‘가장’ 가늘고 회전력 뛰어난 신소재 인공근육 개발

[산업일보]
세계에서 가장 가늘고 기존보다 1000배 가량 회전력이 뛰어난 인공근육이 새롭게 개발됐다.

국제 나노연구팀에 의해 개발된 탄소나노튜브 인공근육은 인간의 머리카락보다 10배나 지름이 작으면서도 탄성을 구성는 그 회전력은 기존 인공근육보다 1000배나 우수하다.

이 신소재는 한양대학교 생체공학 김선정 교수, 신민균 박사를 비롯해 미국 텍사스주립대, 호주 울릉공대학교, 캐나다 브리티시 컬럼비아대학교 연구진이 함께 개발했다. 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 리더 연구자 지원으로 연구가 진행됐고, 그 결과가 SCIENCE지 10월호에 ‘Torsional carbon nanotube arificial muscles’라는 논문으로 게재되기에 이르렀다. 이 SCIENCE지는 세계적으로 권위 있는 학술지로 유명하다.

김선정 교수와 국제 나노연구팀에 의해 개발된 ‘탄소나노튜브 인공근육’은 기존의 인공근육들에 있던 굽힘, 수축, 이완 기능에서 비틀림, 회전 운동 기능까지 추가 보완됐다. 이는 나선형으로 꼬인 탄소나노튜브 실이 전기화학적으로 충전이 일어나는 동안에 다공성 인공근육 실의 부피팽창이 일어나면서 회전 구동이 발생하는 원리를 이용했다.

실 1mm만으로도 250°까지 회전할 수 있고, 전압을 다르게 가함으로 회전 방향을 조절할 수 있어 양방향 회전이 가능한 모터의 개발을 돕는다고 과기부는 설명했다. 또, 기존 인공근육보다 단위 길이당 회전성능이 1000배나 우수하며, 소규모 전지만으로도 탄소나노튜브 섬유를 전기화학적으로 충전하거나 방전해 회전시킬 수 있다.

무엇보다 가장 큰 강점은 탄소나노튜브 인공근육은 일반 모터와 달리 낮은 비용에 간단한 방법으로 다양한 크기에 활용할 수 있다는 것이다. 일반 전기모터는 소형화, 경량화가 어려운 데 비해 탄소나노튜브 인공근육은 작게 제작해도 전기모터와 같은 성능을 발휘하고, 또 단위 무게당 출력도 시중 전기모터와 비슷해 소형화된 크기로 다양하게 활용할 수 있다. 거기다 섬유에 패들을 붙이는 것만으로 마이크로 액체혼합장치 제작도 가능케 됐다.

또한 간단한 구동 원리, 큰 회전각, 높은 회전 속도 및 마이크로 크기의 실 직경 특성 등이 조합돼 마이크로 유체펌프, 밸브 구동기나 믹서기 등 여러 분야에 응용하는 데 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.

김선정 교수는 “우리 연구진이 개발한 인공근육은 기존의 인공근육들이 갖춘 굽힘, 수축, 이완 기능을 넘어 비틀림, 회전 운동까지 가능하다는 점에서 그 의의가 특별하다”며 “구동 원리 및 구조가 비교적 간단해 소형 모터 산업과 바이오, 로봇 분야 등 다양한 산업에 큰 파급 효과를 가져올 것”이라고 기대했다.