모터없이 움직이는 로봇손 구동장치 개발

카이스트 김성수 교수 연구팀
양방향 스마트 액추에이터 설계
열 가하면 1초만에 굽히고 펴져

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 김성수 교수 연구팀이 형상기억 액추에이터 개발 후 기념촬영하고 있다. 왼쪽부터 배상윤 박사과정, 김성수 교수, 강다정 박사과정, 김원빈 박사 KAIST 제공

모터 없이도 1초 이내 빠르게 움직이는 스마트 소재 기반 구동 기술이 개발됐다. 로봇 팔과 우주 구조물 등 차세대 로봇·우주 장비 구현 가능성을 제시했다는 평가다.

KAIST(한국과학기술원)는 기계공학과 김성수 교수 연구팀이 별도의 복잡한 기계장치 없이도 열과 같은 외부 자극에 반응해 스스로 형태를 바꾸고 다시 원래 상태로 돌아올 수 있는 '가역적 자가 변형'이 가능한 '양방향 형상 기억물질 기반 하이브리드 스마트 액추에이터'를 개발했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 형상기억합금(SMA)과 형상기억고분자(SMP)를 결합해 두 소재의 장점을 동시에 활용할 수 있는 하이브리드 복합재 액추에이터를 설계했다. 형상기억합금은 열을 가하면 원래 형태로 돌아가는 금속 소재이며, 형상기억고분자는 열이나 외부 자극에 따라 형태가 변하는 고분자 소재다.

김성수 교수 연구 팀이 개발한 액추에이터는 열을 가하면 굽혀지고 온도가 내려가면 다시 펴지는 완전한 양방향 구동을 구현했다. 기존 기술보다 변형 범위가 크게 늘어나 거의 100%에 가까운 초기 형상 복원률을 보였으며, 원래 형태로 돌아오는 속도도 크게 향상돼 복잡한 제어 없이도 반복적으로 작동했다.

이번 연구에서 개발한 형상기억 액추에이터는 양방향 변형이 가능하면서도 1초 이내의 빠른 변형 속도와 높은 전개 정확도를 동시에 구현했다는 점에서 의미가 크다. 이는 형상기억 소재 기반 구동 기술의 실용 가능성을 크게 높인 성과라는 평가다.

김성수 교수는 "향후 반복적인 그리핑 동작이 필요한 로봇 손이나 우주용 전개 구조물 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

[e-mail] 연지안 기자