사람 근육의 40배 힘 내는 인공근육 개발

과학기술

사람 근육의 40배 힘 내는 인공근육 개발
한양대 참여 국제연구진 성과…'사이언스'에 발표

2019.07.12 07:30 연합뉴스

국제 공동연구진이 섬유 형태의 인공근육(구동기)을 개발했다. 사람 근육이 내는 힘의 40배에 달하는 힘을 낼 수 있는 데다 가볍고 유연하게 제작할 수 있어 로봇과 웨어러블 기기 등 다양한 곳에 활용될 수 있을 전망이다.

김선정 한양대 전기생체공학부 교수팀은 미국 텍사스대, 호주 울릉공대 등과 함께 이런 연구 성과를 국제학술지 ‘사이언스'(Science) 12일 자에 발표했다.

연구진은 탄소나노튜브(CNT)와 시중에서 쉽게 구할 수 있는 아크릴 섬유, 실크, 대나무 섬유 등을 꼬아 인공근육의 중심부를 제작했다. 앞서 연구진은 탄소나노튜브만으로 중심부를 제작한 바 있는데 가격이 저렴한 물질을 섞어 상용화 시 가격을 줄일 수 있게 만든 것이다.

여기에 온도나 전력, 화학물질 등 외부 자극에 의해 수축하거나 이완하는 외피를 입히면 인공근육이 완성된다. 가령 탄소나노튜브를 코팅하면 전력에 따라 반응하게 된다. 새 인공근육은 기존 인공근육의 9배, 사람 근육이 내는 힘의 40배까지 힘을 내는 것으로 나타났다.

김선정 교수팀은 포도당 농도에 반응하는 하이드로겔을 외피로 삼아 인공근육의 구동을 시험하기도 했다. 김 교수는 “혈당에 따라 자동으로 약물(인슐린)을 내는 장치에 활용할 수 있지 않을까 한다”고 밝혔다.

섬유 형태 인공근육은 실제 사람의 근육섬유를 모사해 개발됐다는 게 김 교수의 설명이다. 인공근육이 활용될 수 있는 곳은 마이크로로봇, 소형 의학장비, 환경에 따라 모양이 변하는 스마트 섬유 등 다양하다. 이날 사이언스에는 인공근육 개발 성과를 담은 논문 두 편이 추가로 실려 이 분야 연구가 활발하게 진행되고 있음을 시사했다.

매사추세츠공대(MIT), 워싱턴대 등 미국 연구진은 두 종류의 고분자를 결합해 만든 섬유로 인공근육을 제작했다. 두 고분자가 열에 의해 변형되는 정도가 다른 점을 이용해, 열을 가하면 근육이 구동하도록 설계했다. 이 인공근육이 내는 힘은 제 무게의 650배에 달하는 물건을 들어 올릴 수 있는 정도였다. 원래 길이의 10배 정도로 늘어나는 데다 수축·이완을 1만 번 반복해도 될 만큼 내구성이 강했다. 인공근육의 폭을 수 ㎛(마이크로미터·1㎛=100만 분의 1m)에서 수 mm에 이르도록 다양하게 제작할 수 있다는 것도 장점 중 하나다.

프랑스 국립과학연구원(CNRS), 독일 포츠담대 등이 참여한 유럽 연구진은 고분자 물질에 산화 그래핀(graphene oxide) 입자를 넣어 만든 인공근육을 소개했다. 이 근육의 경우 사람 근육이 내는 힘의 50배에 달하는 힘을 낼 수 있는 것으로 평가됐다.

다만 아직 인공근육이 널리 쓰이기에는 해결해야 할 과제가 많다. 에너지 효율이 대표 사례다. 사이언스에 따르면 현재 섬유 형태 인공근육은 투입 에너지 대비 6% 미만의 효율을 내고 있어 이를 해결할 연구가 더 필요한 실정이다.

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