나비처럼 부드럽게 움직이는 소프트로봇용 인공근육 개발

KAIST 연구진이 인공근육을 이용해 만든 `나비 로봇`. 이 로봇(왼쪽)에 낮은 전압을 가하면 부드러운 인공근육이 움직여 나비가 날갯짓하는 모습(오른쪽)을 재현할 수 있다. [사진 제공 = KAIST]

국내 연구진이 나비가 날갯짓하듯 부드럽게 움직일 수 있는 소프트 로봇용 인공근육을 개발했다. 오일권 KAIST 기계공학과 교수 연구진이 2차원 신소재인 '맥신'을 이용해 낮은 전압으로도 마치 문어처럼 부드럽게 움직일 수 있는 인공근육을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '사이언스 로보틱스' 21일자(현지시간)에 게재됐다.

연구진은 금속처럼 전기가 잘 흐르면서도 작고 가벼운 맥신을 소재로 로봇을 움직일 수 있는 '액추에이터(인공근육)'를 만들었다. 인공근육은 전기를 통해 움직이는 장치로 사람으로 치면 관절과 같은 역할을 한다. 오 교수는 "맥신을 활용해 최고 수준의 굽힘 변형률을 갖는 인공근육을 개발했다"며 "1볼트(V)의 낮은 전압에도 1초 만에 움직일 정도로 반응 속도가 빠를 뿐 아니라 1만8000사이클 이상 장시간 운용해도 성능 변화가 거의 없이 안정적으로 작동했다"고 설명했다. 연구진은 개발한 인공근육을 활용해 나비의 부드러운 날갯짓과 함께 수선화가 시간에 따라 피고 지는 형상을 모방한 소프트 로봇을 만든 뒤 시연에 성공했다. 연구진이 만든 로봇은 실제 나비가 날 듯이 날개를 움직였고 실제 꽃이 피는 것처럼 부드러운 동작을 구현해냈다.

인간과 로봇이 접촉해도 인간이 다치지 않는 부드러운 재질로 제작된 로봇을 '소프트 로봇'이라고 부른다. 소프트 로봇은 고무같이 부드럽고 신축성 있는 소재를 활용해 자유롭게 변형이 가능하다. 기존 금속성의 딱딱한 로봇과 달리 천이나 고무 같은 부드러운 소재를 이용해 사람 근육처럼 유연하게 움직일 수 있는 소프트 로봇은 좁은 곳을 통과할 수 있는 데다 접촉하는 대상에 미치는 충격이나 손상을 줄일 수 있어 의료(유연한 내시경, 수술용 바늘 등)나 탐사, 재난 구조, 제조 분야 등에서 주목받고 있다. 공기압을 이용해 부풀리고 움직임을 유도하는 공압식 소프트 인공근육을 실제로 적용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있지만 크고 무거워 소모 전력이 크다는 것이 단점이었다.

오 교수는 "2차원 신소재를 이용해 기존 인공근육의 낮은 굽힘 변형률과 짧은 구동 수명에 따른 한계를 극복했다"며 "이 인공근육은 나비의 날갯짓, 춤추는 나뭇잎 등 예술 소품으로도 제작이 가능하다는 것을 확인했다"고 말했다. 그는 "특히 웨어러블 플랫폼, 헬스케어 전자기기, 능동형 생체의료 디바이스, 움직이는 예술 소품 분야 발전에 크게 기여할 수 있을 것"으로 기대했다. 

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