서울대 재료공학부 강승균 교수팀(오민하 박사과정, 김영환 박사과정, 이승민 박사과정)이 서강대 김상엽 교수, UNIST 김주영 교수, KIST 김유찬 박사와 공동연구를 통해 세계 최초로 자외선 감응형 소재를 이용해 완전 분해가 가능한 소프트 로봇 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

해당 소프트 로봇은 탑재된 전자소를 통해 정찰 등의 군사 작전 수행과 더불어, 적에게 노출되는 상황에서 내장된 자외선 LED와 히터를 통해 분해돼 스스로 사라질 수 있어 차세대 보안용 정찰 로봇에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

▲감응형 실리콘 탄성 복합체 제작 공정 및 분해반응 원리(사진 상단), 광 감응형 실리콘 탄성 복합체기반 정찰 소프트 로봇 활용 방안 모식도(사진 하단)

기존 소프트 로봇을 구성하는 실리콘 기반 탄성 복합체의 경우 가교 구조의 화학 결합을 바탕으로 탄성이 뛰어나고 합성 프로세스가 간편한 장점이 있으나, 이로 인해 내열성 및 내화학성이 강해 소재 분해에 많은 열에너지나 혹은 극단적인 pH 조건이 필수적이었다.

이에 실리콘 기반의 소프트 로봇의 분해를 위해서는 로봇에 강한 열에너지를 내는 시스템 혹은 극단적 pH 조건의 물질 탑재라는 어려운 과제가 남아있었다.

이번에 개발된 자외선 감응형 소재는 실리콘 탄성 복합체에 광 감응형 플루오린 발생제를 첨가한 재료 시스템이다. 기존 실리콘 탄성 복합체의 뛰어난 기계적 성질을 유지하면서 강한 자외선을 통해 가교 고분자를 쉽고 빠르게 분해할 수 있도록 설계해 기존 실리콘 기반 탄성 복합체의 복잡하고 위험한 분해 반응에 대한 문제점을 근본적으로 해결했다.

또한, 개발 소재를 소프트 로봇에 적용해 분해를 쉽게 함으로써 다양한 분야로의 응용 가능성을 열었다.

▲ 광 감응형 실리콘 탄성 복합체 기반 정찰 소프트 로봇의 분해 반응 전후 실제 사진(사진 상단). 가상환경에서 광 감응형 실리콘 탄성 복합체 기반 소프트 로봇의 정찰, 정보 수집, 분해 반응 사진(사진 하단)

광 감응형 플루오린 발생제를 첨가한 실리콘 탄성 복합체 기반 자외선 감응형 소재는 복구할 수 없는 분해 가능 소재로써 기존 실리콘과 같은 간단한 합성 프로세스 및 뛰어난 기계적 특성을 가졌으며, 가교 구조의 고분자를 쉽고 빠르게 분해할 수 있도록 설계된 소재 시스템이다. 해당 재료 시스템을 기반으로 한 소프트 로봇을 제작하고 주위 환경을 정찰할 수 있는 초박형 전자소자를 제작 및 탑재해 자외선, 온도, 로봇의 움직임까지 실시간으로 측정하는 로봇 시스템을 구현했다.

또한 소형 전지, 자외선 LED와 히터가 내장된 폐쇄회로를 소프트 로봇 내부에 구성해 적에게 포획됐을 때 촉각 센서에 의해 분해가 시작돼 로봇 몸의 대부분을 이루고 있는 자외선 감응형 소재를 스스로 사라질 수 있게 개발했다.

연구팀은 개발된 재료 및 소프트 로봇 시스템 기술이 미래에 군사 작전 및 회수가 어려운 지역의 탐사 로봇 등에 투입이 가능할 것으로 예측하며, 사용자 안전을 위한 해당 소재의 생체 적합 안정성을 높이기 위한 후속 연구 또한 진행될 예정이다.