[에듀플러스]경희대, 지능형 메타물질 개발…소프트 로봇·인공근육 적용 기대

연구 모식도. 자기장을 활용해 3단계 강성 상태를 3차원적으로 프로그래밍하고, 이를 통해 넓은 범위의 강성을 실시간으로 빠르고 정밀하게 조절할 수 있다.(사진=경희대)

경희대는 신소재공학과 박윤석 교수 연구팀이 한국전기연구원과 공동으로 외부 자기장에 따라 강성을 자유롭게 조절할 수 있는 기계적 메타물질을 개발했다고 4일 밝혔다. 이번 성과는 세계적 학술지 'Advanced Materials'에 게재됐다.

연구팀은 근육 수축 단위인 근절의 구조와 원리를 모방해 자극에 따라 부드러운 상태에서 단단한 상태로 빠르게 전환되는 소재를 구현했다. 기존의 이진(on/off) 방식과 달리 소프트-중간-하드 3단계 강성 조절이 가능해 정밀성과 응답 속도를 크게 높였다.

네오디뮴 자성입자와 고탄성 고분자를 혼합한 잉크를 4D 프린팅으로 제작한 이 메타물질은 0.1초 만에 자기장에 반응하고 최대 390% 이상의 강성 변화를 구현한다. 또한 3차원 배열로 확장하면 자기장의 방향과 세기에 따라 다층 강성 모드를 제어할 수 있어 다양한 환경에 대응할 수 있다.

연구팀은 실제 적용 사례로 자기장에 따라 강성이 달라지는 지능형 바퀴 시스템을 선보였다. 바퀴는 거친 지형에서는 부드럽게 변형돼 장애물을 넘고 평지에서 단단함을 유지해 안정적으로 주행한다. 이를 통해 소프트 로봇, 자율주행, 인공근육 등 차세대 산업 분야의 활용 가능성이 확인됐다.

박윤석 교수는 “이번 연구는 단순한 변형 소재를 넘어 스스로 기계적 특성을 프로그래밍하는 진정한 지능형 재료로 나아가는 기반”이라고 강조했다.

이번 성과는 한국연구재단의 지원과 경희대·한국전기연구원의 협업으로 추진됐다.

권미현 기자 mhkwon@etnews.com