독성이 없고 낮은 전압에서도 높은 성능을 발휘할 수 있는 인공 근육 신소재를 개발할 수 있는 이론적 기반이 마련됐다.
하얼빈(哈爾濱)공업대학이 참여한 최신 연구에 따르면 스마트 소재로 된 인공 근육의 구동 성능을 개선하면 전기용량 의존성 문제를 해결할 수 있다.
렁진쑹(冷勁松) 하얼빈공업대학 교수는 스마트 소재란 외부 자극에 능동적으로 반응할 수 있는 신소재를 가리킨다고 소개했다. 스마트 소재는 자체 구동·모니터링·복구 등 다양한 기능을 갖추고 있다. 이로 인해 인공지능(AI), 스마트 제조, 바이오 의료, 로봇 등 분야에서 광범위하게 응용될 가능성이 있다는 설명이다. 대표적인 스마트 소재로는 폴리머 섬유와 탄소나노튜브 실 인공 근육이 있다.
연구 결과 고분자 전해질(polyelectrolyte) 기능화 전략을 통해 인공 근육 스마트 소재의 '양극' 구동을 '단극' 구동으로 전환해 기능 작동 효율과 에너지 밀도 등 성능을 향상할 수 있는 것으로 나타났다. 이를 통해 기존 인공 근육 구동 성능에 존재했던 전기용량 의존성 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
그 외에도 독성이 없고 낮은 전압에서도 높은 성능을 실현할 수 있다는 점도 장점이다.
이렇게 업그레이드된 인공 근육 스마트 소재는 전개형 우주 구조물(Space deployable structure), 바이오닉 플래핑 윙(flapping-wing·상하 방향의 회전운동 날개), 가변형 항공기, 수중 로봇, 플렉시블 로봇, 웨어러블 외골격, 의료 로봇 등 분야에서 응용될 가능성이 매우 크다.
중국 하얼빈공업대학과 미국 텍사스대학 댈러스 캠퍼스, 한양대 등이 공동 참여한 이번 연구는 '단극 스트로크, 전기침투펌프 탄소나노튜브 실 근육(Unipolar-Stroke, Electroroosmotic-Pump Carbon Nanotube Yarn Muscles)'이라는 제목으로 1월 29일 국제학술지 '사이언스'에 온라인으로 발표됐다.