■ 연구성과

 국내 연구진이 습기를 에너지원으로 움직이는 로봇을 개발했다.

 서울대 공대(학장 차국헌)는 기계항공공학부 김호영 교수 연구팀이 공기 중의 수분에 의해 움직이는 소프트로봇인 ‘하이그로봇(Hygrobot)’을 개발했다고 25일 밝혔다. 이 연구 결과는 세계적으로도 주목받아 로봇 학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 25일자 온라인 판에 게재됐다.

 지금까지 몸길이가 수 cm 이하의 마이크로로봇 개발 시 가장 큰 장애물은 에너지원이었다. 전기 배터리는 무게 때문에 마이크로로봇 외부에 전선으로 연결해 에너지를 공급받는다. 또 다른 방법으로 동물의 움직임을 모방하려는 연구가 진행돼 왔으나, 근육이라는 복잡한 구조와 영양분 섭취 등의 문제로 실제 응용에는 어려움이 있었다.

 김호영 교수 연구팀은 그 대안으로 수분 량의 조절만으로 운동할 수 있는 식물을 로봇기술에 적용했다.

 김 교수는 “야생밀과 제라늄의 씨앗은 건조한 땅에서 살아남기 위해 특수한 꼬리를 움직여 스스로 땅을 파고들어간다”며, “씨앗의 운동 원리를 적용하기 위해 공기 중의 습도를 최대한 빨리 빨아들이고 많이 휘어지는 구조를 구상했다”고 연구배경을 설명했다.

 씨앗의 꼬리는 수분과 닿아 부풀어 오르는 층과 부풀어 오르지 않는 층을 덧댄 구조를 갖고 있어 주위 습도가 높으면 한쪽으로 휘어지고, 습도가 낮으면 반대쪽으로 휘어진다. 셀룰로스, 펙틴과 같은 식물성 고분자가 수분을 머금으면 팽창하기 때문이다.

 연구팀은 씨앗 꼬리의 수분을 빨아들이는 층을 확대 관찰해 얇은 가닥들이 한 방향으로 배열해 있는 구조로 이뤄져 있음을 발견했다. 이에 착안해 나노섬유를 한 방향으로 차곡차곡 쌓는 제조방식을 개발함으로써, 습도에 빨리 반응하면서 많이 휘어지는 획기적인 로봇 구동기를 제작했다.

 그렇게 제작된 구동기에 한쪽 방향으로만 갈 수 있도록 특수하게 고안된 다리를 달아서 바닥 위에서 고속으로 이동하는 로봇을 완성했다. 연구팀은 습한 표면에 올려놓기만 해도 증발로 인한 공기 중의 습도 차이를 통해 로봇이 끊임없이 전진할 수 있음을 보였다.

 김 교수는 “이번에 개발한 하이그로봇은 사물인터넷(IoT) 기술의 하나”라며, “전장이나 환경오염 지역에 뿌려서 정보를 수집하는 스마트더스트(smart dust) 분야나 사람 피부 위에 놓고 치료에 필요한 약물을 전달하는 의료 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 전망했다.

 본 연구는 삼성전자 미래기술육성센터, 한국연구재단, 국방생체모방자율로봇특화연구센터의 지원으로 수행됐다.