국립부경대 연구팀 ‘빛에 반응하는 인공근육’…스마트 축산 햇살

국립부경대학교 공동연구팀이 빛에 반응하는 부드러운 소재를 이용해 순간적으로 강한 힘을 발생시키는 ‘인공근육’ 기술을 개발했다. 피부에 미세 바늘을 삽입해 약물 등을 주입할 수 있어 양돈·낙농·육우 등 축산 현장에 적용하면 ‘행동하는 스마트 축산’ 기술로 발전할 것으로 기대된다.

국립부경대 고분자공학전공 김대석 교수와 이채원 석사과정생, 휴먼바이오융합전공 박승현 교수와 김난경 석·박사통합과정생 공동연구팀은 액정 엘라스토머(LCE)에 자석과 ‘스냅스루(snap-through)’ 구조를 결합한 고출력 원격 마이크로니들 구동 시스템을 개발했다고 11일 밝혔다.

액정 엘라스토머는 고무처럼 유연하면서도 빛이나 열을 받으면 형태를 바꾸는 소재다. 연구팀은 이 소재를 활처럼 휘어진 아치 형태로 만든 뒤 자외선을 쬐어 내부 분자 배열을 변화시켰다. 이 과정에서 탄성에너지가 축적됐다가 일정한 임계점을 넘으면 뒤집힌 우산이 순간적으로 펴지는 것처럼 구조가 ‘찰칵’ 뒤집히는 스냅스루 현상이 일어난다.

연구팀은 여기에 영구자석을 결합해 순간적인 에너지 방출을 증폭했다. 빛만 이용할 때 초당 약 140㎜인 최대 속도는 자석을 결합한 뒤 약 332㎜로 2배 이상 빨라졌고 최대 구동력은 약 14.6배 향상됐다.

연구팀은 이 장치에 고분자 마이크로니들을 결합해 피부 삽입 실험도 했다. 피부를 모사한 젤라틴 구조물은 물론 실제 돼지 피부에도 미세 바늘이 성공적으로 삽입됐다. 돼지 피부에서는 평균 약 364㎛ 깊이까지 도달했으며, 약물을 모사한 형광물질이 피부 내부로 전달되는 것도 확인했다.

특히 이 기술은 가축의 건강 상태를 센서로 감지하는 데 그치지 않고 필요한 순간 약물이나 치료 물질을 직접 투입할 수 있다는 점에서 스마트 축산 분야의 활용 가능성이 주목된다. 마이크로니들의 길이와 배열을 조절하면 삽입 깊이와 물질의 확산 범위도 조절할 수 있다.

김대석 교수는 “이번 연구기술이 스마트 축산뿐만 아니라 웨어러블 의료기, 바이오인터페이스, 소프트 로봇 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다. 연구 논문은 ‘Advanced Functional Materials’에 지난 7일 온라인 게재됐다.