부산대 출신 오지영 박사 포함 국제 공동 연구팀낚싯줄과 재봉실을 이용 논문 세계적인 학술지 ‘사이언스’에 발표

부산대 출신 물리학자가 포함된 국제 공동 연구팀이 일상생활에서 흔히 사용되는 낚싯줄과 재봉실을 강력한 인공근육으로 전환할 수 있는 방법을 개발했다.

부산대는 미국 텍사스 주립대의 알렌 맥달마이드 나노텍 연구소가 이 연구결과를 21일 세계적인 학술지 ‘사이언스(Science)’를 통해 발표했다고 밝혔다.

이 연구에는 부산대 출신 오지영(39·여) 박사를 포함해 미국, 호주, 캐나다, 한국, 터키, 중국 연구팀이 공동으로 참여했다.

이번 논문의 공동 저자인 한국인 물리학자 오지영씨는 부산대 물리학과 학사, 석사 박사과정까지 마친 뒤 2006년부터 알렌 맥달마이드 나노텍 연구소에서 연구원으로 근무하고 있다.

공동연구팀은 평범한 낚싯줄과 재봉실에 비틀림을 추가, 인위적인 꼬인 구조를 만들어 주면 다양한 형태의 에너지 자극에 반응하는 인공근육 특성을 보인다는 것을 발견했다.

연구팀에 따르면 두껍게 꼬아진 고무줄처럼 나선형으로 감긴 인공근육은 외부에서 열이 가해질 경우 수축하고 열원을 제거하며 다시 초기 상태로 돌아온다.

인위적인 꼬임이 추가되기 전의 비틀림 방향과 추가된 꼬임의 비틀림 방향을 반대로 조절할 경우 인공근육은 온도가 올라가도 수축이 아닌 이완을 보여준다.

열 에너지를 이용하는 인위적으로 꼬인 구조의 인공근육은 직접적인 온도 변화뿐만 아니라 전기적 자극, 빛의 흡수, 화학 반응에 대해서도 뛰어난 특성을 보여준다.

인공근육은 1만rpm(1분당 1만회) 이상의 회전력을 발생시킬 수 있으며 같은 무게의 실제 인간 근육과 비교할 때 100배나 더 무거운 무게를 들어올릴 수 있다.

인공근육 1㎏은 무려 7.1마력의 힘을 생성하는데 이는 비행기의 제트 엔진이 발생시킬 수 있는 것과 같다.

최대 20% 정도 수축할 수 있는 실제 인간의 근육과 비교하면 새로운 형태의 인공근육은 길이 방향으로 최대 50%까지 수축할 수 있다. 수백만번의 수축 이완 운동이 되풀이되는 동안 이러한 특성은 유지됐다.

사람의 머리카락보다 더 얇게 제작될 수 있는 인공근육은 휴머노이드 로봇들의 섬세한 얼굴 표정 표현을 가능하게 한다.

소형 인공근육이면서도 정교하게 조절되는 특성은 수술범위를 최소화하려는 다양한 외과 수술용 로봇과 미니어처 칩의 제작에 적합하다. 인간과 로봇 사이의 교감 센서로도 응용 가능하다.

이번 연구의 책임자인 레이 바우만 교수(텍사스 주립대 화학과 교수, 알렌 맥달마이드 나노텍 연구소장)는 “사람 머리카락의 10배 굵기의 꼬인 고분자 낚싯줄 100가닥으로 만들어진 인공근육은 무려 0.73t의 무게를 감당할 수 있기 때문에 영화 슈퍼맨에서처럼 강한 힘이 요구되는 로봇 또는 엑소스켈레톤 분야에 바로 사용될 수 있다”고 말했다.

엑소스켈레톤의 발전된 예로는 영화 ‘아이언맨’의 로봇수트를 들 수 있다.

관련 분야에서는 실제 일상생활에서 신체가 마비됐거나 팔다리가 없는 환자들이 로봇 팔, 다리 등으로 제작된 ‘엑소스켈레톤’을 착용해 정상인처럼 활동하는 일이 가능할 것으로 보고 연구를 진행하고 있다.

연구팀은 외부 온도변화에 따라 섬유 사이의 공간이 자동 조절되는 스마트 직물, 진동이나 소음이 발생되는 추가 장치 없이 자동 조절 가능한 미래형 창문, 온도 조절 장치 또는 개폐 조절 시스템 등 다양한 응용 방법을 논문을 통해 제시했다.

연구에 참여한 오지영 박사는 뛰어난 물리적 특성을 가진 탄소나노튜브섬유 인공근육에 관한 연구 논문 5편을 사이언스에 발표했다.

오 박사는 “탄소나노튜브섬유 관련 연구 성과들을 평범한 일상 재료이자 단가가 비교할 수 없게 낮은 나일론 섬유를 통해 구현할 수 있다는 점이 흥미로웠다”며 “이번 연구 결과가 고령화 사회를 뒷받침할 수 있는 로봇 기술의 실용화와 응용 범위 확대에 도움이 되길 바란다”고 말했다.

오 박사는 2006년 부산대 박사과정에서 다기능성 인공근육 관련 연구를 수행해 처음으로 ‘사이언스’ 논문을 발표했다. 이번 연구는 그의 여섯번째 ‘사이언스’ 논문이다.

연합뉴스