날갯짓하자 색 변하는 나비 로봇 개발

위장 로봇, 예술 로봇 등 소프트 로봇의 새로운 응용의 길 열려

개화하면서 빨갛게 물드는 꽃, 날갯짓 할 때 색이 변화하는 나비도 로봇으로 제작할 수 있다. 고승환 교수(서울대) 연구팀이 생체의 움직임과 색 변화를 모사한 새로운 소프트 액추에이터를 개발했다. 

소프트 액추에이터는 고분자 등 탄력 있고 가벼운 물질로 구성된 구동 장치이다. 단단한 강체 액추에이터와 달리 로봇에 자유로운 움직임을 부여해주고 곡면이나 깨지기 쉬운 물체도 다룰 수 있게 해주는, 소프트 로봇 분야의 핵심 기술이다. 

▲ 제작된 소프트 액추에이터 모식도와 온도에 따른 색‧움직임 변화: 이방성 고분자 필름(LDPE)과 레이저 패터닝된 은나노와이어 네트워크를 기반으로 이방성 소프트 액추에이터를 제작하였다. 또한, 온도 감응형 염료를 적용하여 움직임과 동시에 색이 변화할 수 있다. [사진=서울대 제공]

▲ 소프트 액추에이터의 다양한 구동 모습과 내구성 테스트 결과: 이방성 고분자 필름(LDPE)을 적용하여 기하학적인 제약 없이 필름의 방향 설정에 따라 소프트 액추에이터의 움직임을 쉽게 설계할 수 있다. 또한 구동과 동시에 색이 변화하여 움직임을 즉각적, 직관적으로 인지할 수 있다. 저온 구동이므로 고반복 환경에서도(10,000회 반복) 성능 저하가 없는 고내구성 소프트 액추에이터를 개발하였다. [사진=서울대 제공]

연구팀은 움직이는 방향도 자유롭고, 움직일 때마다 색도 변할 수 있는 소프트 액추에이터를 개발했다. 개발된 액추에이터는 열팽창계수가 물리적 방향에 따라 달라지는 고분자 필름을 사용했다. 필름의 방향에 따라 움직이는 방향을 자유자재로 설계할 수 있다. 기존 소프트 액추에이터가 움직임 자체를 구현하는 데 급급해, 움직임 방향의 자유도가 낮은 한계를 돌파했다. 또한 온도 감응형 염료를 적용하여 움직임과 동시에 즉각적으로 색 변화가 가능해졌다. 꽃, 카멜레온, 문어처럼 스스로 색을 변화시키는 동‧식물의 위장술, 직관적인 정보 전달 능력을 모방할 수 있다.

▲ 생체모방 소프트 로봇으로의 다양한 응용(색 변화 꽃, 색 변화 투명 나비): 이방성 소프트 액추에이터의 생체모방 소프트 로봇으로의 기술 적용을 시연하기 위해 개화하며 색이 발현되는 생체모방 꽃과 날갯짓을 하며 색이 변화하는 생체모방 나비 로봇을 제작하였다. 이를 통해 실제 생체의 움직임뿐만 아니라 색의 변화도 모사할 수 있는 새로운 소프트 로보틱스 기술을 구현하였다. [사진=서울대 제공]

고승환 교수는 “이 연구는 은 나노와이어 네트워크를 기반으로 이방성 고분자 필름과 온도 감응형 염료를 이용한다. 개발된 액추에이터는 손쉬운 움직임 방향 설계가 가능하고, 저온 구동하며, 색 변화할 수 있다”며, ”생체모방 로봇, 위장 로봇, 인공 근육과 같이 다양한 소프트 로봇에 적용될 수 있다“고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 선도연구센터)의 지원으로 수행되었다. 세계적으로 저명한 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials) 8월 8일 표지논문으로 게재되었다.

IT뉴스 / 김들풀 기자  itnews@