1㎏ 아령도 번쩍...인간보다 17배 센 '인공 근육'

카이스트(KAIST·한국과학기술원) 연구진이 개발한 '인공 근육' 다발을 형상화한 모습. 국제학술지 네이처 나노테크놀로지는 해당 연구의 혁신성을 인정해 표지논문으로 채택했다. / 사진=카이스트(KAIST·한국과학기술원)

국내 연구진이 사람의 근육보다 평균 17배 강한 '인공 근육'을 개발하는 데 성공했다. 꿈의 신소재로 불리는 '그래핀'과 '엘라스토머'(Elastomer)를 합쳐 제작한 물질이다. 인간 근육과 가장 유사하다는 평가를 받고 있어 향후 로봇 산업과 사람이 착용할 수 있는 웨어러블 장치에 활용될 것으로 보인다.

5일 카이스트(KAIST·한국과학기술원)에 따르면 김상욱 신소재공학과 교수 연구팀은 최근 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 이같은 연구 결과를 소개했다. 연구 혁신성을 인정 받아 해당 학술지 표지 논문으로도 선정됐다.


현재 국내외 연구자들은 다양한 인공 근육을 연구하고 있다. 사람이 하는 작업을 기계가 대신하거나 장애를 입은 사람들을 보조할 수 있는 기계들이 대표적인 사례다. 웨어러블 장치를 개발하기 위한 인공 근육 연구도 늘어나고 있다.

하지만 현재까지 개발된 인공 근육은 사람보단 기계에 가까웠다. 인공 근육을 구현하려면 △구조 변형률 △반응 속도 △변형 응력 등 다양한 요소를 고려해야 하는데 이를 모두 고려하기엔 한계가 있었다. 결국 사람의 근육이 지닌 유연성이나 운동할 수 있는 특정 범위를 구현하는 데 한계가 있었다.

인공 근육 다발의 모습(우)과 인공 근육 다발로 아령을 들어올리는 모습(좌). / 사진=카이스트(KAIST·한국과학기술원)

카이스트 연구팀은 사람과 유사한 인공 근육을 구현시키고자 신소재를 결합했다. 그래핀과 액정 엘라스토머를 합친 신소재다. 그래핀은 잘 휘어지면서도 강도가 강철보다 200배 높은 '꿈의 신소재'로 불리는 물질이다. 엘라스토머는 고무의 늘어나는 탄성과 플라스틱의 장점을 모두 갖춘 고부가 합성수지다.


연구팀은 이를 통해 여러 가닥으로 구성된 '인공 근육' 다발을 구현했다. 인간 근육 다발과 비슷한 형태로 제작해 단위 면적당 섬유의 수에 비례해 작업 수행 능력을 극대화했다. 연구팀은 신소재를 활용해 성능 검사를 실시했다.

그 결과 인간 근육보다 작업 수행 능력 17배, 출력밀도는 6배 높았다. 연구팀은 또 인공 근육 다발을 이용해 1㎏ 아령을 들어 올리는 데 성공하기도 했다. 인공 근육은 기존 물질 대비 수축·이완되는 능력도 3배 높았다.

김상욱 교수는 "그간의 인공 근육은 한두 가지 물성은 매우 뛰어나더라도 다양한 물성을 골고루 갖춘 사례가 없었다"며 "인간 근육과 가장 유사한 인공 근육으로 평가받는 만큼 향후 로봇 산업과 다양한 웨어러블 장치에 활용될 수 있을 것"이라고 강조했다.

현재 연구팀의 기술 특허는 국내외에 모두 출원된 상태다. 연구팀은 향후 카이스트 교원창업 '소재창조'라는 기업을 통해 기술 상용화를 추진할 예정이다.

인공 섬유는 꿈의 신소재로 불리는 '그래핀'과 '엘라스토머'(Elastomer)를 합쳐 만들었다. / 사진=카이스트(KAIST·한국과학기술원)