구동 속도 빨라진 형상기억합금 인공근육
- - 인공근육으로 의수를 만들고 고양이 발톱을 모사하다 -
□ 국내 연구진이 기존 구동 속도 대비 2배 이상 빨라진 스프링 형태의 형상기억합금* 구동기를 이용해 사람과 동물의 골격근처럼 힘을 낼 수 있는 ‘형상기억합금 인공근육’을 개발하였다.
* 형상기억합금 : 임의로 모양으로 변형시키더라도 가열에 의하여 다시 변형 전 기억된 모양으로 되돌아오는 성질을 가진 합금
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 오일권 교수 연구팀(한국과학기술원, 제1저자 오세웅 박사과정)이 인공 근육을 활용한 착용형 의수와 고양이의 독특한 발톱 구조에서 착안한 생체모방 로보틱스를 개발했다고 밝혔다.
□ 온도가 올라감에 따라 미리 기억된 형태로 수축하고 뒤따르는 냉각에 의해 이완되며 움직임을 발생시키는 형상기억합금 스프링*은 인공 근육으로써 응용하기 위해 많은 연구가 수행되었다.
○ 하지만 기존의 형상기억합금은 가열에 비해 현저히 느린 냉각 속도로 인해 인공근육으로 사용 시 구동 속도에 제한을 보였으며, 이로 인해 일정 속도로 반복 구동이 요구되는 응용 분야에서의 활용은 한계가 있었다.
* 형상기억합금 스프링 : 스프링 모양으로 제작된 형상기억합금
□ 이에 연구팀은 일반 전자부품이나 칩 등의 온도를 빠르게 낮추기 위해 표면에 뾰족한 방열판을 부착하는 것에서 착안, 스프링 형태의 형상기억합금 표면에 뾰족한 구리 나노와이어*를 균일하게 성장시켰다.
* 나노와이어 : 수십 ~ 수백 나노미터(nm) 단위의 지름을 갖는 얇은 선 혹은 기둥
○ 이를 통해 형상기억합금의 표면적을 높이고, 열이 외부로 전달되는 것을 촉진시킴으로써 형상기억합금의 냉각을 가속하는데 성공했으며,
○ 특히, 연구팀이 개발한 인공근육은 일반 형상기억합금에 비해 2배 이상 가속된 구동 속도를 보이며 인공근육을 이용해 실제 손과 비슷한 속도로 손가락을 굽히고 펼 수 있는 의수를 개발하였다.
□ 또한, 연구팀은 개발된 인공근육이 동물의 골격근과도 유사하다는 점에 집중하여 구동 속도가 빨라진 인공근육을 생체모방 로보틱스*로 응용하였다.
* 로보틱스 : 로봇을 구성하는 요소 혹은 관련 응용 기술
○ 고양이가 필요에 따라 개폐식 발톱(retractable claw)을 드러내고 감추며 지면과의 마찰을 제어하는 특징에 주목하여 생체모방 개폐식 발톱을 구현한 것으로,
○ 기존 보행 로봇 발바닥에 부착된 단순 고무를 대체해, 울퉁불퉁한 길과 같은 험지를 걸을 때 발톱을 이용하여 보행 로봇이 중심을 잡고 안정적인 보행을 할 수 있도록 도움을 줄 것으로 기대한다.
□ 이번 연구는 실제 근육의 움직임과 유사한 속도로 인공근육이 움직이도록 하여 미래 로봇, 착용형 근육, 휴먼 증강 슈트, 보조 로봇 등 다양한 분야에서 인공근육이 적용될 수 있는 실마리를 제공할 것으로 기대된다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구지원사업(창의연구)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’에 5월 2일 게재되었으며, 표지 논문으로 선정되었다.
