카멜레온처럼 색 변하는 로봇 제작 기술 개발

서울대 고승환 교수팀 ‘AFM’ 표지논문
고분자로 이뤄진 소프트 액추에이터 개발
자유롭게 움직이는 방향 따라 색도 변해
꽃·문어 등의 위장·정보전달 기술 모방

서울대 고승환 교수 연구팀이 개화하면서 빨갛게 물드는 꽃을 모사해 개발한 소프트 액추에이터 논문이 실린 <어드밴스트 펑크셔널 머티리얼스> 표지.

국내 연구진이 활짝 피면서 색이 변하는 꽃, 날갯짓 할 때 색이 변하는 나비를 본따 움직임과 동시에 색이 변하는 소프트 액추에이터를 최초로 개발했다.

서울대 고승환 기계공학과 교수 연구팀은 12일 “저밀도폴리에틸렌(LDPE)과 폴리비닐클로라이드(PVC), 은 나노와이어로 구성해 생체의 움직임과 색 변화를 모사한 새로운 소프트 액추에이터를 개발했다”고 밝혔다. 액추에이터는 전기 등의 동력을 이용해 기계를 동작시키는 구동 장치를 말한다. 이 가운데 고분자 등 탄력 있고 가벼운 물질로 구성된 구동 장치를 소프트 액추에이터라 일컫는다. 연구팀의 연구성과는 재료분야 국제학술지 <어드밴스트 펑크셔널 머티리얼스> 8일(현지시각)치 표지논문으로 실렸다.

소프트 액추에이터는 생체를 모방한 로봇을 제작할 때 필수적인 요소이다. 열에 반응해 다양한 움직임을 보이는 열반응성 액추에이터가 개발되고 있지만 100도 이상의 고온이 필요해 한계가 있다. 또 한쪽 방향으로 움직이는 등방성 고분자로 구성돼 쓰임이 제한됐다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 방향에 따라 열팽창이 다른 저밀도폴리에틸렌이라는 필름과 온도에 따라 반응이 달라지는 온도 감응형 염료가 적용된 폴리비닐클로라이드라는 필름을 전도성이 뛰어나고 투명·신축성이 있는 은 나노와이어 전극으로 연결했다.

연구팀이 개발한 개화하며 색이 발현되는 생체모방 꽃과 날갯짓을 하며 색이 변화하는 생체모방 나비 로봇. 서울대 제공

새 소프트 액추에이터는 열팽창 계수 차이로 자유롭게 움직이고 약 40도의 낮은 온도에서도 잘 굽혀지는 동작을 했다. 가장 많이 굽은 상태를 1만번 이상 반복해도 내구성에 이상이 없었다. 또 온도 감응형 염료가 적용돼 액추에이터가 구동되면서 색도 다양하게 변화했다. 이를 이용하면 꽃, 카멜레온, 문어, 개구리처럼 스스로 색을 변화시키는 동·식물의 위장술, 직관적인 정보 전달 능력을 모방할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

고승환 교수는 “새 액추에이터는 움직일 방향의 설계를 손쉽게 할 수 있고 낮은 온도에서도 작동하면서 색을 변화시킬 수 있다. 생체모방 로봇, 위장 로봇, 인공근육과 같은 다양한 소프트 로봇에 적용할 수 있다”고 말했다. 연구팀의 연구는 한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 선도연구센터)의 지원으로 수행됐다.

이근영 선임기자 [e-mail]