KAIST, 부드럽게 움직이는 로봇 인공근육 구동장치 개발

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마치 나비가 날갯짓 하듯 부드러운 움직임을 보이는 소프트 로봇 구현이 눈앞으로 다가왔다. 우리 연구진이 기존보다 훨씬 유연하게 움직이는 소프트 로봇용 인공근육 개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 오일권 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 교수팀이 새로운 물질을 활용해 기존보다 성능을 높인 소프트 액추에이터(인공근육) 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.

연구팀이 새로 개발한 액츄에이터로 개발한 나비 날개짓 예술 소품. 이 소품 모습은 사이언스 로보틱스 8월호에 표지 이미지로 실렸다.
<연구팀이 새로 개발한 액츄에이터로 개발한 나비 날개짓 예술 소품. 이 소품 모습은 사이언스 로보틱스 8월호에 표지 이미지로 실렸다.>

액추에이터는 기계를 동작시키는 구동장치다. 로봇 움직임에 활용하는데, 최근에는 부드러운 소재를 활용, 근육처럼 유연하게 움직이는 소프트 로봇 개발이 이뤄지면서 액추에이터 개선도 중요 과제가 됐다.

특히 주목받는 것은 '이온성 소프트 액추에이터'다. 이 액추에이터는 두 개 전극이 전해질을 감싼 샌드위치 구조다. 한 전극에 전기장을 가하면 전해질 내 이온이 다른 전극에 이동하면서 굽는 방식이다. 기존 공압식 엑추에이터보다 가볍고 소모 전력도 낮지만, 구동 수명이 짧고 안정성이 낮다. 굽는 정도도 크지 않아 실제 상용화가 어렵다.

연구팀은 이온성 소프트 엑추에이터를 개선했다. 전극물질로 기존 탄소나노튜브나 그래핀 대신에 차세대 2차원 나노물질인 '맥신'을 처음 활용했다.

맥신은 전극 내 핵심요소인 전도성 고분자인 'PEDOT' 'PSS'와 훨씬 잘 결합해 전극이 부드럽게 만든다. 이 결과로 1볼트(V)에 못 미치는 낮은 전압으로도 180도 가까운 굽힘을 구현한다.

굽힘 변형률은 1.37%로, 기존 약 0.6%에 비해 2배 넘게 높다. 굽힘 변형률은 특정 물체가 굽을 때 발생하는 변화 길이 비율로, 굽힘 정도를 나타내는 주요 지표다.

반응 속도도 1초로 매우 빠르고, 1만8000 사이클 장시간 운전에도 성능변화가 거의 없는 것으로 나타났다.

연구팀은 이 액추에이터로 나비 날갯짓, 수선화가 피고 지는 모션을 구현한 예술소품(키네틱 아트) 소프트 로봇을 실제 시연하는 것에도 성공했다.

오일권 교수는 “기존 인공근육 한계를 극복하는데 성공했다”며 “부드러운 움직임을 요구하는 소프트 로봇, 자연모사 로봇, 웨어러블 플랫폼, 헬스케어 전자기기 발전에 기여할 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com