중앙대학교와 국립부경대학교 공동 연구팀이 영하 80도의 극저온에서도 성능 저하 없이 작동할 수 있는 액정 엘라스토머 기반 소프트 액추에이터 개발에 성공했다고 밝혔다.

중앙대 화학공학과 이창연 교수 연구팀과 국립부경대 고분자공학전공 김대석 교수 연구팀, 펜실베이니아대학교 오스지 교수 연구팀이 공동으로 진행한 이번 연구는 기존 소프트 로봇의 한계를 뛰어넘는 새로운 소재 기술로 주목받고 있다.

액정 엘라스토머는 열이나 빛 등의 외부 자극에 의해 기계적 변형을 일으키는 특성을 가진 고분자 물질로, 차세대 소프트 로봇과 인공 근육 등의 핵심 소재 기술로 각광받고 있다.

하지만 극지방이나 우주와 같은 극저온 환경에서는 대부분의 물질이 얼어붙어 소재의 기계적 변형이 어려워 실제 기술 구현이 불가능할 것으로 예상돼 왔다.

연구진은 액정 분자를 활용해 2차원 이황화몰리브덴과 같은 저차원 나노 물질을 고농도로 박리하고, 1년 이상 안정하게 분산시키는 독자적인 공정 기술을 개발했다. 이를 통해 광열 나노 물질을 액정 엘라스토머에 고농도로 포함시켰다.

그 결과 고농도 나노 물질의 강력한 광열 반응 덕분에 영하 80도의 낮은 온도에서도 근적외선만으로 기계적 변형이 가능한 소프트 액추에이터를 성공적으로 구현했다.

연구팀이 구현한 유연한 구동장치인 소프트 액추에이터는 영하 80도의 온도에서도 성능 저하 없이 자기 무게의 100배 이상에 달하는 물체를 들어 올리는 작업을 수행하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 개발된 액추에이터가 초저온의 심우주(3K)에서도 낮은 세기의 근적외선으로 작동 가능할 것으로 모델링을 통해 예측했다.

이창연 교수는 "기존 소프트 액추에이터의 작동 온도 범위를 획기적으로 확장하는 성과로서 의미가 크고, 앞으로 극지방이나 우주와 같은 극한 환경에서 소프트 로봇을 활용하는 새로운 길을 열 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 글로벌 기초연구실 지원 사업, 한국산업기술진흥원 차세대 첨단 OLED 전문 인력 양성 사업 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과를 담은 논문은 재료화학 분야 세계적 학술지인 Advanced Functional Materials에 이달 게재됐다.