뱀터리? 유연로봇을 위한 뱀 비늘 구조 배터리

한국기계연구원 나노역학장비연구실 장봉균/현승민 박사 연구팀이 개발한 유연 신축 배터리. 뱀과 같이 유연한 관절을 갖는 소프트 로봇에 적용시켜, 기어가거나 구불구불하게 이동하는 움직임에 맞춰 변형하면서 동시에 무선 로봇 구동을 위한 전력을 제공할 수 있다. [사진=기계연]

[아이뉴스24 최상국 기자] 뱀의 비늘 구조를 모방해 부드럽게 휘어지고 늘어나는 배터리 구조 설계 방법이 제안됐다.

유연하게 움직이는 소프트 로봇이나 웨어러블 기기의 외부에 장착할 수 있는 유연 배터리 구조로 활용될 수 있을 것으로 보인다.

한국기계연구원(나노역학장비연구실 장봉균 선임, 현승민 책임연구원 팀)이 선보인 이 새로운 배터리 구조는 배터리 셀 하나하나를 뱀의 비늘처럼 만들었다. 비늘과 비늘 사이는 유연한 관절부로 연결해 접혔다 폈다 할 수 있다. 제품 본체와 배터리가 단단하게 결합한 기존 웨어러블 기기와 달리, 여러 개의 작고 단단한 배터리를 마치 비늘 같은 구조로 연결해 유연하게 움직일 수 있게 만든 것이다.

뱀과 같이 유연한 관절을 갖는 소프트 로봇에 부착하면, 기어가거나 구불구불 이동하는 움직임에 맞춰 배터리가 함께 움직이면서 전력을 제공한다. 사람의 팔이나 손에 착용하는 웨어러블 기기에 적용하면 인체의 형태에 밀착해 움직임에 따라 자유롭게 변형하는 배터리로 활용할 수 있다.

연구의 핵심은 배터리 셀과 연결부의 형상을 설계한 것이다. 리튬 폴리머로 비늘 한 조각과 같은 육각형의 작은 배터리 셀을 제작하고, 이를 폴리머와 구리로 만든 연결부로 경첩처럼 접었다 폈다 하도록 했다.

뱀의 비늘 구조에서 비늘과 유연한 관절부를 모사해 높은 안전성과 신축성을 갖는 뱀 비늘형 배터리를 개발했다. 배터리를 확대해보면, 육각형 모양의 배터리와 유연한 전기적 연결부로 이루어져 있다. 유연 연결부가 접혔다 폈다하면서 신축성을 갖는 구조를 확인할 수 있다. [사진=기계연]

연구팀은 배터리의 안전성을 위해 배터리 내부 전지 소재의 변형을 최소화하는 구조를 적용하고 작은 크기의 배터리에 높은 충전 용량을 구현하기 위해 개별 배터리의 형상도 최적화했다고 밝혔다. 종이접기에서 착안한 제조 공정으로 유연 전극을 자르고 접는 방식으로 만들 수 있기 때문에 대량 생산도 가능하다고 설명했다.

연구팀은 이 배터리 구조가 "부드럽고 유연한 에너지 저장소자가 필요한 인체 착용형 소프트 로봇이나 몸이 불편한 노약자를 보조할 수 있는 재활 의료기기, 장애물이 있는 좁은 공간도 자유롭게 이동할 수 있는 재난 로봇 등에 활용할 수 있을 것"으로 기대했다.

연구팀은 앞으로 배터리의 저장 용량을 늘리고, 인공 근육 및 소프트 로봇 구동 기술과 결합해 활용도가 높은 소프트 로봇을 개발할 계획이다.

연구 내용은 국제학술지 ‘소프트 로보틱스’에 8월 16일 게재됐다. (논문제목: Bioinspired, Shape-Morphing Scale Battery for Untethered Soft Robots)

/최상국 기자(skchoi@inews24.com)

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