[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 미국 캘리포니아공과대학교(칼텍) 웨이 가오 교수 연구팀, 싱가포르 난양공과대학교(NTU) 히로타카 사토 교수 연구팀과 공동으로 소형 소프트로봇 '비틀봇(BeetleBot)'을 개발했다고 13일 밝혔다.

비틀봇은 딱정벌레를 본뜬 소프트로봇으로, 인공근육을 이용해 걷고 물체를 집는 동작과 함께 카메라와 촉각센서를 이용한 시각·촉각 감지 기능을 하나의 시스템에 결합했다. 연구팀은 딱정벌레의 다리 근육과 관절 움직임의 관계를 분석해 로봇의 인공근육 배치와 다리 구조에 반영했다.

인공근육은 열을 받으면 수축하는 고분자 소재인 액정탄성체를 3D 프린팅해 만들었으며, 전기로 열을 내는 구동 모듈을 결합해 각 부위를 독립적으로 움직이도록 했다. 딱정벌레가 먹이를 붙잡을 때 쓰는 큰턱을 본떠 만든 소프트 그리퍼에는 인공근육과 압력센서를 결합해 물체를 잡는 동시에 접촉 상태를 감지하도록 했다.

로봇 조종은 손가락 움직임에 따라 전기저항이 달라지는 신축성 센서 패치로 이뤄진다. 손가락을 굽혀 패치가 늘어나면 내부 탄소나노튜브의 전도 경로가 변하면서 저항 신호가 바뀌는데, 연구팀은 이 신호를 전진·좌회전·우회전·물체 집기 등 네 가지 명령으로 구분해 블루투스로 로봇에 전달했다. 사용자는 로봇에 탑재된 소형 카메라 영상과 집게의 압력센서 정보를 확인하며 다음 동작을 결정해 명령을 내릴 수 있다. 연구팀은 이 같은 양방향 피드백 방식으로 비틀봇이 장애물을 피해 목표 물체에 접근하고 이를 잡아 운반하는 작업을 시연했다.

연구에는 KAIST 신소재공학과에서 박사학위를 받고 현재 성균관대 화학과 교수로 있는 김인호 교수가 제1저자로 참여했다. 김 교수는 연구 당시 칼텍에서 박사후연구원으로 있었다. 김상욱 교수와 칼텍 웨이 가오 교수가 공동 교신저자를 맡았다. 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 지난 8월 19일 실렸다.

김상욱 교수는 "이번 연구는 인공근육의 움직임과 감각, 사용자 제어를 하나의 시스템으로 연결해 소프트로봇의 활용 가능성을 넓힌 성과"라며 "칼텍 등과의 공동연구를 바탕으로 사람이 접근하기 어려운 공간에서도 작업할 수 있는 소프트로봇 발전에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

연구팀은 앞으로 환경 탐사와 산업 설비 점검 등으로 활용 범위를 넓히기 위해 인공근육의 구동 속도와 에너지 효율, 전원 공급 방식을 개선하고 실제 작업 환경에서 성능을 검증할 계획이다. 이번 연구는 헤리티지 의학연구소, 메타-칼텍 연구지원금, 한국연구재단 나노미래소재원천기술개발 사업, 싱가포르 교육부의 지원을 받아 수행됐다.

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