서울과기대 윤현식 교수 연구팀, 불가사리 모방 수중 접착 로봇 연구 … 저명 국제 학술지 게재

불가사리 관족의 작동 원리. 서울과학기술대 제공

서울과학기술대(총장 김동환) 화공생명공학과 윤현식 교수 연구팀이 수행한 연구 결과가 지난 23일 다학제 분야 저명 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances)에 실렸다고 대학 측이 25일 밝혔다.

‘Starfish-Inspired Tube Feet for Temporary and Switchable Underwater Adhesion and Transportation’(불가사리에서 영감을 받은 임시·전환식 수중 접착·운반용 관족)이라는 제목의 이 연구는 불가사리의 관족(tube foot) 구조를 모방해 수중에서도 강하게 붙고 쉽게 떼어낼 수 있는 새로운 접착 기술을 개발하는 데 초점을 맞췄다.

윤 교수 팀에 따르면, 소프트 로보틱스는 말랑하고 유연한 소재를 이용해 사람과 안전하게 상호작용하고, 복잡하고 변화무쌍한 환경에서도 안정적으로 작동하는 차세대 로봇 기술을 말한다. 최근에는 바닷속에서 물체를 집거나 운반하는 수중 로봇 기술에도 많이 활용되고 있다.

그러나 물속에서는 물체에 단단히 붙거나 쉽게 떼어내는 것이 쉽지 않다. 기존 접착 기술은 주로 마른 환경에 맞춰져 수중에서는 접착력이 크게 떨어지는 문제가 있었다.

연구자들은 이 문제를 해결하기 위해 문어, 홍합, 불가사리 등 해양 생물에서 해답을 찾고 있다. 이들은 물속에서도 자유롭게 붙었다 떨어지는 능력을 갖고 있기 때문이다. 이 생물들은 특히 단순히 빨판처럼 붙는 것을 넘어 주변 환경에 맞게 몸의 형태를 바꾸거나 외부 자극에 반응해 부착과 탈착을 조절하는 정교한 시스템을 갖추고 있다.

서울과학기술대 화공생명공학과 윤현식 교수. 서울과학기술대 제공

윤 교수 팀의 이번 연구는 불가사리의 관족 구조와 움직임에서 영감을 받아, 수중 환경에서 강한 접착과 빠른 탈착이 가능한 인공 관족(artificial tube foot)을 개발한 것이다.

이 인공 관족은 열, 공기압, 전단력, 빛 등 다양한 외부 자극에 반응해 빠르게 탈착이 가능한 점이 특징이다. 다양한 자극에 반응하는 멀티모달 시스템은 기존의 단일 자극 기반 탈착 기술보다 훨씬 높은 조작성과 응용 가능성을 제공한다.

윤 교수 팀은 이번 연구가 불가사리의 관족 구조에서 착안한 새로운 수중 접착 시스템을 통해 차세대 소프트 로보틱스 기술의 적용 범위를 크게 확장할 수 있는 가능성을 제시했다고 설명했다. 특히, 다양한 외부 자극에 반응해 스스로 탈착이 가능한 구조는 마이크로 LED의 전사 로봇 기술에 적용할 수 있다고 연구팀은 강조했다.

윤 교수팀은 이번 연구가 복잡한 마이크로 가공 공정 없이 단순한 구조로 고기능을 구현함으로써, 대면적 생산 및 상용화 가능성 측면에서도 강점을 갖는다고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 중점연구소 사업 지원으로 수행됐다.

또, 미국 펜실베니아대(University of Pennsylvania)의 접착 전문가 케빈 터너 교수, 재료공학 분야 권위자 슈 양 교수와 국제 공동연구로 수행됐다.

윤 교수팀은 생체모사 기반 융합 연구가 국내 연구진 주도로 세계적 석학과의 협력을 통해 결실을 맺었다는 점에서, 향후 글로벌 기술 경쟁력 확보 및 후속 공동연구 확대의 토대가 될 것으로 기대된다고 밝혔다.

노지운 기자