물체가 가까이 다가오는 것을 스스로 감지하고, 빛을 받으면 움직여 물체를 붙잡는 새로운 소프트 로봇 기술이 개발됐다. 별도의 센서와 구동장치를 하나의 소재로 통합해 로봇의 구조를 단순화하고 에너지 소비를 줄일 수 있는 기술로 주목된다.

전북대학교는 공과대학 화학공학부 김용민 교수 연구팀이 한국과학기술원(KAIST) 문홍철 교수팀과 공동으로 이온성 소프트 로봇 ‘이오노그래스퍼(Ionograsper)’를 개발했다고 22일 밝혔다.

이번 기술의 핵심은 하나의 부드러운 고분자 소재가 물체의 접근을 알아차리는 센서와 움직임을 만드는 인공근육 역할을 동시에 수행한다는 점이다.

기존 소프트 로봇은 물체를 감지하는 센서와 움직임을 만드는 장치가 별도로 필요해 부품과 배선이 복잡해지고, 특정 자세를 유지하는 데 지속적인 에너지가 소모되는 한계가 있었다.

연구팀은 이온성 고분자 내부에서 발생하는 이온의 움직임을 활용해 별도의 감지용 전원 없이 주변 물체의 접근을 알아낼 수 있도록 했다.

또한 약한 자외선을 짧게 비추면 소재 내부의 분자구조와 수분 분포가 변화하면서 움직임이 발생하도록 설계했다. 특히 빛을 끈 뒤에도 추가적인 에너지 공급 없이 변형된 상태를 10분 이상 유지할 수 있다는 것이 특징이다.

연구팀은 이러한 원리를 식충식물인 파리지옥의 포획 방식에 적용했다. 개발된 이오노그래스퍼는 물체의 접근을 감지한 뒤 빛 자극을 받으면 물체를 붙잡고, 일정 시간이 지나면 내부 구조가 서서히 원래 상태로 돌아가면서 물체를 놓아준다.

이번 성과는 전북이 육성 중인 피지컬AI 산업과도 연계 가능성이 제기된다. 로봇 표면이나 관절에 감지와 구동 기능을 동시에 수행하는 소재를 적용하면 부품과 배선을 줄이면서 유연한 움직임을 구현하는 데 활용할 수 있기 때문이다.

다만 현재는 소재와 소프트 로봇의 기능을 구현한 연구 단계로, 실제 피지컬AI 로봇에 활용하기 위해서는 인공지능 제어 기술과의 연계 등 추가 연구가 필요하다.

김용민 교수는 “하나의 부드러운 소재가 주변 물체를 감지하는 센서이자 움직임을 만드는 인공근육 역할을 동시에 수행한다는 점이 핵심”이라며 “로봇의 구조와 에너지 부담을 줄이는 데 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이어 “앞으로 인공지능 제어 기술과 연계해 사람이나 사물과 유연하게 상호작용하는 피지컬AI 로봇용 소재로 발전시켜 나가겠다”고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 게재됐으며, 표지논문으로도 선정됐다.