[IF] 문어처럼 말랑말랑… 로봇도 '소프트 시대'

서울대 홍용택 전기정보공학부 교수와 조규진 기계항공공학부 교수 연구팀은 국제학술지 '사이언스 로보틱스' 31일 자를 통해 "1㎜ 두께의 투명한 전자피부로 만든 소프트 로봇을 구동시키는 데 성공했다"고 발표했다.

연구진은 실리콘 소재의 직사각형 전자 회로에 전기가 잘 통하는 신축성 고분자를 연결해 사람 손 형태의 소프트 로봇을 만들었다. 전자회로가 손바닥이고 전도성 고분자가 손가락에 해당한다. 연구진은 "무선으로 연결된 스위치를 눌러 전기를 보내면 전자 피부와 연결된 전도성 고분자가 사람 손가락처럼 부드럽게 구부러졌다가 펴지기를 반복했다"고 밝혔다.

'소프트 로봇' 연구 붐이 뜨겁다. 소프트 로봇은 실리콘·고무 등 부드럽고 유연한 소재로 만든 로봇을 말한다. 금속 재질의 로봇 골격과 관절 대신, 실제 사람에 가까운 촉감의 부드러운 로봇을 개발하려는 것이다. 그동안 로봇의 뼈대나 배터리를 제외하고 일부 몸체만 유연한 소재로 만드는 수준이었지만 최근에는 동력 시스템과 구동 부위까지 모두 신축성 있는 소재로 만드는 데 성공하고 있다. 전문가들은 소프트 로봇이 향후 의료·탐사·제조 분야뿐 아니라 재난·구조에서도 활약할 것으로 기대하고 있다.

◇배터리 없이도 움직이는 로봇

소프트 로봇은 동물의 근육과 힘줄을 흉내 내 형태를 자유롭게 구부리거나 크기를 바꿀 수 있다. 기존 로봇과 달리 배터리나 모터 없이도 작동할 수 있다. 미국 하버드대 제니퍼 루이스 교수는 지난 2016년 문어 형태의 소프트 로봇인 '옥토봇(Octobot)'을 개발했다. 3D(입체) 프린터로 찍어낸 옥토봇은 전기가 아닌 화학 에너지를 이용해 움직인다. 과산화수소(H₂0₂) 용액을 분해하면 산소 기체가 발생하는 데 이때 기체가 팽창하는 힘을 이용해 8개의 다리를 교대로 움직인다.

옥토봇은 과산화수소 용액만 보충하면 별도로 배터리가 필요하지 않다. 옥토봇은 50% 농도의 과산화수소 용액 1mL로 최대 12분 30초 동안 외부 에너지 공급 없이 움직일 수 있다. 다른 로봇처럼 정해진 방향으로만 움직이는 관절이 없기 때문에 움직임도 유연하다.

연구진은 현재 물속에서 복잡한 임무를 수행할 수 있는 자율주행 소프트 로봇을 개발하고 있다. 루이스 교수는 "과산화수소가 분해되는 내부 회로를 정교하게 제작한다면 지금보다 다양한 형태로 움직일 수 있을 것"이라고 말했다.

동물의 생체 조직을 이용한 소프트 로봇도 있다. 최정우 서강대 교수는 하버드대 연구진과 함께 별도 동력원 없이 생체 조직만을 이용해 움직이는 '바이오 하이브리드 로봇'을 개발했다. 가오리를 닮은 이 로봇은 동물의 근육을 이식해 내부에 동력기관 없이도 물속에서 헤엄칠 수 있다.

최 교수는 실리콘 소재 몸체 안에 금으로 뼈대를 만들고 쥐의 심장근육 세포 20만개를 이식했다. 근육 세포들은 빛을 받으면 수축과 이완을 하도록 유전자를 변형했다. 로봇은 외부에서 빛의 양에 따라 수축·이완 운동을 조절하고 방향 전환까지 가능하다.

◇형태 변형해 재난 현장에 투입

소프트 로봇의 또 다른 장점은 형태를 마음대로 바꿀 수 있다는 것이다. 환경에 맞게 몸집을 줄이거나 반대로 키울 수 있다. 사람이 접근하기 어려운 건물 붕괴 현장이나 원전 사고 현장에서 인명 구조와 복구 작업에 투입할 수 있다.

미국 스탠퍼드대에서는 지난해 7월 공기를 주입해 스스로 길이를 늘리는 튜브 형태의 로봇을 개발했다. 쉽게 접히는 부드러운 비닐 소재로 만들었다. 평소에는 두루마리처럼 감겨 있다가 유사시 펌프로 공기를 주입해 몸체를 자라게 한다. 아코디언이 압축돼 있다가 펴지는 것과 비슷하다.

연구진은 로봇 끝에 초소형 카메라와 이산화탄소 감지 센서를 부착했다. 전방을 확인하면서 센서를 통해 재난 현장의 생존자가 내뿜는 이산화탄소를 감지하기 위한 것이다. 이 로봇은 얼음벽같이 다양한 장애물이 있는 환경에서 진행한 10차례의 실험에서 모두 정확하게 생존자를 찾아내는 데 성공했다.

형태 변화는 복잡한 인체 내부를 돌아다니는 의료 로봇에도 필수적인 기능이다. 김정 KAIST 기계공학과 교수는 "소프트 로봇은 인체 내부에 약물을 전달하거나 시술을 하는 등 의료 분야에서 활용 분야가 무궁무진하다"고 말했다.

최인준 기자(pen@chosun.com)

<저작권자 ⓒ ChosunBiz.com, 무단전재 및 재배포 금지>