국내 연구진이 완전 유기고분자로 된 인공근육을 만들어 눈길을 모으고 있다.

단순한 구조의 이온성 고분자와 딱딱한 금속전극 대신 유연한 자기조립성 고분자와 전도성 고분자 전극을 적용하여 유연성을 높인 것이다.

이를 통해 인체 친화성이 관건이 되는 웨어러블 디바이스(wearable device)에 적용할 수 있는 유연한 전자소자 개발에 기여할 것으로 보인다.

한국과학기술원(KAIST) 기계항공시스템공학부 오일권 교수(교신저자) 연구팀 전진한 박사과정 연구원(공동 제1저자)과 라비(Ravi) 박사(공동 제1저자) 및 전남대 기계공학과 기창두 교수가 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(핵심)의 지원으로 수행되었다.

 

기존 인공근육용 이온성 고분자 액추에이터는 이온이 이동하는 내부 나노채널의 크기나 형상을 제어하기 어려워 성능향상이 어려운 한편 딱딱한 금속전극을 사용해 유연성에 한계가 있었다.

이온성 고분자는 내부에서 선택적인 이온교환 또는 이온 전도성을 지닌 고분자, 액츄에이터(actuator)는 외부에너지를 기계적 운동에너지로 변환시켜 움직이는 물질이나 소자다.

연구팀은 3차원 채널형태로 조립되는 이온성 고분자에서 나아가 금속전극 대신 유연한 전도성 고분자 전극을 적용, 완전 유기고분자로 된 유연한 인공근육을 만들어 냈다.

웨어러블 디바이스나 햅틱 전자소자, 차세대 디스플레이 등 유연한 생체 모사형 액츄에이터가 필요한 각종 기기에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

햅틱(haptic)은 인간과 기기가 촉각에 기반하여 정보를 주고 받는 기술이다.

이렇게 만들어진 소프트 액추에이터는 기존 대비 2.7배 이상의 이온전도도와 3배 이상의 큰 굽힘 성능을 나타내 집적화나 저전력화에 유리한 것으로 나타났다. 

자기조립성 유기고분자가 이온이 이동할 수 있는 통로를 그물처럼 촘촘히 만들어 이온들이 내부에서 쉽게 이동하게 된다는 설명이다.

더불어 용액공정으로 전도성 고분자 전극을 쉽고 빠르게 만들 수 있어 기존 금속전극의 경직성을 극복하는 한편 경제성도 높일 수 있을 것으로 기대된다. 

 

이번 연구결과는 재료분야 국제학술지(Advanced Functional Materials) 온라인판(7월 25일)에 게재되었다. (논문명 : Bio-inspired all-organic soft actuator based on π-π stacked 3D ionic network membrane and ultra-fast solution processing)

한편 이번 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어설명, 그림설명 및 연구자 이력사항 등은 (http://medicalworldnews.co.kr/bbs/board.php?bo_table=pds&wr_id=1281&page=0&sca=&sfl=&stx=&sst=&sod=&spt=0&page=0)를 참고하면 된다.

* 유기고분자 : 탄소를 포함하는 가볍고 유연한 고분자 재료. 이를 적용한 전자소자는 충격에 강하고 종이처럼 얇고 유연한데다 제작공정이 간단하여 주목받는다.
** 인공근육 : 전기에너지를 운동에너지로 변환시켜 실제 근육의 움직임과 유사하게 원하는 움직임을 만드는 구동기(액츄에이터)이다.
*** 전도성 고분자 : 전기가 통하는 플라스틱으로 전자들에 의한 산화 및 환원 반응에 의해 형상의 변화를 유도할 수 있다.