스스로 치유하는 소프트 로봇 액츄에이터

SF 영화에서 자주 등장하는 스스로 치유하는 로봇은 이제 더 이상 상상이 아니라 현실이다.

막스플랑크 지능형시스템연구소(MPI-IS)와 미국 펜실베이니아 주립대학(PSU) 공동 연구팀은 오징어에서 영감을 얻어 손상된 후 1초 안에 스스로 치유할 수 있는 고강도 합성 단백질 재료를 개발했다. 

연구 결과(논문명: Biosynthetic self-healing materials for soft machines)는 재료과학 분야 국제 학술지인 네이처 머티리얼스(Nature Materials)에 7월 27일(현재시각) 실렸다.

Credit: Nature Materials, Biosynthetic self-healing materials for soft machines)

연구팀은 오징어 촉수 고리이빨(squid ring teeth; SRT)로 알려진 톱니 모양 빨판에서 추출된 독특한 분자구조를 가진 단백질을 이용했다. 오징어 단백질 분자 구조와 아미노산 서열을 분석한 후 그와 똑같은 인공합성 재료를 만들었다.

하지만 오징어 촉수 단백질 분자는 느슨하게 짜여져 있기 때문에 치유 시간이 오래 걸린다. 연구팀은 새로 개발된 물질에서는 분자가 서로 연결되도록 분자 나노 구조를 변경했다. 그러자 하루 동안 걸릴 치유 기간을 1초로 단축시켰다. 이 자가치유 폴리머는 물과 열뿐만 아니라 빛을 사용해서도 치유할 수 있다.

기존 자가치유 재료는 분자가 다시 연결되는 데 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 치유 지점은 강도가 거의 없다. 하지만 새로 개발된 유연한 소재는 100% 강도로 복구됐다. 

자체적으로 수리할 수 있는 물리적 지능형 소프트 재료는 가까운 미래에 소프트 로봇이나 액추에이터를 구축하는 데 필수적이다. 예를 들어 로봇 액추에이터에서 반복적인 움직임은 마모가 발생할 수밖에 없다. 

자가치유 연질 재료는 로봇 공학에 대한 관심이 높아지고 있다. 로봇이 실제 일상 생활에서 사용될 수 있는지에 있어 결정적인 요소가 될 수 있다. 

언젠가 로봇이 매우 역동적이고 예측할 수 없는 환경에서 인간을 지원한다면 부드럽고 유연한 소재로 만들어야 한다. 하지만 부드러울수록 재료가 더 빨리 마모된다. 이는 수명과 성능에 영향을 미친다. 따라서 몇 초 안에 자가치유 능력이 절대 필요하다. 앞으로 이러한 로봇은 예를 들어 재해 복구나 인명구조와 같은 위험한 상황 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.

민두기 기자 ebiz@