인간의 머리카락보다 10배나 작은 지름을 가지면서도, 기존 인공근육보다 1000배 우수한 회전력을 가진 새로운 소재의 인공근육이 국제 나노연구팀에 의해 개발됐다.

한양대학교 생체공학 김선정 교수(49), 신민균 박사(34)와 미국 텍사스 주립대(The University of Texas at Dallas), 호주 울릉공대학교(The University of Wollongong), 캐나다 브리티시 컬럼비아대학교(The University of British Columbia) 연구진이 함께 개발한 연구결과는 세계적으로 권위 있는 학술지인 'Science'지 10월호에 게재됐다.

김선정 교수와 국제 나노연구팀에 의해서 개발된 '탄소나노튜브 인공근육'은 기존의 인공근육들이 가지고 있는 굽힘, 수축, 이완 기능에서 나아가 비틀림, 회전 운동까지 가능하도록 보완됐다. 마치 코끼리의 코와 문어의 다리가 나선형으로 회전 운동을 하는 것처럼 강하고 유연한 탄소나노튜브 실이 전기화학 에너지를 회전 운동 에너지로 변환시키는 형태다. 이는 나선형으로 꼬인 탄소나노튜브 실이 전기화학적으로 충전이 일어나는 동안 다공성 인공근육 실의 부피 팽창이 일어나면서 회전 구동이 발생하는 원리를 이용했다.

이번에 개발된 탄소나노튜브 인공근육은 실 1mm만으로도 250도의 회전을 발생시키고, 가해주는 전압의 변화를 통해 회전력 방향 조절이 가능해 양방향 회전이 가능한 모터가 개발될 수 있게 됐다. 또 기존의 인공근육보다 1000배나 우수한 단위 길이당 회전 성능을 자랑하며, 낮은 전압이 발생되는 소규모 전지만으로도 탄소나노튜브 섬유를 전기화학적으로 충전·방전하여 회전력을 만들어 낼 수 있다.

무엇보다 탄소나노튜브 인공근육은 일반적인 모터와 달리 적은 비용과 간단한 방법으로 작은 단위부터 큰 크기까지 다양하게 활용할 수 있다는 것이 큰 장점이다. 일반 전기모터는 소형화, 경량화가 어렵지만, 탄소나노튜브 인공근육은 작게 제작해도 전기모터와 같은 성능을 발휘하고, 또 단위 무게당 출력(output power)도 상용화되고 있는 전기모터와 비슷해 소형화된 크기로 다양한 곳에서 활용할 수 있다. 그뿐만 아니라 탄소나노튜브 섬유에 패들(paddle)을 붙이는 간단한 과정을 통해 마이크로 액체혼합장치 제작도 가능하게 됐다.

이번 인공근육은 간단한 구동 원리, 큰 회전각, 높은 회전 속도 및 마이크로 크기의 실 직경 특성 등이 조합되어 마이크로 유체 펌프, 밸브 구동기나 믹서기 등의 응용에 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.

김선정 교수는 "이번에 개발된 인공근육은 기존의 인공근육들이 보여준 굽힘, 수축, 이완 기능을 비롯해 비틀림, 회전 운동까지 가능한 새로운 형태의 신소재가 발견된 것"이라며 "구동 원리 및 구조가 기존 모터에 비해 간단해 소형 모터 산업과 바이오, 로봇 분야 등 다양한 산업에 큰 파급 효과를 줄 것으로 기대된다"고 연구의의를 밝혔다.