자신의 무게보다 4,400배 무거운 물체를 들어올리기 위해 개발된 인공 근육

Phát triển cơ nhân tạo nâng vật nặng gấp 4.400 lần trọng lượng - 1 — 새로운 연구: 인간형 로봇은 자신의 체중보다 4,000배 무거운 물체를 들어 올릴 수 있다(그림: livescience).

과학자들은 인공 근육 설계에서 유연성과 근력의 균형을 맞추는 어려운 문제를 최초로 성공적으로 해결했습니다. 이 획기적인 연구 결과는 9월 7일 Advanced Functional Materials 저널에 게재되었습니다.

울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 정훈의 교수이자 이번 연구의 주저자인 정훈의 교수는 "이 연구는 기존 인공 근육의 근본적인 한계, 즉 신축성은 높지만 약하거나, 강하지만 딱딱한 형태만 가질 수 있는 한계를 극복했습니다. 이번에 개발된 복합 소재는 두 가지 모두를 구현할 수 있으며, 이를 통해 더욱 유연한 소프트 로봇, 웨어러블 기기, 그리고 직관적인 인간-기계 인터페이스 개발의 문을 열었습니다."라고 강조했습니다.

인공 근육은 유연성이나 강성으로 인해 제약을 받는 경우가 많습니다. 충분한 출력을 제공하면서도 신축성이 있어야 하며, 그렇지 않으면 활동 밀도가 제한됩니다. 그러나 연성 인공 근육은 가벼운 무게, 기계적 적응성, 그리고 다방향(운동) 액추에이터를 전달하는 능력 덕분에 가변성이 뛰어나 높은 평가를 받고 있습니다.

일 밀도, 즉 근육이 단위 부피당 전달할 수 있는 에너지의 양은 인공 근육의 주요 과제입니다. 높은 수축력과 함께 높은 값을 달성하는 것은 과학자들이 항상 추구하는 목표입니다.

새로운 인공 근육은 "고성능 자기 복합 액추에이터"로 설명되는데, 이는 근육의 당기고 이완하는 힘을 모방하기 위해 결합된 폴리머의 복잡한 화학적 조합입니다. 이러한 폴리머 중 하나는 강성이 다양하며, 표면에 자성 미립자가 포함된 매트릭스에 내장되어 있어 제어가 가능합니다. 이를 통해 근육을 작동시키고 제어하여 움직임을 생성할 수 있습니다.

새로운 디자인은 두 가지 뚜렷한 가교 메커니즘을 통합합니다. 공유 결합 화학 네트워크(두 개 이상의 원자가 전자를 공유하여 더욱 안정적인 구조를 형성)와 가역적인 물리적 상호작용 네트워크입니다. 이 두 가지 메커니즘은 근육에 시간이 지남에 따라 수행할 수 있는 힘을 제공합니다.

강성과 탄성 사이의 균형은 이중 가교 구조를 통해 효과적으로 해결됩니다. 기계적 표면에 미세 입자(NdFeB)를 첨가함으로써 물리적 네트워크가 더욱 강화되는데, 이 미세 입자는 무색 액체(옥타데실트리클로로실란)를 통해 더욱 기능화될 수 있습니다. 이러한 입자는 폴리머 매트릭스 전체에 분산됩니다.

합성 근육은 무거운 하중을 받으면 단단해지고, 수축이 필요할 때는 부드러워집니다. 무게가 1.13g에 불과한 이 인공 근육은 단단할 때 최대 5kg, 즉 자기 무게의 약 4,400배의 무게를 견딜 수 있습니다.

연구진은 인간의 근육이 약 40%의 장력으로 수축하는 반면, 합성 근육은 86.4%의 장력에 도달했다고 밝혔습니다. 이는 인간 근육의 두 배에 달하는 수치입니다. 이를 통해 1,150kJ/m³의 일 밀도를 달성할 수 있었는데, 이는 인간 조직이 감당할 수 있는 것보다 30배 높은 수치입니다.

연구팀은 인공 근육의 강도를 측정하기 위해 단축 인장 시험을 실시하여 물체에 힘을 가해 끊어질 때까지 인장력을 가해 최대 인장 강도를 찾았습니다.

전문가들은 이 획기적인 기술이 소프트 로봇공학, 의료 재활, 스마트 웨어러블 기기, 인간-기계 인터페이스 등 많은 분야에 새로운 전망을 열어줄 것이라고 말합니다.

유연하면서도 강력한 기능을 갖춘 신세대 인공 근육은 로봇이 더 우아하게 움직이는 데 도움을 주는 동시에 정교한 생물의학 및 산업 분야에서 인간의 움직임을 정확하게 지원할 수 있습니다.

출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-trien-co-nhan-tao-nang-vat-nang-gap-4400-lan-trong-luong-20251104053327548.htm