[표지로 읽는 과학]값싸고,국수처럼 쉽게 뽑는 인공근육 전성시대

2019.07.14 10:22
사이언스 제공
사이언스 제공

로봇팔이 마치 근력 운동을 하듯 팔을 구부리고 있다. 이 로봇팔이 운동에 사용하는 근육은 배배 꼬인 섬유로 만들어진 인공근육이다. 인공근육에는 공기를 사용하는 방식, 전자기장에 반응하는 재료, 형상기억합금 등 여러 가지가 있다. 과학자들은 이 중에서 섬유를 꼬아 만드는 방식이 힘과 유연성을 종합적으로 검토할 때 가장 앞서 있다고 보고 있다. 국제학술지 사이언스도 12일 이런 상황을 반영하듯 세 편의 섬유 인공근육 연구결과를 소개했다.

 

사이언스는 한국 과학자인 김선정 한양대 전기생체공학부 교수의 연구에 주목했다. 김 교수는 사람의 근육보다 최대 40배 큰 힘을 내는 인공근육을 발표했다. 레이 보먼 미국 텍사스대 화학과 교수팀과 공동 개발한 이 인공근육은 탄소나노튜브(CNT) 섬유에 시중에서 판매하는 값싼 아크릴 섬유, 실크, 대나무 섬유를 국수 가락을 모으듯 섞은 후 꼬아 만들었다. 여기에 온도 변화와 전자기장, 화학물질 같은 외부자극에 반응하는 재료를 덧씌어 한 줄의 끈처럼 만들고 다시 꼬았다. 이렇게 만들어진 인공근육 섬유는 외부 자극을 받으면 줄을 감싼 겉면이 수축했다가 늘어나는 방식으로 사람의 근육처럼 힘을 낸다. 

 

연구팀이 개발한 인공근육은 시중에서 쉽게 구하는 값싼 재료를 활용하고도 기존에 개발된 인공근육보다 9배 높은 성능을 냈다. 끈을 덮은 재료에 따라 어떤 자극에 반응할지 결정할 수 있어 활용 범위가 넓다. 폴리우레탄을 재료로 쓰면 열 변화에 따라 반응하는 인공근육이, 탄소나노튜브로 덮어 씌우면 전기 자극에 반응하는 인공근육이 된다. 김 교수는 “포도당에 반응하는 하이드로겔을 개발해 포도당 농도에 따라 작동하는 인공근육도 개발했다”며 “몸 속 혈당 농도에 따라 자동으로 약물을 방출하는 공급장치로 활용할 수 있다”고 말했다.
 

사이언스는 폴리나 아니키바 미국 매사추세츠공대(MIT) 교수 연구팀 연구도 소개했다. 이 연구팀은 두 종류의 고분자를 붙인 덩어리를 국수 뽑듯 가늘게 뽑아낸 섬유로 인공 근육을 제작했다. 10배 이상의 늘어남도 견딜뿐더러 40도의 열만 가하면 두 고분자가 열에 늘어나는 정도가 달라 강하게 꼬이면서 자기 무게의 650배를 들 힘을 낸다.

 

사이언스가 주목한 또 다른 연구팀인 진카이 유안 프랑스 폴 파스칼 연구소 연구원팀은 폴리비닐알코올(PVA) 섬유에 산화그래핀 조각을 5% 섞어 꼰 인공근육을 개발했다. 산화그래핀 조각이 인공근육의 탄성과 강도를 높여주는 역할을 하며 인간 근육의 50배의 힘을 낸다.

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