[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 연세대학교 화공생명공학과 이상영 교수팀이 위정재 교수(인하대학교)와 공동연구를 통해 빛 자극에 의해 형태가 변하는 액정고분자와 에너지를 저장할 수 있는 슈퍼커패시터를 일체화한 ‘자유 형상 전원 시스템’을 구현했다고 4일 밝혔다.
생체의 움직임을 모방해 로봇을 구동하는 소프트 로보틱스(soft robotics) 분야에서는 스스로 변형되고 움직일 수 있으며 정보수집, 통신 등 다양한 역할을 수행하는 로봇을 구현하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다.
하지만 이러한 소프트 로봇을 구현하는데 가장 걸림돌이 됐던 것은 바로 이들을 구동하기 위한 적합한 전원이 없다는 것이다.
특히 기존의 소프트 로봇 연구는 전력을 공급하기 위해 외부 전선을 연결하거나 고정된 형태의 전지를 이용해 전기에너지를 공급했으나 이는 소프트 로봇의 움직임 및 기능성을 심각하게 저해하는 요소가 됐다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 미세 복합 프린팅 공정을 이용해 전지 소재를 액정고분자와 일체화했다.
광열효과는 물질에 빛에너지를 조사하면 물질의 성질과 특성에 따라 조사된 빛에너지가 흡수된 후 다시 열에너지로 방출되는 물리적인 현상이다.
전도성 고분자는 일반적인 고분자와 달리, 전기전도성을 갖는 고분자이며 탄소나노튜브는 1차원 원통형 모양의 나노구조를 갖는 탄소 동소체이다.
연구과정을 보면 빛 자극을 열로 변환시키는 광열효과를 이용해 빛을 이용한 형상 변형을 효과적으로 유도했다.
또 반복된 움직임에도 안정하게 구동할 수 있도록 전도성 고분자 및 탄소나노튜브와 같은 매우 유연한 소재를 이용하여 전지를 설계했다.
이 과정에서 개발된 전지는 프린팅 기법을 활용하여 코일(coil), 조리개, 혹은 손바닥 등 다양한 형상으로 제작 가능하였고 빛(또는 열) 자극에 의해 자유롭게 변형됐다.
이후 물건을 싣고 정해진 목적지까지 스스로 기어갈 수 있는 소프트 로보틱 전원 시스템을 구현했다.
연세대 이상영 교수는 “전지 스스로 형태를 바꾸고 움직일 수 있다는 최초의 개념을 제시한 것으로 향후 실용화를 위해 전지의 에너지 향상과 다양한 형상 변형을 위한 후속 연구를 수행할 예정”이라고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 나노‧소재기술개발사업 등의 지원으로 수행됐고 재료 분야 국제학술지 머티리얼스 투데이(Materials Today)에 4월 26일 온라인 게재됐다.