인간의 머리카락보다 10배나 작은 지름을 가지면서 기존 인공근육보다 1,000배 우수한 회전력을 가진 새로운 소재의 인공근육이 국제 나노연구팀에 의해 개발되었다.
한양대학교 생체공학 김선정 교수와 신민균 박사, 미국 텍사스 주립대와 호주 울릉공대학교, 캐나다 브리티시 컬럼비아대학교 연구진이 함께 진행한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 리더연구자(창의적 연구) 지원으로 수행되었고 세계적 학술지 ‘Science’ 지 10월호에 게재되었다.
‘탄소나노튜브 인공근육’ 는 굽힘과 수축, 이완 기능이 주를 이룬 기존 인공근육에서 회전운동까지 가능하도록 보완된 것으로 강하고 유연한 탄소나노튜브 실이 전기화학 에너지를 회전 운동 에너지로 변환시키는 형태이다.
이번에 개발된 탄소나노튜브 인공근육은 실 1mm만으로도 250도의 회전을 발생시키고, 가해주는 전압의 변화를 통해 회전력 방향 조절이 가능해 양방향 회전이 가능한 모터가 개발될 수 있게 됐다. 또한, 기존의 인공근육보다 1,000배나 우수한 단위 길이당 회전 성능을 자랑하며, 낮은 전압이 발생되는 소규모 전지만으로도 탄소나노튜브 섬유를 전기화학적으로 충전·방전하여 회전력을 만들어 낼 수 있다.
또한 적은 비용과 간단한 방법으로 다양하게 활용될 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 또한 소형화, 경량화가 가능하고 작게 제작해도 전기모터와 같은 성능을 발휘한다. 또한 페들(paddle)을 붙이는 간단한 과정을 통해 마이크로 액체혼합 장치 제작도 가능하다.
이번 인공근육은 간단한 구동 원리, 큰 회전각, 높은 회전 속도 및 마이크로 크기의 실 직경 특성 등이 조합되어 마이크로 유체 펌프, 밸브 구동기나 믹서기 등의 응용에 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
김선정 교수는 “이번에 개발된 인공근육은 기존의 인공근육들이 보여준 굽힘, 수축, 이완 기능을 비롯해 비틀림, 회전 운동까지 가능한 새로운 형태의 신소재”이라며 “구동 원리 및 구조가 기존 모터에 비해 간단해 소형 모터 산업과 바이오, 로봇 분야 등 다양한 산업에 큰 파급 효과를 줄 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.