부산대 연구팀, 튼튼·재활용 가능한 인공근육 개발

	▲ 부산대 안석균 교수.

부산대학교 응용화학공학부 안석균 교수 연구팀이 튼튼하면서도 재활용이 가능한 인공근육 개발에 성공했다.

부산대학교(총장 차정인)는 응용화학공학부 안석균 교수 연구팀이 한국화학연구원 김동균 박사 연구팀과의 공동 연구를 통해 액정과 고무의 특성이 결합된 고분자 액정 탄성체를 기반으로 한 새로운 인공근육 소재를 합성하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

이 물질은 무거운 물건을 들어 올리고, 다양한 동작을 하며 상처 치유까지 가능한 새로운 인공근육 소재로, 폭넓은 활용이 기대된다.

연구팀은 이 물질이 자기 몸무게의 660배의 무게를 들어 올리고 열을 이용한 용접, 용액 재활용 및 자가치유가 가능한 소재로, 기존 액정 탄성체 기반 인공근육 소재의 재활용 문제를 극복하고 동시에 기계적 물성까지 강화했다는 점에서 의미가 있다고 밝혔다.

이번 연구 성과는 소재분야의 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 3월 23일자에 게재됐으며, 연구의 혁신성을 인정받아 표지논문(Inside Front Cover)으로 선정됐다.

‘액정 탄성체’는 디스플레이에 사용되기도 하는 액정물질을 고무에 도입해 만든 스마트 소재다. 특히, 특정방향으로 배향된 액정 탄성체의 경우 온도변화에 따라 높은 변형률(최대 약 400%)로 가역적인 수축과 팽창을 할 수 있다. 이러한 특성으로 1980년대 개발 초기부터 인공근육 개발을 위한 후보물질로 주목 받아 왔다. 그러나 우리가 흔히 사용하는 고무와 같이 그물형태로 ‘가교(架橋)’된 분자구조로 인해 한 번 망가지면, 다시 사용하기 어렵다는 문제가 있었다.

이에 연구진은 액정 탄성체를 재사용할 수 있도록 하기 위해 기존의 비가역적 공유 결합을 대신해 특정 외부자극 하에서 분자결합의 분리와 재결합이 가역적으로 발생할 수 있는 동적 공유 결합을 도입한 액정 탄성체를 설계하고 합성에 성공했다.

특히, 이 과정에서 동적 공유 결합 특성뿐 아니라 수소 결합 특성까지 보유한 폴리티오우레아(polythiourea) 가교제를 핵심 물질로 사용해 가공성과 동시에 기계적 물성까지 강화시켰다. 이러한 티오우레아 가교제를 액정 탄성체에 도입해 인공근육을 구현한 사례는 이번 연구가 최초다.

연구책임을 맡은 부산대 안석균 교수는 “이번 결과는 재활용이 어려웠던 기존 액정 탄성체의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 분자구조의 액정 탄성체를 개발했다는 점에서 중요한 의미가 있다”며 “이번 소재기술이 향후 지속가능한 인공근육 및 연성 액추에이터, 소프트 로봇 등의 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다.

부산 / 김성대 기자