코끼리처럼 강하고 문어처럼 유연하고 벌새처럼 빠르면서 스스로 치유하는 능력도 있어코끼리처럼 강하고 문어만큼 유연하며 벌새처럼 재빠른 로봇 근육이 개발됐다. 부드러우면서도 강한 이들 새 인공 근육은 자신의 움직임을 감지하고 전기적 손상을 스스로 치유할 수 있다. 게다가 제조비용도 10센트에 불과하다.

콜로라도대학(볼더) 연구팀은 유기체 근육에서 아이디어를 얻어 소프트 ‘작동장치(actuators)’를 개발했다. ‘사이언스’와 ‘사이언스 로보틱스’에 실린 논문에 따르면 이 기술은 덩치 큰 안드로이드(인간형 로봇)의 거대한 체구를 줄여 인간의 움직임을 모방할 수 있게 한다.

연구팀은 식물성 기름과 히드로겔(물을 용매로 하는 겔) 전극으로 탄력 주머니를 채웠다. 전기를 넣으면 전극 주위의 기름이 경련을 일으킨다. 이것이 전극을 잡아당겨 전체 인공근육이 1000분의 몇 초 사이 수축과 이완을 하게 된다. 이 같은 움직임이 인간 근육의 반응 속도를 능가할 수 있다.

연구팀은 주머니 형태를 맞춤 제작하는 방법으로 특유의 움직임을 가진 다양한 작동장치를 개발했다. 예컨대 도넛 형태의 작동장치는 로봇 집게가 산딸기를 집어 올리도록 했다. 이들 특정 근육은 수축 사이클을 100만 회 이상 반복한 뒤에도 멀쩡했다. 연구팀은 이 탄력 근육을 ‘유압증폭 셀프치유 정전기’ 작동장치, 즉 해셀(HASEL) 작동장치라 부른다.

두 논문의 선임 작성자이자 콜로라도대학(불더) 조교수인 크리스토프 케플링거는 “생체 근육의 놀라운 능력에서 아이디어를 얻었다”고 인터뷰에서 말했다. “해셀 작동장치는 생체근육과 마찬가지로 문어 다리의 적응력, 벌새의 스피드, 코끼리의 근력을 재현할 수 있다.”

사이언스 논문의 대표작성자인 박사과정생 에릭 에이컴은 “약 3.8ℓ의 물을 1초에 여러 번 들어올리는 능력을 가진 전동 소프트 작동장치는 지금껏 본 적이 없다”고 말했다. 절연 액체막을 이용해 근육의 전기손상도 치유할 수 있다. 따라서 고체 절연막을 가진 다른 ‘소프트 로봇’ 작동장치에 비해 우위를 갖는다.

고체막은 전기손상으로 인해 작동을 멈출 수도 있다. 액체절연은 복원력이 더 뛰어나며 전기손상 이후 곧바로 원상을 회복한다. 인간의 근육과 마찬가지로 이들 작동장치는 외부환경의 입력을 감지할 수 있다. 작동장치의 신축범위에 따라 잠재 에너지를 저장하는 일종의 축전기를 전기 부품들이 형성한다.

그중 피노(Peano) 해셀 작동장치는 감자칩 봉지와 같은 소재의 3개의 중합체 주머니로 이뤄진다. 이 소재는 저렴할 뿐 아니라 신축적이다. ‘사이언스 로보틱스’ 논문의 대표작성자로 콜로라도대학(불더)의 박사과정생인 니콜라스 켈라리스는 “지금도 약 10센트의 비용만으로 이 장치를 만들 수 있다”며 “소재가 저렴하고 확장성이 있으며 현재의 공업생산 기법을 적용할 수 있다”고 말했다.

이 초강력 근육이 사람보다 더 강하고 빠르고 유연하기는 해도 완벽하지는 않다. 현재 엄청난 전력소비량이 이 고성능 근육의 발목을 잡고 있다. 에이컴 연구원은 “작동에 많은 전력이 필요한 부분은 앞으로 해결해야 할 숙제”라고 말했다. “이미 그 문제의 해결방안을 연구 중이며 이 논문에 사용된 전력의 5분의 1로 작동하는 장치를 실험실에서 개발했다.”

소프트 로봇공학 기술로 신축성 뛰어난 작동장치를 만들어낸 건 이번이 처음은 아니다. 지난해 하버드대학과 매사추세츠공대 연구팀이 오리가미(종이접기)에서 영감을 얻어 포유동물의 근육보다 6배 강한 로봇 근육을 개발했다. 콜로라도대학 연구팀은 앞으로 광범위하게 응용할 수 있는 각종 로봇을 개발할 계획이다.

- 캐서린 하이넷 뉴스위크 기자

[뉴스위크 한국판 2018년 1월 29일자에 실린 기사를 전재합니다.]

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