연성 로봇공학 분야의 오랜 난제 극복.
연구자들은 소프트 로보틱스 및 웨어러블 시스템에 활용할 수 있는 자가 치유 인공 근육을 개발했습니다. 이 인공 근육은 동물과 식물이 상해를 감지하고 스스로 치유하는 능력을 모방한 것입니다. 네브래스카-링컨 대학교 공학팀이 발표한 이 혁신적인 개발 성과는 기존 합성 시스템의 오랜 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대됩니다.
손상 감지 및 자가 복구 능력은 유기 생명체에게 매우 중요한 특징이지만, 로봇 제작자들에게는 복잡한 기술적 과제를 제시해 왔습니다. 이에 연구팀은 검증된 방식인 생체 모방(Biomimicry) 접근법을 채택했습니다.
연구팀에 따르면, 개발된 핵심 시스템은 천공이나 극한의 압력으로 발생한 손상을 식별하고, 정확한 위치를 파악하며, 자율적으로 자가 복구를 개시할 수 있습니다. 이 시스템은 최근 애틀랜타(조지아주)에서 열린 IEEE 로보틱스 및 자동화 국제 학회에서 발표되었습니다.
(헤드라인 및 보조 내용은 기술 기사의 본문 흐름상 제외했습니다.)
해당 근육, 혹은 액추에이터(actuator)는 세 개의 층(layer)으로 구성되어 있습니다. 가장 하단에는 손상 감지층(damage detection layer)이 자리하고 있는데, 이 층은 실리콘 엘라스토머 내에 액체 금속 미세 방울을 삽입한 형태의 소프트 전자 피부입니다. 그 위에 단단한 열가소성 엘라스토머가 중간층(middle layer)으로 사용되며, 이 재료가 자가 치유 기능을 수행합니다. 가장 상단에는 구동층(actuation layer)이 있어 수압 변화에 따라 수축하고 팽창하는 역할을 합니다.
외부 개입 없이 자가 복구 메커니즘을 작동시키기 위해서는, 이 구조물의 '피부' 전체에 걸쳐 다양한 모니터링 전류가 순환해야 합니다. 따라서 손상은 전기 네트워크의 교란으로 감지됩니다. 이 과정에서 흥미롭게도, 같은 네트워크가 손상 부위에 열을 전달하여 열가소성층을 녹이고 균열을 봉합하게 유도합니다. 연구진은 이를 "실질적으로 상처를 치유하는 것"이라고 설명합니다.
만약 같은 부위에 추가적인 손상이 발생할 경우 어떻게 할 수 있을지에 대한 문제도 과학자들은 고려했습니다. 그리하여 피부층의 전기 네트워크를 리셋하는 단계를 고안했습니다. 이 리셋 기술은 '전기 전류가 금속 원자를 이동시키는 현상'인 전기 이동 현상(electromigration)의 원리를 이용합니다. 이 시스템이 없었다면, 자가 치유 시스템은 손상 및 복구 사이클을 한 번만 거칠 수 있었으므로, 이 리셋 기능은 매우 중요한 혁신입니다.
연구팀의 기반이 네브래스카주인 만큼, 이 기술의 첫 응용 분야로 잔가지나 가시에 의해 손상되는 농업용 로봇이 거론되었습니다. 하지만 연구팀은 이 기술이 웨어러블 건강 모니터링 장치와 더 광범위한 소비자 가전 분야에서도 활용될 가능성을 보고 있습니다.