국내 연구진, 고성능·저전력 연성 구동기 기반 초소형 수상 로봇 세계 최초 개발

하이드로젤 액추에이터 제작 방법 및 초소형 로봇 구성 모식도. 사진=조진한 고려대 교수

국내 연구진이 차세대 초소형·초경량 로봇, 의료용 장치에 적용 가능한 신기술을 세계 최초로 선보였다.

과학기술정보통신부는 조진한 교수(고려대) 연구팀과 고제성 교수(아주대) 연구팀이 고전도·고신축성 하이드로젤 전극을 제작할 수 있는 기술을 확보해 '고성능·저전력 연성 구동기와 초소형 수상 로봇' 개발에 성공했다고 밝혔다.

하이드로젤은 기능성과 자극 응답성이 우수해 차세대 초소형 로봇 구동기 핵심 재료로 주목받는다.

다만 기존 하이드로젤 구동기는 외부자극을 주면 내부 삼투압이 변화하는 원리를 이용하기 때문에 구동 속도가 느리고, 움직임 조절이 어려워 복잡한 로봇 시스템에 적용하는 데 한계가 있었다. 전기적 자극을 사용하면 성능 향상 가능성이 있지만 수분 함유량이 많은 하이드로젤 특성상 효율적인 전기 자극을 가할 방법이 제한적이었다.

연구팀은 하이드로젤 표면에 전극층을 균일하게 도포하고 하이드로젤 수축 현상을 이용해 주름진 전극을 제작했다. 이를 통해 높은 전기 전도도와 신축성을 동시에 확보하고 이를 연성 구동기로 사용하는 것이 가능함을 확인했다.

기존 연성 구동기는 1000V 이상 높은 전압이 필요하지만 개발한 연성 구동기는 3V 이하 낮은 전압에서도 동작할 수 있으며, 성능 측면에서도 100배 이상 에너지 밀도와 10배 이상 출력 밀도를 가진다.

개발한 연성 구동기는 작은 배터리만으로도 높은 성능을 발휘해 초소형·초경량 로봇에도 응용할 수 있다. 연구팀은 이를 실제 로봇에 적용해 물속에서도 동작이 가능한 초소형 수상 로봇 제작에도 성공했다.

조 교수는 “이번 연구성과로 밝혀낸 작동 원리는 세계 최초로 보고된 것”이라면서 “향후 다양한 소형 환경 탐사로봇, 의료용 장치 등에 응용이 가능할 것”이라고 기대했다.

고 교수는 “하이드로젤 전극 제작기술은 기능성 하이드로젤을 더 쉽게 전자 소재화할 수 있는 기술”이라면서 “다양한 형태 차세대 소재 연구에 도입할 수 있다”고 연구 의의를 전했다.

한편 과기정통부 개인기초연구사업 등 지원으로 수행한 이번 연구성과는 국제학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 27일 게재됐다.

이인희기자 leeih@etnews.com