KAIST, 헤라클래스 인공 근육 개발...사람보다 17배 강해

인공 근육섬유 방사 후 모습과이를 기반으로 제작 가능한 다발의 모습.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김상욱 신소재공학과 교수팀이 안석균 부산대 교수팀과 공동 연구를 통해 그래핀-액정 복합섬유를 이용한 새로운 인공 근육 개발에 성공했다고 5일 밝혔다. 이 인공 근육은 현재까지 과학계에 보고된 것 중 인간 근육과 가장 유사하면서도 최대 17배 강한 힘을 보였다.

동물 근육은 신경 자극에 의해 그 형태가 변하면서 기계적인 운동을 일으키는 것으로 알려져 있다. 로봇이나 인공장기 등 다양한 분야에서 동물근육과 유사한 운동을 일으키기 위한 기술들이 개발돼 왔으나, 지금까지는 주로 기계장치에 의존한 것들이 대부분이다.

최근에는 유연성을 가지는 신소재를 이용해 생명체의 근육같이 유연하면서도 기계적 운동을 일으킬 수 있는 인공 근육들이 연구되고 있다. 그러나 이들 대부분이 일으키는 운동의 범위가 동물 근육보다 제한되고 강한 운동을 일으키기 위해서는 마치 시계태엽을 감듯이 부가적인 에너지 저장과정을 거쳐야만 하는 문제점이 있다.

1kg 아령을 들어올리는 인공근육 섬유 다발, 실제자벌레 움직임보다 빠른 이동속도를 보여주는 인공자벌레.

연구팀이 개발한 신소재는 온도 변화에 따라 동물 근육과 같이 크게 수축을 일으키는 액정물질에 고품질 그래핀을 적용함으로써 레이저를 이용한 원격제어가 가능하며 인간 근육 작업 수행 능력(17배)과 출력 밀도(6배)를 크게 능가하는 운동능력을 구현했다. 연구팀은 실제로 인공 근육을 이용해 1킬로그램(㎏) 짜리 아령을 들어올리는데 성공하기도 했으며, 이를 이용한 인공 자벌레는 살아있는 자벌레보다 3배나 빠른 속도로 움직이는 기록을 달성하기도 했다.

연구를 주도한 신소재 분야 석학인 김상욱 교수는 “최근 세계적으로 활발히 개발되는 인공 근육들은 비록 한두 가지 물성이 매우 뛰어난 경우는 있으나 실용적인 인공 근육으로 작동하는 데 필요한 다양한 물성들을 골고루 갖춘 경우는 없었다”며 “이번 연구를 시발점으로 실용성 있는 인공 근육 소재가 로봇 산업 및 다양한 웨어러블 장치에 활용할 수 있으며 4차 산업 혁명에 따른 비대면 과학기술에서도 크게 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다.

김인호 KAIST 신소재공학과 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 이러한 성과를 인정받아 저명한 영국 과학 학술지 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 지난 10월 27일자로 출간됐으며, 해당 학술지의 표지 논문으로 선정됐다. 또한 관련 기술에 대한 특허를 국내외에 출원해 KAIST 교원창업 기업인 소재창조를 통해 상용화를 진행할 계획이다.

강지형 KAIST 신소재공학과 교수, 유승화 기계공학과 교수, 안석균 부산대학교 고분자공학과 교수가 공동 연구로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 리더연구자지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단과 기초연구 사업 지원을 받아 수행됐다.

김영준기자 kyj85@etnews.com