그래핀 이용 ‘꿈의 인공근육’ 국내첫 개발

전기 통하면 6시간동안 이완-수축… 로봇-장애인 보조기구에 적용 가능

그래핀을 이용해 6시간 동안 한결같이 작동하는 ‘꿈의 인공근육’ 소재를 국내 연구진이 개발했다. 이 소재로 인공근육을 만들면 의수나 의족, 사람처럼 자연스럽게 움직이는 로봇을 개발하는 데 유용할 것으로 보인다.

인공근육은 전기가 통하면 길이가 변하는 일종의 특수 소재다. 가령 인공근육을 로봇의 골격 앞뒤에 붙이면 사람이 팔다리를 접었다 펼 때 근육이 늘어났다 줄어드는 것처럼 길이를 마음대로 조절할 수 있다.

현재 의수 및 의족에는 전기모터나 유압식 펌프가 인공근육을 대신하고 있다. 이 때문에 소음이 크고 움직임도 부자연스러운 편이다. 이런 문제를 해결하기 위해 인공근육 연구가 진행됐지만 압전소자를 이용하는 경우가 많아 진짜 근육보다 수축 정도나 수축 속도도 만족스럽지 못했다.

대안으로 제시된 방식은 백금 등 고가의 소재로 인공근육을 만드는 것인데, 이 경우 수축이나 이완은 잘되지만 내구성이 떨어지는 문제가 있다. 최고 성능을 낸다는 백금 인공근육도 30분만 쓰면 성능이 절반 이하로 뚝 떨어졌다. 인공근육 안쪽에 채우는 전해질이 빨리 닳아 버리기 때문이다.

오일권 KAIST 기계항공시스템학부 교수팀은 그래핀을 이용해 수축 성능과 효율을 높이는 데 성공했다. 특수 처리한 그래핀을 쌓아 종잇장처럼 얇은 5μm(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m) 두께의 전극을 만들어 인공근육으로 활용한 것이다. 실험 결과 그래핀 인공근육은 6시간 동안 성능이 일정하게 유지됐다.

오 교수는 “그래핀 인공근육을 이용해 로봇이나 장애인용 보조기구에 쓸 수 있는 새로운 구동장치를 개발할 수 있다”면서 “5년 내에 상용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이 연구 결과는 나노 분야의 세계적 학술지 ‘ACS 나노’ 최신호에 게재됐다.

대전=전승민 동아사이언스 기자

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