韓 연구진, 동전크기 ‘수상로봇’ 개발 성공

- 고려대 조진한 교수팀, 세계 최초 소프트 액추에이터 개발

제작된 초소형 수상 로봇.[고려대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 과학기술정보통신부는 화공생명공학과 조진한 교수 연구팀이 고제성 아주대 교수 연구팀과 함께 고전도·고신축성 하이드로겔 전극을 제작할 수 있는 원천 기술을 확보하고, 이를 기반으로 한 고성능·저전력 소프트 액추에이터와 초소형 수상로봇 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.

소프트 액추에이터란 기존 단단하고 부피가 큰 모터가 아닌 연성재료로 이루어진 구동기를 말한다.

과기정통부 개인기초연구사업 등의 지원으로 수행한 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 10월 27일(한국시간) 게재됐다.

하이드로젤은 기능성과 자극응답성이 우수해 차세대 초소형 로봇 구동기의 핵심 재료로 주목받고 있다. 하지만 기존 하이드로젤 구동기는 외부자극을 주면 내부 삼투압이 변화하는 원리를 이용하기 때문에 구동속도가 느리고, 움직임 조절이 어려워 복잡한 로봇 시스템에 적용하는 데 한계가 있다.

전기적 자극을 사용하면 성능 향상의 가능성이 있지만, 수분 함유량이 많은 하이드로젤 특성 상 효율적인 전기 자극을 가할 수 있는 방법이 제한된다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 하이드로젤 표면에 전극층을 균일하게 도포하고, 하이드로젤의 수축현상을 이용해 주름진 전극을 제작했다. 이를 통해 높은 전기 전도도와 신축성을 동시에 확보하는 데 성공했고, 이를 연성 구동기로 사용하는 것이 가능함을 확인했다.

하이드로젤 액추에이터 제작 방법 및 초소형 로봇 구성 모식도.[고려대학교 제공]

기존 연성 구동기는 1000볼트 이상의 높은 전압이 필요한 것에 비해, 개발한 연성 구동기는 3볼트 이하의 낮은 전압에서도 동작이 가능하며, 성능 측면에서도 100배 이상의 에너지 밀도와 10배 이상의 출력 밀도를 가진다.

개발한 연성 구동기는 작은 배터리만으로도 높은 성능을 발휘하기 때문에 초소형·초경량 로봇에도 응용이 가능하다. 연구팀은 이를 실제 로봇에 적용하여 물속에서도 동작이 가능한 초소형 수상로봇 제작에도 성공했다.

조진한 고려대 교수는 “소프트 액추에이터·로봇의 소형화를 위한 중요한 한계들을 극복한 결과로 향후 발전되는 배터리·반도체 기술을 융합한다면 소프트 자율로봇, 생체모사로봇, 능동형 메디컬 디바이스 등으로 발전할 수 있을 것”이라면서 “하이드로겔 전극 제작 기술은 기능성 하이드로겔을 손쉽게 전자소재화 할 수 있는 원천 기술로 향후 소형 환경탐사로봇, 의료용 장치 등에 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

nbgkoo@heraldcorp.com