소프트 로봇공학, “형상변형 지능형 신소재 개발”로 순항 중
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소프트 로봇공학, “형상변형 지능형 신소재 개발”로 순항 중
  • 양태경 기자
  • 승인 2019.10.21 09:22
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카네기멜론대(CMU) 개발 신소재, 온열/전기전도성 및 지능 뛰어나
액화금속 갈륨 인듐과 ‘액정수정탄성체’(LCE) 결합, 전례없는 다기능성 복합체
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(AI타임스=양태경 기자) 소프트 로봇공학, 웨어러블 기술, 휴먼/머신 인터페이스 분야의 발전은 휴대용 전자제품의 동력에 의존하면서도 주변 환경변화에 적응해 형상을 변형할 수 있는 신축성 신소재를 늘 필요로 한다.

카네기멜론대학(Carnegie Mellon University, CMU)의 연구진은 부드러운 다른 연성(軟性) 합성물과 달리, 작동능력을 갖고 있으면서도 높은 전기 및 열 전도성의 독특한 조합을 보여주는 소재를 개발했다고 10일(현지시간) 전한 가운데, 소프트 로봇공학 분야는 물론 이런 신소재를 찾고 있는 여러 유관 산업분야 관계자들의 높은 관심을 받고 있다.

주변환경에 적응해 모양을 조정하고 변형할 수 있는 지능형 신소재 개발에 대한 카네기멜론대(CMU) 연구진의 이번 연구는 "액체금속을 포함한 다기능형 탄성체"라는 제목으로 이번주 국립과학원(National Academy of Sciences) 회보에 실렸다.

카네기멜론대(CMU) 소프트머신연구소를 이끌고 있는 카르멜 마지디 기계공학과 부교수는 "인간이 뜨겁거나 날카로운 것을 만질 때 몸을 뒤로 젖히면서 반동하듯이 해당 신소재도 하등의 추가적인 외적 원인 없이도 주변환경을 감지하고 반응한다”며 “온열 및 전기 전도성이 뛰어날 뿐만 아니라 지능도 높다”면서 “인간 신경과 유사한 전기 경로가 있기 때문에 인공 신경조직에 한 걸음 더 가까워졌다”고 평가했다.

마지디 부교수는 소프트 재료공학 및 소프트 로봇공학 분야에서 사용할 수 있는 신소재 개발 선도 학자로 잘 알려져 있다. 그의 연구팀은 전에도 형상변형이 가능한 액체금속 갈륨 인듐 미세/나노 방울을 사용해 진보된 재료의 분자구조를 만든 바 있다.

하지만 그의 연구팀이 이 기술을 형상변형 고무의 일종인 ‘액정수정탄성체’(LCE)와 결합한 것은 이번이 처음이다. 마지디와 그의 연구팀은 ‘액정수정탄성체’(LCE) 전문가이자 텍사스주립대 달라스 캠퍼스(University of Texas, Dallas)의 생명공학 교수인 테일러 웨어 그리고 그의 대학원생인 세드릭 암불로와 공조했다.

‘액정수정탄성체’(LCE)는 항공기 조종실 등에 사용되는 박형(薄型) 평판 액정 표시 장치에 사용되는 액정 수정이지만 고무 조직처럼 서로 연결돼 있는 특징을 갖고 있다. 열에 노출됐을 때 움직이기 때문에 형상변형 재료로 유망한 기능을 갖고 있지만, 아쉽게도 형상기억 활성화에 필요한 전기 및 열 전도성이 부족한 것이 단점이다.

이런 단점을 보완하기 위해 충전제 사용으로 전도성을 높일 수도 있지만, 이는 ‘액정수정탄성체’(LCE)의 기계적 특성과 형상변형 기능을 저하시키는 원인이 되기 때문에 연구팀은 액화금속 갈륨 인듐과 ‘액정수정탄성체’(LCE)를 결합, 전례 없는 다기능성의 부드럽고 신축성 있는 복합체를 만들어냄으로써 이러한 난제를 극복했다고 전해진다.

이번에 연구팀에 의해 개발된 신소재의 또 다른 주요 특징은 복원력과 심각한 손상에 대한 반응이다.

같은 연구소의 박사 후 연구과정생이자 이 연구의 주저자인 마이클 포드는 “우리는 이 합성물에 대한 전기적 자가 치유능력과 손상에 대한 감지능력 둘 다를 관찰했는데, 손상탐지 면에 있어서 만큼은 이전의 액체금속 합성물보다 진일보 했다"면서 "손상은 형상변형을 활성화할 수 있는 새로운 전도성 자극을 주기 때문에 이번에 개발된 신소재는 그 또한 주변환경의 변화로 받아들여 손상에 독특하게 반응하는 것을 확인했다"고 말했다.

높은 전기 전도성 덕분에 기존의 전자제품과 상호작용하고 접촉에 동적으로 반응하며 형상을 역으로 변형시킬 수 있기 때문에 의료, 의류, 웨어러블컴퓨터, 보조기기 및 로봇, 우주여행 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 전망된다.

【에이아이타임스 aitimes 에이아이타임즈】


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