주요 연구성과
NEW 고제성 교수 공동연구팀, 차세대 초소형·초경량 로봇 개발
- 2023-03-22
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기계공학과 고제성 교수가 참여한 공동 연구팀이 차세대 초소형·초경량 로봇을 개발했다. 이 로봇은 작은 배터리로도 높은 성능을 발휘하며, 실제 물 속에서도 동작이 가능하다.
고제성 교수(사진)는 고려대 화공생명공학과 조진한 교수·고종국 박사(제1저자)와 공동으로 이번 연구에 참여했다. 이번 연구의 내용은 국제 학술지 <사이언스 로보틱스(Science Robotics)>에 게재됐다.
연구팀은 고전도·고신축성 하이드로젤 전극을 제작할 수 있는 기술을 확보하여 고성능·저전력 연성 구동기와 초소형 수상로봇 개발에 성공했다. 연성 구동기란 부드러운 재료로 이루어진 구동기(Soft actuator)를 말한다.
하이드로젤은 기능성과 자극응답성이 우수해, 차세대 초소형 로봇 구동기의 핵심 재료로 주목받고 있다. 그러나 기존의 하이드로겔 구동기는 외부 자극을 주면 내부 삼투압이 변화하는 원리를 이용하기 떄문에 구동 속도가 느리고 움직임의 조절이 어렵다. 때문에 복잡한 로봇 시스템에 적용하는 데에는 한계를 보여왔다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 하이드로젤 표면에 전극층을 균일하게 도포하고, 하이드로젤의 수축현상을 이용해 주름진 전극을 제작했다. 이로써 높은 전기 전도도와 신축성을 동시에 확보하는 데 성공했고, 연성 구동기로 사용하는 것이 가능함을 확인했다.
기존의 연성 구동기가 1000볼트 이상의 높은 전압이 필요한 데 비해, 연구팀이 개발한 연성 구동기는 3볼트 이하의 낮은 전압에서도 동작이 가능하다. 성능 측면에서도 100배 이상의 에너지 밀도와 10배 이상의 출력 밀도를 보였다.
연구팀은 "이번에 개발한 연성 구동기는 작은 배터리만으로도 높은 성능을 발휘하기 때문에 초소형·초경량 로봇에도 응용할 수 있다"며 "앞으로 다양한 소형 환경탐사로봇, 의료용 장치 등에 적용될 것으로 기대한다"고 전했다.
연구팀은 이번에 개발한 연성 구동기를 실제 로봇에 적용, 물 속에서도 동작이 가능한 초소형 수상로봇 제작에도 성공했다. 고제성 기계공학과 교수는 지난 2017년부터 우리 대학 강단에 서왔으며 생체 모방 로봇(Biologically Inspired Robotics), 마이크로 로보틱스와 인공 근육 구동기 등에 대한 연구를 진행하고 있다.
(A) 친수/소수성 계면 금 나노입자 자기조립 및 하이드로젤 수축을 이용한 주름진 다공성 전극의 하이드로젤 표면 코팅 개요도
(B) 제작된 초소형 수상 로봇의 이미지와 그 구성도