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생체근육형 고출력 경량의 인공근육 구동기 개발

기사승인 2017.10.12  10:49:42

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- 감각 기능 갖춘 바이오닉 손/팔 개발 기반 마련

성균관대학교 최혁렬 교수 연구팀이 감각 기능을 갖춘 의수 구현에 필요한 고출력 경량의 인공근육으로 작동하는 생체근육형 구동기를 개발했다고 과학기술정보통신부가 밝혔다.

기존의 기계형 팔과 손 등에 사용되는 모터형 구동기는 크기와 힘에 한계가 있었다. 무게가 무거우며, 상하좌우 운동으로 움직임이 단조롭다는 단점이 있었다.

이번에 개발된 인공근육형 구동기는 가벼운 스판덱스(Spandex) 섬유를 꼬아서 제작한 것으로 기존 모터형에 비해 높은 힘을 낼 수 있다. 또한, 우수한 강도와 인성(靷性)을 갖춘 근골격으로 움직임이 훨씬 자유롭다는 장점을 가진다.

또한, 신축성이 뛰어난 직물로 직조가 가능하고 동시에 생체근육과 유사한 수축·이완 및 회전운동이 가능해 절단환자용 의수·의족뿐만 아니라 착용형 기기나 인공지능 로봇 등에도 크게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 과기정통부의 바이오닉암 메카트로닉스융합기술개발사업의 지원으로 2014년부터 수행하고 있다. 이번 연구를 통해 3건의 국내특허를 출원했고, 2건의 논문을 SCI 저널에 게재했다.

한편, 이번 성과로 2019년을 목표로 하는 인공피부, 피부형 촉감 감지기(센서) 등 요소기술 융합으로 감각 기능을 갖춘 바이오닉 손‧팔 개발에 한 발 더 다가서게 됐다. 

인공근육형 구동기 구동 원리
트위스팅을 통해 제작된 근육형 구동기는 코일의 구조를 갖는다.
신축성 섬유는 열을 가할 시 길이 방향으로는 수축하고 두께 방향으로는 팽창하는 특성을 가진다.
나선방향으로 배열된 신축성 섬유가 코일 형상을 가진 상태에서 열을 가할 시, 신축성 섬유의 두께 방향의 팽창으로 인해 트위스팅이 된 방향과 반대로 파이버가 회전하게 되고, 이는 코일 구조에서 수축하는 방향으로 움직이게 된다.

   
▲ 그림 1. 인공근육 파이버 제작 과정과 구동 원리
   
▲ 그림 2. Spandex 원사로 제작한 인공근육 실(wire)
   
▲ 그림 3. 인공근육 실로 직조하는 과정
   
▲ 그림 4. 인공근육 실로 직조한 원통형 인공근육 구동기(왼쪽)
그림 5. 인공근육 실로 직조한 인공근육 천(fabric)(오른쪽)

조충연 기자 dw@doctorw.co.kr

<저작권자 © 닥터더블유 무단전재 및 재배포금지>
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