상전이 자성 유체(PTF) 활용해 기존 소프트 로봇의 한계 극복 재료·기계공학 융합으로 실시간 기능 재구성 및 91% 회수율 달성
왼쪽부터 서울대학교 이윤혁 박사, 문승원 박사과정생, 이민규 박사, 서울대학교 기계공학부 김호영 교수, 서울대학교 재료공학부 선정윤 교수
한 번 제작되면 정해진 동작만 수행하던 기존 로봇의 틀을 깨고, 필요에 따라 실시간으로 형태를 바꾸며 스스로 부활까지 가능한 차세대 인공 근육이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.
서울대학교 공과대학 선정윤 교수(재료공학부)와 김호영 교수(기계공학부) 공동 연구팀은 특정 자극에 따라 고체와 액체를 오가는 ‘상전이 자성 유체(PTF)’를 이용해 신개념 유전 탄성체 액추에이터(DEA)를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재되며 학계의 주목을 받고 있다.
◇고정된 형태 벗어난 '만능 소프트 로봇'의 탄성
기존의 유전 탄성체 기반 인공 근육은 부드러운 특성 덕분에 웨어러블 기기나 산업용 소프트 그리퍼 등에 활용되어 왔다. 하지만 전극 형상이 고정되어 있어 설계된 단일 동작만 가능하다는 것이 치명적인 단점이었다. 환경이 바뀌면 로봇을 매번 새로 제작해야 했기에 비용과 시간 소모가 컸다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 '상전이 자성 유체'를 전극으로 채택했다. 이 소재는 상온에서는 고체지만, 온도를 높이거나 자기장을 가하면 액체처럼 유연해진다. 이를 통해 인공 근육 내부의 전극을 실시간으로 쪼개거나 합칠 수 있어, 하나의 로봇이 굽힘, 팽창 등 전혀 다른 동작을 상황에 맞춰 수행할 수 있게 됐다.
◇자가 치유와 재사용으로 실현한 '지속 가능성'
이번 기술의 또 다른 핵심은 생명체와 같은 복원력이다. 외부 충격으로 전극이 끊어지거나 과전압으로 화재가 발생해도 문제없다. 망가진 부위의 전극을 액체 상태로 만들어 다시 연결하거나, 손상된 경로를 우회하도록 재구성하면 로봇의 기능이 완벽히 복구된다.
또한, 수명이 다한 기기에서 전극만 액체로 뽑아내 재사용하는 것도 가능하다. 연구팀은 여러 번의 재사용 후에도 91%에 달하는 높은 회수율과 초기 성능을 유지함을 입증했다. 이는 소모품 위주의 기존 로봇 산업을 친환경 자원 순환형 구조로 바꿀 수 있는 획기적인 성과다.
◇"재료와 기계의 초월적 융합이 만든 쾌거"
선정윤 교수는 "이번 연구는 정적인 전극을 '살아 움직이는 프로그래밍 요소'로 탈바꿈시킨 혁신"이라며 차세대 소프트 로보틱스의 지속가능성을 강조했다. 김호영 교수 역시 "재료공학과의 융합을 통해 단일 로봇 구조체로도 무한한 가능성의 움직임을 만들어낼 수 있음을 증명했다"고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며, 연구에 참여한 이윤혁, 이민규 연구원 등은 현재 MIT와 삼성전자 등에서 후속 연구 및 차세대 반도체 개발을 이어가고 있다.
uapple
기자
여기에 광고하세요!!
여기에 광고하세요!!
여기에 광고하세요!!
여기에 광고하세요!!
여기에 광고하세요!!
여기에 광고하세요!!
여기에 광고하세요!!
여기에 광고하세요!!
피플스토리 uapple © PEOPLE STORY All rights reserved.
피플스토리 uapple의 모든 콘텐츠(기사 등)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재, 복사, 배포 등을 금합니다.
RSS