달팽이 알을 쥐고 있는 소프트그리퍼 (과학기술정보통신부 제공) 2021.10.13 /뉴스1

국내 연구팀이 부드러운 소재도 정교하게 짚을 수 있는 로봇 손을 개발하는 데 성공했다. 과학기술정보통신부는 아주대학교 자연모사연구실의 한승용·강대식·고제성 교수 연구팀이 사람 손 형상을 닮은 초소형 소프트 로봇(그리퍼)을 개발했다고 14일 밝혔다.

이번 소프트 로봇은 조심스럽게 다뤄야 하는 대상을 부드럽게 잡고 맥박이나 심장박동 같은 실시간 생체신호를 측정하는 데 활용 될 수 있다.

기존 로봇(그리퍼)은 단순히 대상을 잡기 위한 용도로서 주로 단단한 물질로 만들어져 부드러운 대상을 잡는 데 한계가 있었으며, 대상으로부터 신호를 받을 수 있는 센서를 함께 구현하려면 부피가 커져 작은 대상을 잡는 데 어려움이 있었다.

연구팀은 경도(단단함)와 연성(부드러움)을 조절할 수 있는 소재(형상기억폴리머)를 채택했다.

터지기 쉬운 연어알과 자신보다 1200배 무거운 추를 들고있는 소프트 그리퍼의 모습 (과학기술정보통신부 제공) 2021.10.13 /뉴스1

형상기억폴리머는 폴리우레탄의 일정으로 변형을 해도 특정 온도 이상에서 본래 형상으로 돌아가는 스마트 소재다.

이를 통해 연구팀은 피부의 성질과 비슷한 기계적 특성을 구현하고, 아주 얇은 은나노선과 레이저 공정을 활용하여 센서의 크기를 줄여 로봇의 크기를 길이 5mm 이하로 줄이는 데 성공했다.

로봇(그리퍼)에 탑재된 센서는 잡고 있는 대상의 미세한 움직임을 측정하고 은나노선을 통해 대상에 열적 자극도 전달할 수 있도록 설계됐다. 그 결과 물체로부터의 신호를 모니터링하는 동시에 자극을 주는 양방향 입출력이 가능했다.

연구팀은 이 로봇을 통해 직경 3㎜보다 작은 달팽이알을 터트리지 않고 잡아서 열을 가해 부화시키는 데 성공했으며, 부화 과정에서 발생하는 미세한 기계적 움직임을 측정함은 물론, 부화 직후 달팽이의 미세 심장 박동수까지 정확히 측정해냈다.

소프트 그리퍼를 이용한 달팽이 부화 촉진 및 생체 신호 측정 과정 (과학기술정보통신부 제공) 2021.10.13 /뉴스1

또한 로봇 자체 무게보다 최대 6400배 무거운 물체를 순간적으로 들어 올리는 한편 돼지 혈관을 상처 없이 잡아 맥박을 측정했다. 연구팀은 "마이크로미터 단위의 미세 유기체를 상처 없이 잡아 미세 생체 신호를 측정한 최초의 사례"라고 설명했다.

한승용 교수는 "기존 로봇(그리퍼)은 잡은 대상의 반응만을 측정하지만 이번에 개발한 그리퍼는 측정과 동시에 자극도 줄 수 있어 의료 분야에서 진단 및 치료 과정의 모니터링에 활용 가능할 것"이라며 "현재 많은 난제들이 쌓여있는 사람의 세포 단위 유기체를 기계적으로 상처 없이 잡아 원하는 위치에 고정하여 자극에 대한 반응을 분석 할 수 있는 새로운 플랫폼으로 도전할 계획"이라고 밝혔다.

연구팀은 향후 후속연구를 통해 약물전달, 무선동작 등의 기능을 추가할 예정이다.

과학기술정보통신부 개인기초연구(신진연구) 사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 로봇 분야 세계최고 권위 학술지인 국제학술지 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 게재됐다.


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