왼쪽부터 김대석 교수, 김영빈 석사과정생.

[대학저널 온종림 기자] 부경대학교 고분자공학전공 김대석 교수팀이 액정 엘라스토머(LCE, Liquid Crystal Elastomer) 신소재를 활용해 자율 운동하는 소프트 로봇을 개발했다.

김 교수는 같은 과 김영빈 석사과정생, 펜실베이니아대학교 슈양 교수(재료공학과)와 공동연구를 통해 반응성 고분자물질인 LCE의 필라멘트 구조를 활용해 자율적이고 지속 가능한 운동을 구현하는 소프트 로봇을 제작했다.

소프트 로봇용으로 활용할 수 있는 LCE는 열이나 빛, 전자기장 등 외부 자극에 반응해 형상을 변형하는 스마트 물질로, 연성 소재 기반 구동 시스템 분야에서 주목받고 있다. 하지만 자극에 따른 수축-이완 과정이 수 초에서 수십 초 수준으로 매우 둔하고, 움직임의 세기인 출력도 낮은 한계가 있었다.

김 교수 연구팀은 LCE로 필라멘트를 제작한 뒤, 필라멘트끼리 연결해 기존에 없던 새로운 기하학적인 연결구조인 루프(loop) 형태의 구동기를 디자인했다.

이 구동기는 기존 LCE 자체에 자극을 주었을 때와 달리, 계속적이면서도 훨씬 빠르고 높은 출력을 낼 수 있어 소프트 로봇 등 다양한 기기의 구동장치로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 또 작은 열 자극으로도 구동할 수 있어, 열 손실이 발생하는 곳에서 구동 시 에너지도 절약할 수 있는 것으로 나타났다.

김대석 교수는 “액정 엘라스토머 기반 소프트 로봇을 제작하는데 새로운 물질의 합성도 중요하지만, 기존의 잘 정립된 물질의 구조화 및 기하학적 모델에 관한 연구만으로도 전혀 새로운 물리적 현상을 유도할 수 있다는 것을 보여주었다는 의의가 있다”고 말했다.

이 연구 결과를 담은 논문은 최근 국제학술지 ‘Science Advances>(IF:14.98’에 게재됐다.

 

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