인간 근육 모방.. 머리카락 굵기의 인공 미세섬유 만들어

머리카락 굵기.. 반응속도도 빨라

사람의 근섬유처럼 가늘고 반응속도가 빠른 인공 미세섬유. 머리카락 가늘기로 열이나 빛을 가하면 수축한다. /미 UC샌디에이고

사람의 근섬유처럼 가늘고 반응 속도도 빠른 인공 미세섬유가 개발됐다. 로봇의 움직임이 사람에 가까워지는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

미국 샌디에이고 캘리포니아대 연구진은 “신소재인 액정 엘라스토머(LCE)를 이용해 인공 미세섬유를 제작했다”고 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’에 지난달 밝혔다.

기존에도 인공 근육 장치가 개발됐지만, 크기가 크고 강도도 약했다. 반응 속도도 느려 사람의 근육을 모방하기에 어려움이 있었다.

연구진은 LCE에서 답을 찾았다. LCE는 부드러우면서 신축성 있는 소재다. 빛이나 열 같은 외부 자극을 주면 한 방향으로 수축하는 성질을 가진다.

연구진은 고전압에서 LCE를 실처럼 뽑아내는 기술로 미세섬유를 제작했다. 섬유가 가늘어질수록 반응 시간이 빨라진다. 그렇게 만들어진 섬유는 굵기가 사람의 머리카락 정도인 0.04~0.05밀리미터(㎜)였다.

LCE로 만들어진 로봇 구동 장치는 열이나 레이저를 통해 제어할 수 있다. 온도를 올리면 소재가 모든 방향에서 균일하게 수축하기 때문이다. 실험 결과 0.2초 미만의 응답 속도와 최대 60%의 변형률을 보였다. 10센티미터 섬유가 4센티미터로 수축한다는 의미로, 사람의 근섬유와 비슷하다고 연구진은 설명했다. 연구진은 “구동기는 저가의 전자 장치와 쉽게 통합할 수 있다”며 “15분 안에 1만개의 섬유를 만들 수 있다”고 말했다.

다만 아직 해결해야 할 과제도 많다. 아직 LCE 섬유에 열이나 빛을 가할 때 에너지 효율이 1% 미만으로 낮다. 또한 재료의 변화가 섭씨 90도 이상의 매우 높은 온도에서 일어나 35도인 인체에는 섬유를 직접 넣을 수 없다. 연구진은 효율을 높이고 변화 온도를 낮추기 위한 연구를 할 계획이다.