오늘날 소프트 로봇, 의료기기, 웨어러블 기기는 우리 일상생활에서 흔히 볼 수 있습니다.
한국과학기술원(KAIST)(총장 이광형)은 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 초저전압에서 작동하고 좁은 공간에서도 사용할 수 있는 소프트 유체 스위치를 개발했다고 4일 밝혔다.
현대 기술의 인공 근육
인공 근육은 인간의 근육을 모방해 기존 모터에 비해 유연하고 자연스러운 움직임을 제공할 수 있다. 소프트로봇, 의료기기, 웨어러블 디바이스의 기본 요소 중 하나이다. 이러한 인공 근육은 전기, 기압, 온도 변화 등 외부 자극에 반응하여 움직임을 만들어 내는데, 인공 근육을 활용하려면 이러한 움직임을 정밀하게 제어해야 합니다.
기존의 모터 기반 스위치는 강성과 부피로 인해 제한된 공간에서 사용하기가 어렵습니다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 좁은 파이프에서도 큰 힘을 발생시키면서 유체의 흐름을 제어할 수 있는 전기이온 소프트 액츄에이터를 개발해 소프트 유체 스위치로 활용했다.
연구팀이 개발한 이온성 고분자 인공근육은 금속전극과 이온성 고분자로 구성되어 에너지를 가하면 힘과 움직임이 발생한다. 인공 근육 전극 표면에 유기 분자로 구성된 폴리설폰화 공유 유기 프레임워크(pS-COF)는 초저전력(~0.01V)에서 무게에 비해 큰 힘을 생성하는 데 사용됩니다.
그 결과 부드러운 움직임을 시작할 때 10mg의 가벼운 무게보다 34배 이상 더 많은 힘을 생성하는 180미크론 두께의 머리카락처럼 얇은 인공 근육이 탄생했습니다. 그 결과, 연구팀은 더 낮은 전력으로 유체의 흐름 방향을 정밀하게 제어할 수 있었다.
연구를 주도한 오일권 교수는 “초저전력으로 작동하는 전기화학적 소프트유체스위치는 유체제어 기반 소프트 로봇공학, 소프트 전자공학, 마이크로유체공학 분야에 많은 가능성을 가져올 수 있다”며 “이 기술은 스마트 섬유부터 바이오의료기기까지 우리 일상생활의 초소형 전자시스템에 쉽게 적용할 수 있어 다양한 산업현장에 즉각 활용될 수 있는 잠재력을 갖고 있다”고 말했다.