 있는 지능형 알고리즘도 개발했다. 이 로봇팔은 그립퍼와 카메라도 장착할수 있다.