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백금 전극 ‘그래핀’으로 바꿨더니 성능이 ‘껑충’

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백금 전극 ‘그래핀’으로 바꿨더니 성능이 ‘껑충’

2016.01.07 18:00
오일권 KAIST 교수팀, 고성능 인공근육형 액추에이터 개발
오일권 KAIST 기계공학과 교수 - KAIST 제공
오일권 KAIST 기계공학과 교수 - KAIST 제공
국내 연구진이 새로운 ‘인공근육’ 개발에 성공했다. 웨어러블 기기 등 미래형 첨단 제품이나 신개념 로봇 등의 개발로 이어질 것으로 기대된다.
 
오일권 KAIST 기계공학과 교수팀은 차세대 신물질로 각광받고 있는 ‘그래핀(탄소단원자층)’을 이용한 고성능의 액추에이터(actuator) 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.
 
액추에이터는 기계를 움직이는 구동장치다. 전기를 쓰는 액추에이터는 전압과 주파수를 조절해 움직임을 제어할 수 있다. 사람과 비슷한 움직임을 만들기 위해 인공근육형 액추에이터를 개발하려는 시도가 많지만 실용화 단계에 도달한 경우는 없다.
 
오 교수팀은 기존 액추에이터가 주로 백금 전극으로 제작된다는 점에서 문제를 발견했다. 공기 중에 있으면 백금 균열이 일어나 물속에서만 쓸 수 있고, 유연성이 떨어지고 제작비용까지 높으며 제작시간도 일주일 가까이 소요돼 실용성이 떨어진다는 것이다. 
인공근육형 액츄에이터는 향후 부드러운 로봇 소재에 활용될 수 있다. - 위키미디어 제공
인공근육형 액츄에이터는 향후 부드러운 로봇 소재에 활용될 수 있다. - 위키미디어 제공
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전극 소재에 백금 대신 비슷한 전기전도도를 갖는 그래핀을 사용했다. 그래핀에 황과 질소를 첨가하고, 이를 전도성 고분자와 함께 섞어 부드럽고 유연하면서도 전기가 잘 통하는 전극을 만들었다. 그 결과, 순수한 그래핀으로 만든 인공근육에 비해 1.5~2배 이상 개선된 성능을 보였다.
 
연구팀은 이렇게 만든 전극을 사람의 근육처럼 여러 겹으로 쌓아 고성능의 인공근육형 액추에이터를 완성했다.
 
오 교수팀이 개발한 액추에이터는 1V(볼트)이하의 낮은 전기로도 움직이며, 기존 백금 방식에 비해 3배 이상 굽힘 변형이 가능한 것을 확인했다. 또 5시간 이상 구동해도 성능이 유지됐다.
 
오 교수는 “고성능 인공근육 기술은 부드러운 로봇 소재나 휘어지는 모니터, 생체 의료기기 등 다양한 첨단 소재의 핵심 요소가 될 것”이라며 “3D 프린팅 기술과 함께 차세대 웨어러블 소자로도 활용 가능성이 높다”고 말했다.
 
이 연구 결과는 소재 분야 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 지난해 12월 15일자 온라인판에 실렸다.
 

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