“헤라클래스처럼 무서운 괴력 발휘” KAIST, ‘인공근육’ 개발

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신소재공학과 김상욱 교수 연구팀, 생체로봇·인공장기 활용 기대

인공근육 섬유다발을 표현한 국제학술지 네이처 나노테크놀로지 11 월호 표지.[ KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 사람보다 17 배 이상 무서운 괴력을 발휘할 수 있는 인공근육이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술원( KAIST )은 신소재공학과 김상욱 교수팀이 부산대 안석균 교수팀과 공동 연구를 통해 그래핀-액정 복합섬유를 이용한 새로운 인공근육을 개발하는 데 성공했다고 5일 밝혔다. 

이 인공 근육은 현재까지 과학계에 보고된 것 중에서 인간 근육과 가장 유사하면서도 최대 17 배 강한 힘을 보이는 것으로 확인됐다.

동물의 근육은 신경 자극에 의해 그 형태가 변하면서 기계적인 운동을 일으키는 것으로 알려져 있다. 

로봇이나 인공장기 등 다양한 분야에서 동물근육과 유사한 운동을 일으키기 위한 기술들이 개발돼왔으나, 지금까지는 주로 기계장치에 의존한 것들이 대부분이다.

최근에는 유연성을 가지는 신소재를 이용해 생명체의 근육같이 유연하면서도 기계적 운동을 일으킬 수 있는 인공 근육들이 연구되고 있다. 

그러나 이들 대부분이 일으키는 운동의 범위가 동물 근육보다 제한되고 강한 운동을 일으키기 위해서는 마치 시계태엽을 감듯이 부가적인 에너지 저장과정을 거쳐야만 하는 문제점이 있다.

연구팀이 개발한 신소재는 온도변화에 따라 동물 근육과 같이 크게 수축을 일으키는 액정물질에 고품질의 그래핀을 적용함으로써 레이저를 이용한 원격제어가 가능하며 인간 근육의 작업 수행능력( 17 배)과 출력밀도(6배)를 크게 능가하는 운동능력을 구현했다. 

연구팀은 실제 인공 근육을 이용해 1킬로그램( kg ) 짜리 아령을 들어올리는 데 성공하기도 했다. 

이를 이용한 인공 자벌레는 살아있는 자벌레보다 3배나 빠른 속도로 움직이는 기록을 달성하기도 했다.

1kg 아령을 들어올리는 인공근육 섬유 다발(왼쪽), 실제 자벌레 움직임보다 빠른 이동속도를 보여주는 인공자벌레(오른쪽).[ KAIST 제공]

김상욱 교수는 “최근 세계적으로 활발히 개발되고 있는 인공근육들은 비록 한두 가지 물성이 매우 뛰어난 경우는 있으나 실용적인 인공근육으로 작동하는 데 필요한 다양한 물성들을 골고루 갖춘 경우는 없었다”며 “이번 연구를 시발점으로 실용성 있는 인공 근육소재가 로봇 산업 및 다양한 웨어러블 장치에 활용할 수 있으며 4차 산업 혁명에 따른 비대면 과학기술에서도 크게 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지( Nature Nanotechnology )’ 10 월 27 일자 표지논문으로 선정돼 출판됐다. 

연구팀은 관련 기술에 대한 특허를 국내외에 출원했으며, KAIST 교원창업 기업 ㈜소재창조를 통해 상용화를 진행할 계획이다.