KAIST, 사람보다 17배 강한 힘 내는 헤라클레스 인공근육 개발

액정 엘라스토머에 그래핀 첨가한 신소재 개발

사람 근육보다 최대 17배 강한 힘을 내는 인공근육이 개발됐다.

KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 부산대 안석균 교수 연구팀과 공동으로 그래핀과 액정 복합섬유를 이용한 새로운 인공근육을 개발했다고 5일 밝혔다.

인공 근육 섬유 제작의 개략도와 내부 수축과 이완 시 내부구조 도식 (자료=KAIST)

연구팀은 온도 변화에 따라 동물 근육과 같이 크게 수축을 일으키는 액정 물질에 그래핀을 적용했다. 자연 근육과 비슷한 성질을 보이지만 근육이 수축할 때 기계적 물성이 떨어지고 원하는 부분에만 운동을 일으키기 어려운 액정 엘라스토머의 약점을 그래핀을 첨가해 보완했다.

레이저로 원격제어가 가능하며, 인간 근육의 작업 수행 능력보다 17배 강한 운동 능력을 구현했다. 최적화된 근육섬유는 여러 가닥을 쉽게 합칠 수 있어 실제 인간 근육 다발처럼 단위 면적당 섬유의 수에 비례해 작업 수행 능력을 극대화시킬 수 있다.

이 신소재로 만든 1000가닥 근육 다발은 1㎏의 아령을 들어올렸다. 인공근육 섬유로 만든 인공 자벌레는 실제 자벌레보다 3배 빠른 이동 속도를 보였다.

인공 근육 섬유 방사 후 모습과 이를 기반으로 제작 가능한 다발의 모습 (자료=KAIST)

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

이번 연구는 한국연구재단의 리더연구자지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단과 기초연구 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 최근호에 표지 논문으로 선정됐다. 관련 기술 특허를 국내외에 출원해 KAIST 교원창업 기업인 소재창조를 통해 상용화할 계획이다.