“인간 근육보다 85배 효율적으로, 자신보다 10만 배 무거운 물체 든다”
새로운 인공근육 형태인 파라핀 왁스가 첨가된 고강도 탄소나노튜브섬유에 대한 논문이 세계적인 학술지 ‘사이언스(Science)’ 15일자에 소개됐다. 이 논문을 게재한 국제공동연구팀에 미국 텍사스의 한인 오지영 박사가 포함되어 화제다.
오지영 박사 등 미국 텍사스 주립대(UTD, The University of Texas at Dallas) 알렌 맥달마이드 나노텍 연구소(Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute)의 과학자들은 새로운 인공근육 형태인 파라핀 왁스가 첨가된 탄소나노튜브섬유가 자신의 무게보다 10만 배나 무거운 물체를 들어 올릴 수 있고, 같은 무게를 가지는 인간의 근육과 비교할 때 85배 효율적인 힘을 구현할 수 있음을 증명했다.
탄소나노튜브섬유는 로봇의 인공 근육은 물론, 의료용 삽입관인 카테테르(catheter), 소형 모터, 그리고 기능성 직물 제조에 이르기까지 다양한 분야로 확대 응용 가능하다. 이 놀라운 연구 결과는 한국, 호주, 중국, 캐나다, 그리고 브라질의 국제공동연구팀이 이루어낸 결과로 주목받고 있다.
이번 논문의 공동 저자인 부산대 출신(물리학과 학사 95학번, 석사 99학번, 박사 01학번) 젊은 물리학자 오지영(37세) 박사는 부산대에서 박사과정까지 모두 마친 순수 국내파로, 지난 2006년부터 알렌 맥달마이드 나노텍 연구소에서 연구원으로 지내고 있다.
오지영 박사는 2006년 부산대 박사과정 재학 중 연료 전지의 원리를 슈퍼 캐패시터 특성을 보이는 탄소나노튜브섬유와 결합시켜, 에너지 저장체이면서 동시에 인공 근육의 특성을 보이는 다기능성 인공 근육 관련 연구를 수행해 처음으로 ‘사이언스’ 논문을 발표했다. 이번 연구는 오 박사의 다섯 번째 ‘사이언스’ 논문이다.
연구에 사용된 인공 근육은 일반적으로 사용되는 연필의 흑연 층을 구성하는 그라파이트가 속이 빈 원통 구조로 말려 있는 형태인 탄소나노튜브섬유로 제작됐다. 인간의 머리카락보다 1만 배나 가는 지름을 가지는 탄소나노튜브 한 가닥은 단위 무게로 비교할 경우 강철보다 100배나 더 강한 물질이다.
공동 저자인 오지영 박사는 “본 연구에서는 회전력을 기본으로 하는 탄소나노튜브 섬유 인공 근육(2011년 사이언스 논문 발표)의 특성을 본성은 그대로 유지하면서, 꼬임 조절을 통한 코일링 구조의 변화만을 이용해 향상시킬 수 있었다. 또한 바이 스크롤링(2010년 사이언스 논문 발표) 기술을 이용한 첨가제와의 간단한 결합 특성은 본 연구 결과의 응용 범위를 확대 시킬 수 있게 했다”고 말했다.
“우리가 개발한 인공 근육은 인간의 실제 근육보다 200배나 더 강하고 빠른 동작을 구현할 수 있다”고 팀의 리더인 로버트 A 웰치스 화학과 교수이자, 알렌 맥달마이드 나노텍 연구소 소장인 레이 바우만 교수는 밝혔다.
알렌 맥달마이드 나노텍 연구소 소장인 레이 바우만 교수는 “뛰어난 성능을 보이는 탄소나노튜브 섬유는, 본 연구소에서 이미 km 단위로 제작이 가능하여 cm 사이즈의 인공 근육으로 구동되는 소형 액츄에이터의 제작의 조기 상업화가 가능하다”며 “어려운 도전이 되겠지만, 하나의 인공 근육을 100개 혹은 1000개 이상 병렬 구조로 연결시킬 수 있다면 대 용량 엑츄에이터 제작도 가능할 것”이라고 말했다.
더불어 “가까운 시일 내에 실용화시킬 수 있는 다양한 응용에 관한 연구가 진행 중이다. 하지만, 우리가 개발한 인공 근육을 인간의 몸에 직접 삽입하여 인공 근육의 역할을 대신할 수 있기까지는 좀 더 많은 연구가 필요하다”고 말했다.
