15일 서울대에 따르면 선정윤 재료공학부 교수와 김호영 기계공학부 교수 연구팀은 식물의 세포 구조에서 착안한 소프트젤 액추에이터를 개발했다. 소프트젤 액추에이터는 딱딱한 금속이 아닌 유연한 소재로 만든 소프트 로봇이 움직이도록 해주는 구동 장치다.

소프트젤 액추에이터는 느리고 약하다는 근본적인 한계가 있어 인공 근육이나 생체 모방형 로봇 등에는 활용하기 힘들다고 인식돼 왔다. 연구진은 식물 세포가 물을 빨아들일 때 뿌리가 돌을 뚫고 자랄 정도로 큰 압력이 생기는데, 질긴 세포벽이 이를 견딘다는 사실에 주목했다.

이는 기존 젤 기반 액추에이터보다 출력 밀도가 10만배가량 큰 것이라고 연구진은 설명했다.이번에 개발한 액추에이터는 식물 세포의 구조처럼 투과성을 지닌 막이 하이드로젤을 감싼 구조로, 수중 환경에서 삼투압에 의해 하이드로젤이 팽창하면 외부 동력원 없이도 하이드로젤 1ｇ이 130㎏의 무게를 들 수 있다.

이 액추에이터는 외부 동력원이 없어도 되지만, 외부 동력원으로 전기장을 활용하면 기존 삼투 현상에 전기 삼투까지 더해 더욱 빠른 속도로 큰 힘을 낼 수 있다. 이 경우 하이드로젤 1ｇ이 5분 안에 두께 2㎝의 벽돌을 부술 수 있다. 이번에 개발한 액추에이터는 플로팅 건축물이나 해저 도시 건설 등에 활용될 것으로 보인다.

선정윤 교수는 "소프트젤 액추에이터의 근본적인 한계를 극복한 연구로, 인공 근육과 소프트 로보틱스, 바이오메디컬 엔지니어링 등의 상용화에 기여할 것"이라고 내다봤다.

한편, 이번 연구 성과는 이날 세계 최고 수준의 국제 학술지인 '사이언스'(Science)에 게재됐다.

[원문: 연합뉴스, https://www.yna.co.kr/view/AKR20220415069200004]