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[ 강연자 소개 ]
초등학교 5학년 시절 담임선생님의 영향으로 과학자가 되고자 하는 꿈을 가졌고, 경기과학고, 서울대학교 화학공학과에 진학하며 그 꿈을 이루고자 과학도로서의 길을 걸었다. 대학교 때 우연히 TV 프로그램에서 접한 사지절단증 장애를 지닌 분의 사연을 보고 인공근육을 개발하는 과학자가 되길 원했고, 2009년 포항공과대학교(POSTECH)에 부임 후 부터 현재까지 유연 고분자 소재에 기반한 전기감응성 액추에이터(구동기)에 관한 연구를 수행하고 있다.
[ 강연 요약문 ]
액추에이터(구동기)란 무엇인가라는 것에서, 어떻게 그것으로 인공근육을 만들고, 움직임을 제어하는지에 대한 소개를 한다. 전 세계적으로 많은 연구진들이 수행 중인 다양한 종류의 인공근육을 소개하고 움직임을 유도하는 외부 자극의 종류에 따라 성능 및 응용분야가 어떻게 달라지는지 소개한다. 인체의 인공근육으로 사용되기 위해서 핵심기술이 무엇인지, 현재 기술수준에 대해 리뷰하고 미래에 진행되게 될 연구개발 방향에 대해 소개한다.
[ 강연 개요 ]
기예르모 델 토로 감독의 <퍼시픽 림>에 나오는 로봇 “예거”를 살펴보면 인간의 동작이 로봇에 전달되어 사람처럼 자연스럽게 팔과 다리가 움직인다. 이는 바로 생체를 모방해 만든 인공근육이 탑재되어 있기 때문이다. 스탠리 감독의 <아이언맨>의 주인공 토니 스타크가 입는 슈트는 강력한 인공근육을 기반으로 하는 미래 기술로 외부 충격으로부터 사람을 보호하는 근육이라는 점에서 흥미롭다. 이러한 공상과학 영화들은 로봇 기술이 실용화 되었을 때 그 응용 범위에 대한 상상력을 제공한다.
인간의 근육처럼 움직이는 시스템을 개발하기 위해서는 외부장이 가해졌을 때 수축과 이완을 하는 물질이 필요하다. 이러한 소재로 만들어진 기구를 액추에이터(구동기, Actuator)라고 한다. 사람의 근육을 모사한 액추에이터 개발 연구는 1950년 pH 변화에 따라 수축현상을 일으키는 고분자 소재 개발 이래 반세기가 넘게 계속되고 있다. 특히, 이러한 액추에이터가 수술용 로봇, 인공피부, 햅틱 디바이스 등과 같은 미래 디바이스에 활용 가능성이 높아지면서 최근 들어 그 연구의 중요성은 나날이 높아져 가고 있다.
이러한 액추에이터를 움직이는 외부장은 공기압, pH, 온도, 빛, 전기장 등으로 다양하다. 어떠한 외부장을 사용하느냐에 따라 사용되는 소재의 종류 및 제작 공정은 크게 다르다. 대표적인 사례로는, 애벌레 움직임을 모사한 기어다니는 로봇(3D 프린팅된 소재), 문어의 움직임을 모사한 수중 로봇(실리콘 소재), 파리지옥의 개폐 움직임을 모사한 식물 로봇(다공성 소재) 등이 있으며, 이러한 사례 모두 액추에이터 연구의 장을 열었다고 해도 과언이 아니다. 모양은 물론 움직임도 실제 생물과 똑같은데 로봇 공학자들은 왜 이러한 형태의 로봇을 만드는 것일까? 문어로봇은 수중용 로봇에 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 수술용 로봇에도 활용가능성이 있다. 부드럽고 유연해 몸속 조직 및 장기에 손상을 주지 않으면서 몸속을 헤엄쳐 온몸 구석구석을 헤엄치며 치료할 수 있을 것이기 때문이다.
최근에는, 전기 자극에 감응하는 유연 액추에이터가 차세대 생체 모방형 인공근육 소재로 전 세계적으로 각광을 받고 있다. 기존에 공기압에 의존하던 그리퍼(Gripper) 기술의 움직임이 미세하게 조절되지 못한 것에 비해 전기감응성 액추에이터는 그 움직임을 마이크로미터(만분의 1 센티미터) 수준으로 미세하게 제어 가능하기 때문이다.
하지만, 백분의 1초 수준인 인공근육의 반응속도에 크게 미치지 못하는 수초~수분 수준의 느린 응답속도 및 높은 전력 소모, 낮은 내구성에 의해 이러한 전기감응성 액추에이터의 발전 속도는 더디기만 하다.
본 강연에서는 이러한 다양한 외부 자극 기반으로 하는 액추에이터의 작동 메커니즘 및 개발 수준에 대해 소개하고자 한다. 아울러 이러한 인공근육 및 액추에이터 기술 발전에 대한 패러다임 및 철학을 제공하고자 한다.
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