▲ 국내 연구진이 그래핀을 이용해 기존 백금전극보다 10배이상 내구성이 강화된 인공근육을 개발했다. 사진은 연구팀이 개발한 그래핀 기반 인공근육

한국과학기술원(KAIST)은 해양시스템공학전공 오일권 교수팀과 한국기계연구원 임현의 박사가 공동으로 그래핀을 이용해 기존보다 작동시간이 10배 이상 길고 물에 뜨는 인공근육을 개발했다고 8일 밝혔다.

개발된 인공근육은 로봇에 적용될 수 있고 앞으로 인간의 근육도 대체가능할 것으로 기대된다.

인간의 근육을 모방한 이온성 고분자 인공근육은 소음이 없고 구조가 간단하면서 단위부피당 출력이 높아 관심을 받아왔지만 전해액 손실에 따른 내구성 부족으로 상용화에 어려움을 겪어왔다.

연구팀은 귀금속인 백금과 비슷한 전기전도성을 가지면서도 그래핀 입자간 거리가 좁은 그래핀 종이를 전극으로 활용해 이러한 내구성 문제를 해결했다.

연구팀은 환원된 그래핀 산화물 입자를 두껍게 쌓아 5㎛ 두께의 종이형태 전극을 제작하고 액체투과성 실험을 실시했다. 그 결과 내부 전해액 이온의 크기보다 그래핀의 입자간 공간이 좁아 전해액이 거의 빠져나가지 않았다. 또 연구팀은 그래핀 전극이 이온성 고분자와 맞닿는 부분을 레이저 처리해 표면적을 늘려 접착성도 높였다.

이렇게 제작된 인공근육은 백금전극에 비해 성능이 지속적으로 유지되며 안정적으로 작동하는 것으로 확인됐다.

이와 함께 전극으로 사용된 그래핀은 물을 밀어내는 성질이 있어 개발된 인공근육도 물에 뜨는 성질을 가진다. 이밖에 재료로 사용된 그래핀은 쉽게 구할 수 있기 때문에 인공근육 제작비용도 줄일 수 있다는 장점이 있다.

오일권 교수는 “이번에 개발된 그래핀 기반 인공근육은 간단히 전극만을 교체해 기존에 알려졌던 구동기의 근본적인 문제를 해결했다”며 “향후 생체로봇, 유연 전자소자, 부드러운 햅틱 디바이스, 생체 의료기기 등 차세대 핵심 분야에 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구결과는 나노 분야 세계적 학술지인 ‘ACS나노’ 최신호에 게재됐다.