한국화학연구원은 김현 박사와 부산대학교 이하범 교수, 미국 Texas A&M(텍사스 에이 앤 엠) 대학교 Taylor H. Ware(테일러 에이치 웨어) 교수 공동 연구팀이 빛으로 움직이는 결정성 액정 탄성체 기반의 수중 로봇용 인공 근육을 개발했다고 6일 밝혔다.

연구팀은 ‘아조벤젠 기능화된 결정성 액정 탄성체(AC-LCE)’ 소재를 활용해 물속에서 더 많은 형태 변형과 강력한 운동 능력을 구현했다. 액정 탄성체는 소재 안의 분자 배열을 정밀하게 설계할 수 있어서, 작은 자극만으로도 크게 움직일 수 있는 특징이 있는 반면 마치 고무줄처럼 말랑말랑한 특성 때문에 물체를 움직이는 힘이 비교적 약하고 강성도 부족하여, 스프링 구조 같은 형태로는 활용이 힘들었다.

연구팀은 강성이 조절되는 새로운 액정 고무 소재를 만들고 여기에 광화학 분자 ‘아조벤젠’을 넣어, 빛을 받으면 움직이도록 만들었다. 기존 광열 소재와 달리 이번 AC-LCE 소재는 빛을 꺼도 바로 원래대로 돌아가지 않고 일정 시간 동안 수축 또는 이완된 상태를 고정할 수 있다. 이러한 ‘구동 자물쇠’를 인공 근육 부위별로 적용하자 원하는 동작 순서와 위치를 조절할 수 있었다.

연구팀은 스프링 형태의 AC-LCE 인공 근육 소재를 선형 및 고리형으로 제작하여 마치 로봇의 부품처럼 조립하여 성능을 실험했다. 그 결과 기존 광화학 기반 인공 근육 소재보다 늘어나거나 줄어드는 길이는 3배 이상, 움직이는 힘은 포유류의 일반적인 근육보다 2배 이상 강한 것으로 나타났다. 특히 AC-LCE 소재는 인공 근육의 특정 구조(호모키랄, 헤테로키랄)를 설계해 확장 및 수축 동작 방향 또한 자유롭게 조절할 수 있는 것이 특징이다.

이영국 원장은 “이 기술이 발전하면 첨단 로봇, 헬스케어 기기 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

이재영 기자 now@ggilbo.com