움직이는 ‘로봇 재료’가 온다

2015.04.03 07:00
‘스마트 재료’에서 ‘로봇 재료’까지 똑똑한 재료의 진화

피부에 상처가 나면 치료 물질을 분비해 서서히 상처를 아물게 하는 사람의 면역세포처럼 건물이 스스로 균열을 진단하고 금이 간 부위에 콘크리트를 뿌릴 수는 없을까. 최근 재료과학 분야에서는 이런 ‘똑똑한 재료’ 연구가 한창이다. 학계에서는 스스로 판단해 계산하고 행동하는 소재라는 의미에서 ‘로봇 재료’라고 부른다. 

 

● 온도 따라 모양, 색 변해


로봇 재료의 원조는 ‘스마트 재료’다. 스마트 재료는 주위 환경에 따라 재료의 형태나 색깔 등 특성이 바뀌는 소재를 말한다. 구부러지거나 휘어져도 특정한 온도가 되면 원래 모양으로 돌아가는 형상기억합금이나 온도가 변하면 색도 따라 변하는 시온(示溫) 잉크 등이 스마트 재료에 속한다.

 

스마트 재료는 이미 일상생활 속에 들어와 있다. 치과용 교정 장치나 안경테에는 형상기억합금이 사용되고, 시온 잉크는 컵이나 온도계, 장난감 등 생활용품에 많이 쓰인다.

 

첨단 제품에도 활용된다. 김완두 한국기계연구원 책임연구원은 힘을 주고 누르면 전기가 발생하는 압전소자를 이용해 인공와우를 개발했다. 이 인공와우는 길이 4cm 정도로 귀 뒤쪽에 있는 뼈 속 빈 공간에 넣을 수 있다. 소리가 들리면 전기신호를 생산하고 이를 청각세포에 전달해 청각을 상실한 사람도 소리를 인식하게 만든다.

 

소리에 반응해 장식이 움직이는 드레스. - 니콜라우스 코렐 제공
소리에 반응해 장식이 움직이는 드레스. - 니콜라우스 코렐 제공

●소리에 반응하는 드레스, 터치 알아채는 로봇 피부


최근에는 스마트 재료에서 한 단계 더 진화한 ‘로봇 재료’가 대세다. 스마트 재료를 사용자의 행동에 반응해 직접 움직이도록 만든 게 핵심이다.

 

니콜라우스 코렐 미국 콜로라도대 교수팀이 2012년 선보인 ‘소리에 반응하는 드레스’가 로봇 재료의 대표적인 예다. 이 드레스에는 작은 날개 모양의 장식이 달려 있고, 소리가 나면 날개 장식이 일제히 그 방향으로 움직인다. 비밀은 날개를 만든 소재에 있다. 평범한 섬유처럼 보이지만 실제로는 작은 마이크와 모터, 그리고 소리 정보를 처리한 뒤 반응하도록 명령하는 소형 회로기판으로 이뤄져 있다.

 

코렐 교수팀은 지난해 사람의 터치에 반응해 색깔이 저절로 바뀌는 벽도 공개했다. 벽에는 빛과 온도, 피부에 흐르는 전류를 감지하는 센서가 여러 개 달려 있어 터치를 인식할 수 있다. 이들 센서에 데이터가 기록되면 간단한 계산 과정을 거쳐 벽에 설치된 발광다이오드(LED)가 작동되고 해당 부위의 색이 변한다.

 

 

산업 현장에서 쓰이는 인간형 로봇 ‘박스터(Baxter)’의 등에 로봇 피부를 이식했다. 로봇 피부는 사람이 어디에 손을 대고 있는지 위치를 인식할 수 있다. - 니콜라우스 코렐 제공
산업 현장에서 쓰이는 인간형 로봇 ‘박스터(Baxter)’의 등에 로봇 피부를 이식했다. 로봇 피부는 사람이 어디에 손을 대고 있는지 위치를 인식할 수 있다. - 니콜라우스 코렐 제공

연구진은 ‘로봇 피부’도 개발했다. 고무 재질로 만든 피부 뒷면에 센서를 깔아 피부를 문지를 때 생기는 초음파를 인식하도록 했다. 이 때문에 누군가 로봇 피부를 만지고 있으면 어느 부위인지 느낄 수 있다. 로봇 피부는 인공 의수에 활용할 수 있고, 인간형 로봇에도 적용할 수 있다. 

 

문명운 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원은 “로봇 피부를 인공 골격에 붙이고 움직일 수 있게 만들어주면 말 그대로 로봇 팔이 되는 것”이라며 “스스로 균열을 진단하고 금이 간 부위를 보강하는 자가 치유 콘크리트 등 로봇 재료의 영역은 무궁무진하다”고 말했다.

 

 

 

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