물에 뜨고 오래가는 인공근육 개발

오일권 교수팀, 그래핀 기반 전극 사용

연구팀이 개발한 그래핀 기반 인공근육

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 내구성이 높고 물에 뜨는 인공근육을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 오일권 해양시스템공학전공 교수와 김재환 박사과정 학생이 한국기계연구원 임현의 박사와 공동으로 그래핀을 이용해 기존보다 10배 이상 오랫동안 작동할 수 있으면서도 물에 뜨는 인공근육을 개발했다고 8일 밝혔다.

연구결과는 나노 분야 세계적 학술지 ACS 나노 최근호에 게재됐다.

개발된 인공근육은 모터 없이도 로봇을 움직이는데 활용될 수 있고 향후 인간의 근육도 대체가능할 것으로 기대된다.

인간의 근육을 모방한 이온성 고분자 인공근육은 소음이 없고 구조가 간단한 것은 물론 단위 부피당 출력이 높아 기계식 모터와 유압식 작동기를 대체할 수 있어 관심을 받아왔지만 백금 전극 표면에 존재하는 균열을 통해 내부 전해액이 빠져나가면서 내구성이 부족해 상용화가 어려웠다.

연구팀은 귀금속인 백금과 비슷한 전기전도성을 가지면서도 그래핀 입자간 거리가 좁은 그래핀 종이를 전극으로 활용했다.

연구팀은 환원된 그래핀 산화물 입자를 두껍게 쌓아 5㎛ 두께로 제작한 종이형태의 전극을 제작해 액체투과성 실험을 한 결과 전해액이 거의 빠져나가지 않았다.

이는 내부 전해액 이온의 크기보다 그래핀의 입자간 공간이 좁기 때문이다.

연구팀은 그래핀 전극이 이온성 고분자와 맞닿는 부분엔 레이저 처리를 통해 표면적을 늘려 접착성을 높이면서 인공근육의 움직임에 대한 내구성도 확보했다.

기존 백금전극으로 만들어진 인공근육은 4.5V, 1Hz 조건으로 6시간 동안 실험한 결과 30분이 지난 후 움직임이 절반 이하로 떨어졌지만 연구팀이 개발한 인공근육은 동일 조건에서 성능이 지속적으로 유지되며 안정적으로 작동이 가능했다.

전극으로 사용된 그래핀은 물을 밀어내는 성질이 있어 개발된 인공근육 역시 물어 잘 뜨고 쉽게 구하는 것이 가능해 저렴한 가격으로도 제작할 수 있는 것이 특징이다.

이처럼 물에 뜨고 내구성이 향상된 인공근육의 원천기술은 향후 생체로봇, 유연 전자소자, 부드러운 햅틱 디바이스, 생체 의료기기 등 최근 각광 받고 있는 차세대 핵심 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

오일권 교수는 “이번에 개발한 그래핀 기반 인공근육은 간단히 전극만을 교체해 기존에 알려졌던 작동기의 근본적인 문제를 해결했다”며 “수년 내 응용전자소자를 개발할 수 있을 것”이라고 말했다.