로봇도 '쓰레기'가 된다…임무 끝나면 토양으로 돌아가는 친환경 로봇[과학을읽다]

100만회 구동해도 성능 유지…전자부품까지 완전 분해되는 소프트 로봇 시스템 개발

로봇과 전자기기도 결국 '쓰레기'가 될 수 있다는 문제를 겨냥한 친환경 로봇 기술이 등장했다. 사용 중에는 고성능 로봇으로 작동하지만 임무가 끝나면 자연에서 완전히 분해돼 토양의 일부로 돌아가는 소프트 로봇 전자 시스템이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 강승균 서울대학교 재료공학부 교수 연구팀이 고내구성 생분해 엘라스토머와 무기 전자소자를 결합해 구동 후 산업용 퇴비 환경에서 완전히 분해되는 소프트 로봇 플랫폼을 개발했다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 서스테이너빌리티(Nature Sustainability)'에 지난 5일 온라인 게재됐다.

완전 퇴비화 가능한 소프트 로봇 시스템. 연구팀 제공

이번 연구는 소프트 로봇의 성능과 내구성을 유지하면서도 사용 후 자연으로 환원되는 전자 시스템을 구현했다는 점에서 주목된다. 특히 구조체뿐 아니라 전자소자까지 완전히 분해되는 '완전 생분해 로봇'을 구현했다는 점이 특징이다.

전자폐기물 늘어나는 로봇 시대

전자기기와 자동화 기술 확산으로 전자폐기물 문제는 갈수록 심각해지고 있다. 유엔훈련조사연구소(UNITAR)에 따르면 2022년 전 세계 전자폐기물 발생량은 약 6200만t에 달한다.

특히 소프트 로봇은 열경화성 고분자 엘라스토머, 합금, 반도체 등 다양한 소재가 다층 구조로 결합돼 있어 재활용이 사실상 불가능하다. 자연 분해도 되지 않아 환경 부담을 키우는 기술로 지적돼 왔다.

100만번 움직여도 성능 유지

연구팀은 고내구성 생분해 엘라스토머(PGS), 생분해 접착제(PBTPA), 마그네슘(Mg)·몰리브덴(Mo)·실리콘(Si) 기반 무기 전자소자를 통합해 완전 생분해 로봇 전자 시스템을 구현했다.

소프트 로봇 손가락의 생분해 과정. 연구팀 제공

이를 통해 낮은 히스테리시스와 우수한 복원력을 갖춘 소프트 액추에이터를 제작했다. 실험 결과 이 로봇 손가락은 100만회 반복 구동 후에도 굽힘 각도와 출력 힘 변화가 거의 없었고 6개월 이상 보관 후에도 안정적인 성능을 유지했다.

연구진은 여기에 곡률·변형·촉각·온도·습도·pH 센서를 포함한 다중 감각 전자소자를 집적해 환경을 감지할 수 있는 기능도 구현했다. 히터와 전기 자극기, 약물 방출 소자 등 능동적 기능 역시 전자적으로 제어할 수 있도록 설계됐다.

임무 끝나면 '퇴비'로 돌아간다

연구팀이 로봇 시스템을 산업용 퇴비 환경에 노출한 결과 구조체와 전자소자가 수개월 내 미생물 작용으로 완전히 분해되는 것이 확인됐다. 또 분해 후 생성된 퇴비로 식물을 재배한 실험에서도 정상적인 생장이 확인돼 환경 독성이 없음을 입증했다.

강승균 교수는 "이번 연구는 로봇과 전자기기가 남기는 폐기물 문제에 대한 근본적인 해법을 제시한 것"이라며 "환경과 상호작용하며 다양한 임무를 수행하는 지속가능한 로봇 기술로 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 기술은 회수가 어려운 의료용 일회성 로봇, 농업·환경 모니터링 장비, 재난 탐사 로봇 등에서 활용 가능성이 클 것으로 기대된다. 임무가 끝난 뒤 쓰레기가 아닌 토양의 일부로 돌아가는 새로운 로봇 기술 패러다임을 제시했다는 평가다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr