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2018년 4월 21일 토요일

자기 무게의 12600배를 들어올리는 인공 근육


(Zoom-in of the carbon-fiber reinforced coiled muscle with a diameter of 0.4mm. Credit: University of Illinois Department of Mechanical Science and Engineering)


 인공 근육은 다양한 방법으로 수축을 통해서 힘을 내는 구조물을 의미합니다. 널리 사용되는 방식은 아니지만, 앞으로 생체 모방 기술이나 인공 의수, 의족 개발에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 다만 실제 생물의 근육처럼 에너지 효율적이고 신뢰성과 내구성이 높으면서 가벼운 인공 근육의 개발은 아직은 쉽지 않은 일입니다. 


 일리노이 대학의 연구팀은 탄소 섬유와 polydimethylsiloxane (PDMS) 소재를 이용해서 코일 방식으로 꼬인 인공 근육을 개발했습니다. 이 인공 근육은 전류에 의해 수축하며 두께는 0.4mm에 불과하지만, 자신 무게의 12,600배의 무게를 들어올릴 수 있다고 합니다. 이것이 가능한 이유는 매우 가벼우면서도 대단히 질긴 탄소 섬유로 보강된 carbon fiber-reinforced siloxane rubber가 독특한 꼬인 구조로 연겨되어 있기 때문입니다. 


 이 특수 인공 근육은 60 MPa의 기계적 압력을 감당할 수 있으며 일반 근육의 18배에 달하는 인장 강도와 힘을 제공할 수 있습니다. 다만 근육처럼 반응 속도가 빠르고 내구성이 좋은지는 상세히 언급하지는 않았습니다. 


 아무튼 무게 당 힘이라는 측면에선 상당한 성과라고 할 수 있을 것 같습니다. 로봇이 생물처럼 민첩하고 정교하게 움직이기 힘든 이유 가운데 하나는 수축력이 좋고 반응 속도가 빠른 근육이 없기 때문인데, 앞으로 실제 근육에 견줄 수 있는 인공 근육이 개발될 수 있을지 궁금합니다. 그것이 가능하다면 실제 생물처럼 움직일 수 있는 로봇도 가능할 것입니다. 


참고 


Caterina Lamuta et al, Theory of the tensile actuation of fiber reinforced coiled muscles, Smart Materials and Structures (2018). DOI: 10.1088/1361-665X/aab52b 

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