연구자들, 해면동물에서 영감을 받은 물로 구동되는 소프트 로봇 개발

포스텍 기계공학과의 연구팀은 물로 구동되는 자가 작동 소프트 액추에이터를 개발했으며, 이는 기존의 소프트 액추에이터보다 빠르고 강력합니다. 연구팀은 김동성 교수, 최앤드류 박사, 한현석 박사로 구성되었습니다.

이 연구는 Journal of Materials Chemistry A에 발표되었습니다.

MCT와 해면동물

새로운 개발은 해면동물의 가변 콜라겐 조직(MCT)에서 영감을 받았습니다. 해면동물의 몸은 MCT로 구성되어 있으며, 이를 통해 주변 환경에 따라 경도 또는 연성을 변경할 수 있습니다. 해면동물의 탄성 모듈러스는 몇 초 만에 10배까지 변경할 수 있으며, 이는 작은 틈을 통과하거나 포식자에게 위협을 가하기 위해 부풀어 오를 수 있습니다. 이를 위해 콜라겐 조직에서 수소 결합을 형성하거나 파괴함으로써 화학 조절기를 제어합니다.

액추에이터는剛性이며 전기 신호의 변경을 사용하여 물리적 상태를 변경할 수 있습니다. 일부 소프트 액추에이터는 물에 반응하여 에너지 소스로 사용할 수 있습니다. 자유로운 운동이 필요한 소프트 로봇틱스에서는 소프트 액추에이터가 도움이 될 수 있습니다. 그러나 기존의 소프트 액추에이터는 souvent 취약하고 느리기 때문에 효과적으로 적용할 수 없습니다.

기존 소프트 액추에이터보다 우수함

연구자들은 해면동물의 MCT에서 영감을 받았으며, 이는 물과 반응하여 자유롭게 모양을 변경할 수 있습니다. 그들은 매우 유연한 벌크 PNIPAAm 하이드로겔을 기반으로 프로그래밍 가능한 액추에이터를 개발했습니다. 이는 물을 에너지 소스로 사용하는 기존 소프트 액추에이터보다 200배 더 강력하고 300배 더 빠르다는 것을 보여주었습니다. 이러한 액추에이터는 80도 섭씨의 물에서도 에너지 소스로 사용할 수 있습니다.

다양한 테스트를 통해 액추에이터는 300%의 인장 변형에 저항하여 원래 모양을 회복하는 데 충분히 강력하다는 것을 보여주었습니다.

연구팀에 따르면, 이 액추에이터는 산업 및 생물의학 분야를 포함한 다양한 분야에서 사용될 수 있습니다. 또한 산업 로봇, 특히 물건을 들어 올리는 그립퍼와 같은 인공 팔을模倣하는 로봇에서 사용될 수 있습니다. 이러한 로봇은 또한 상처를 닫고 인공 손가락으로 작동할 수 있습니다.

김동성 교수는 “소프트 로봇은 물과 접触하면 활성화되고 다양한 환경에 쉽게 적응할 수 있도록 유연하고 변형 가능합니다”라고 설명했습니다. “이 nově 개발된 하이드로겔 액추에이터는 매우 강력하고 빠르게 작동하여 전기 없이 화학 에너지를 사용하여 작동할 수 있습니다.”

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업 및 핵심기술바이오의료개발사업, 산업통상자원부의 알케미스트 프로젝트의 지원을 받아 수행되었습니다.