형상기억합금 인공근육…고양이 발톱 모사

[산업일보]
국내 연구진이 스프링 형태의 형상기억합금 구동기를 이용해 사람과 동물의 골격근처럼 힘을 낼 수 있는 ‘형상기억합금 인공근육’을 개발했다.

이를 통해 미래 로봇, 착용형 근육, 휴먼 증강 슈트 등 다양한 분야에서 인공근육 적용이 기대되고 있다.

형상기억합금은 임의로 모양으로 변형시키더라도 가열에 의해 다시 변형 전 기억한 모양으로 되돌아오는 성질을 가진 합금을 말한다.


한국연구재단은 오일권 교수 연구팀(한국과학기술원, 제1저자 오세웅 박사과정)이 인공 근육을 활용한 착용형 의수와 고양이의 독특한 발톱 구조에서 착안한 생체모방 로보틱스를 개발했다고 29일 밝혔다.

기존의 형상기억합금은 가열에 비해 현저히 느린 냉각 속도로 인해 인공근육으로 사용 시 구동 속도에 제한을 보였다. 이로 인해 일정 속도로 반복 구동이 필요한 응용 분야에서는 활용에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 일반 전자부품이나 칩 등의 온도를 빠르게 낮추기 위해 표면에 뾰족한 방열판을 부착하는 것에서 착안했다. 스프링 형태의 형상기억합금 표면에 뾰족한 구리 나노와이어를 균일하게 성장시킨 것이다.

이를 통해 형상기억합금의 표면적을 높이고, 열이 외부로 전달되는 것을 촉진시킴으로써 형상기억합금의 냉각을 가속화시켰다.

연구팀에 따르면, 개발한 인공근육은 일반 형상기억합금에 비해 2배 이상 가속된 구동 속도를 나타냈다. 또한 인공근육을 이용해 실제 손과 비슷한 속도로 손가락을 굽히고 펼 수 있는 의수를 개발했다고 밝혔다.

더불어, 개발한 인공근육이 동물의 골격근과도 유사하다는 점에서 인공근육을 생체모방 로보틱스에 응용했다.

고양이가 필요에 따라 개폐식 발톱(retractable claw)을 드러내고 감추며 지면과의 마찰을 제어하는 특징을 모티브로, 생체모방 개폐식 발톱을 구현했다.

연구팀은 기존 보행 로봇 발바닥에 부착한 단순 고무를 대체해 울퉁불퉁한 험지를 걸을 때 발톱을 이용한다면, 보행 로봇이 중심을 잡고 안정적인 보행을 할 수 있도록 도움을 줄 것으로 기대했다.