먹잇감의 자극을 느껴 잎을 닫는 '파리지옥'의 행동 원리에 착안, 대상의 접근을 느껴 움직이는 로봇 손 소재가 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST·총장 배충식)은 문홍철 생명화학공학과 교수팀이 이와 같은 이온성 소프트 로봇 '이오노그래스퍼'를 개발했다고 30일 밝혔다.
내부에 양·음 전하를 띤 작은 입자인 '이온'이 있어, 주변 전기적 변화에 반응하는 이온성 소재를 이용했고, 로봇 피부·근육 역할을 하나의 부드러운 고분자 소재에 담았다. 빛을 받으면 모양이 바뀌는 '아조벤젠'과 공기 중 수분을 흡수하는 고분자를 결합해, 내부에서 이온이 움직일 수 있는 그물망 구조를 만들었다.
전하를 띤 물체가 가까워지면, 그 물체가 주변에 미치는 전기적 영향으로 소재 내 양·음이온이 재배열된다. 연구팀은 이때 나타나는 전기 신호를 이용해 별도 감지용 전압 없이 물체 접근·움직임을 알아냈다.
소재를 움직일 때는 자외선을 비춘다. 빛을 받은 아조벤젠의 모양이 바뀌고 소재 한쪽 면에서 수분이 빠져나가면서 소재가 굽는다.
빛을 끄면 소재 표면에 생긴 나노 크기 작은 구멍을 통해 수분이 다시 들어온다. 이 과정에서 소재는 반대 방향으로 굽으며, 고분자 구조가 천천히 풀릴 때까지 변형된 형태를 10분 이상 유지했다. 붙잡은 자세를 유지하기 위해 계속 빛을 비출 필요가 없다.
이번 연구 특징은 물체를 알아채고, 움직이고, 바뀐 형태를 일정 시간 유지하는 기능을 소재 하나에 구현했다는 점이다.
이 같은 소재 설계 방식은 향후 소프트 로봇의 센서와 구동부를 각각 장착할 때 필요한 부품과 배선을 줄이는 데 활용될 수 있다.
문홍철 교수는 “앞으로 AI 제어 기술을 결합해 피지컬 AI 로봇에 활용할 수 있는 감각·구동 소재로 발전시키겠다”고 말했다.
김용민 전북대 화학공학부 교수가 제1저자, 문홍철 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 '어드밴스드 머터리얼즈'에 9월 14일 온라인 게재됐다. 해당 논문은 62호지 표지논문으로도 선정됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
