색깔 바뀌는 소프트 로봇 개발 성공

[산업일보]
소프트 액추에이터는 고분자 등 탄력 있고 가벼운 물질로 구성된 구동 장치이다. 단단한 강체 액추에이터와 달리 로봇에 자유로운 움직임을 부여해주고 곡면이나 깨지기 쉬운 물체도 다룰 수 있게 해주는, 소프트 로봇 분야의 핵심 기술이다.

이에 고승환 교수(서울대학교) 연구팀이 생체의 움직임과 색 변화를 모사한 새로운 소프트 액추에이터에 개발에 성공하면서 개화하면서 빨갛게 물드는 꽃, 날갯짓 할 때 색이 변화하는 나비도 로봇으로 제작할 수 있게 됐다.

연구팀은 움직이는 방향도 자유롭고, 움직일 때마다 색도 변할 수 있는 소프트 액추에이터를 개발했다.

개발된 액추에이터는 열팽창계수가 물리적 방향에 따라 달라지는 고분자 필름을 사용했다. 필름의 방향에 따라 움직이는 방향을 자유자재로 설계할 수 있다. 기존 소프트 액추에이터가 움직임 자체를 구현하는 데 급급해, 움직임 방향의 자유도가 낮은 한계를 돌파했다.

또한 온도 감응형 염료를 적용해 움직임과 동시에 즉각적으로 색 변화가 가능해졌다. 꽃, 카멜레온, 문어처럼 스스로 색을 변화시키는 동‧식물의 위장술, 직관적인 정보 전달 능력을 모방할 수 있다.

고승환 교수는 “이 연구는 은 나노와이어 네트워크를 기반으로 이방성 고분자 필름과 온도 감응형 염료를 이용한다. 개발된 액추에이터는 손쉬운 움직임 방향 설계가 가능하고, 저온 구동하며, 색 변화할 수 있다”며, “생체모방 로봇, 위장 로봇, 인공 근육과 같이 다양한 소프트 로봇에 적용될 수 있다”고 연구의 의의를 설명했다.

고 교수에 따르면, 이번 연구에서 제안한 이방성 및 색 변화 소프트 액추에이터는 이전에 없었던 저온 구동, 고내구성, 자유도 높은 구동 방향 설계와 구동에 따른 즉각적이고 직관적인 색 변화 특징을 가진다.

현재의 열반응성 소프트 액추에이터가 가진 많은 한계점을 극복했고 이에 소프트 로보틱스가 생체모방 로봇, 위장 로봇, 인공 근육, 예술 로봇 등의 새로운 응용 분야로 활용될 수 있는 커다란 가능성을 보여줬다.

또한, 구성하는 두 필름과 금속 나노와이어 히터가 광학적으로 투명하기에 액추에이터의 전방위에서 움직임과 동시에 색이 변하는 것을 인지할 수 있다. 사용자에게 구동에 대한 직관적이고 즉각적인 정보를 제공해 줄 수 있는 선구 기술로 평가된다.