사람 근육보다 40배 힘 센 인공근육 만들었다

사람 근육보다 40배 힘이 센 인공근육(구동기)이 개발됐다.

한양대 전기생체공학부 김선정 교수, 미국 텍사스대 레이 바우만 교수, 호주 울릉공대 등으로 이뤄진 공동연구팀이 이 같은 연구성과를 국제학술지 사이언스(Science)에 발표했다. 이번에 개발한 인공근육은 기존 인공근육의 한계로 대두됐던 경제적인 문제도 해결했다.

연구진은 탄소나노튜브(CNT)와 시중에서 쉽게 구할 수 있는 아크릴 섬유, 실크, 대나무 섬유 등을 꼬아 인공근육의 중심부를 제작했다. 앞서 연구진은 탄소나노튜브만으로 중심부를 제작한 바 있는데 가격이 저렴한 물질을 섞어 상용화 시 가격을 줄일 수 있게 했다.

탄소나노튜브 실의 가격은 매우 비싸 상업적인 이용이 힘들었다. 이에 연구진은 탄소나노튜브와 함께 시중에서 쉽게 구할 수 있는 나일론 및 실크 등의 상업용 실을 꼬아 인공근육의 중심부를 제작했다. 가격이 저렴한 물질을 섞어 상용화 시 가격을 줄일 수 있게 만들었다.

여기에 온도, 화학물질 등 외부 자극에 의해 수축·이완하는 외피를 입혀 인공근육을 완성했다. 새 인공근육은 기존 인공근육의 9배, 사람 근육이 내는 힘의 40배까지 힘을 낸다고 연구진은 설명했다.

연구진은 포도당에 반응하는 하이드로겔을 개발, 이를 인공근육에 적용했다. 외피로 이용된 합성 하이드로겔은 주변 포도당과 결합해 부피가 변하고, 이는 인공근육의 구동력으로 전환돼 포도당 농도에 반응했다.

매사추세츠공대(MIT), 워싱턴대 등 미국 연구진은 두 종류의 고분자를 결합해 만든 섬유로 인공근육을 제작했다. 두 고분자가 열에 의해 변형되는 정도가 다른 점을 이용해, 열을 가하면 근육이 구동하도록 설계했다.

연구진은 지난 15년간 탄소나노튜브 기반의 인공근육을 연구해왔다.

〃프랑스 국립과학연구원(CNRS), 독일 포츠담대 등이 참여한 유럽 연구진은 고분자 물질에 산화 그래핀(graphene oxide) 입자를 넣어 만든 인공근육을 소개했다.

김선정 교수팀은 포도당 농도에 반응하는 하이드로겔을 외피로 삼아 인공근육의 구동을 시험하기도 했다. 김 교수는 “혈당에 따라 자동으로 약물(인슐린)을 내는 장치에 활용할 수 있지 않을까 한다”고 밝혔다.

인공근육이 활용될 수 있는 곳은 마이크로로봇, 소형 의학장비, 환경에 따라 모양이 변하는 스마트 섬유 등 다양하다. 다만 아직 인공근육이 널리 쓰이기에는 해결해야 할 과제가 많다. 에너지 효율이 대표 사례다. 사이언스에 따르면 현재 섬유 형태 인공근육은 투입 에너지 대비 6% 미만의 효율을 내고 있어 이를 해결할 연구가 더 필요하다.

김지혜기자 jihye@etnews.com

[Copyright © 전자신문. 무단전재-재배포금지]