케임브리지대, 저비용 자가치유 센서로 로봇 공학 혁신

케임브리지 대학교 연구진이 개발한 저비용 젤리형 소재는 변형, 온도, 습도를 감지할 수 있습니다. 기존 자가치유 로봇과 달리 상온에서 스스로 부분적으로 복구할 수도 있습니다.

소프트 센싱 기술의 난제 극복

소프트 센싱 기술은 로봇 공학, 촉각 인터페이스, 웨어러블 기기 등을 혁신할 잠재력이 있습니다. 그러나 기존 소프트 센서는 내구성이 낮고 에너지 소모가 큽니다.

제1저자 데이비드 하드만(David Hardman, 케임브리지 공학부)은 "소프트 센서를 로봇에 통합하면 근육의 긴장이 뇌에 몸 상태 정보를 전달하듯 로봇으로부터 더 많은 정보를 얻을 수 있다"고 설명했습니다.

EU 지원 셰로 프로젝트 일환으로 하드만과 동료들은 로봇 손과 팔을 위한 소프트 자가치유 감지 소재를 개발해왔습니다. 이 소재는 손상 감지, 임시 자가치유, 작업 재개를 사람의 개입 없이 수행합니다.

공동 저자 토마스 조지-투루첼(Thomas George-Thuruthel)은 "수년간 자가치유 소재를 연구해왔는데, 이제는 더 빠르고 저렴하게 자가치유 로봇을 만드는 방법을 모색 중"이라고 말했습니다.

기존 자가치유 로봇은 가열이 필요했지만, 케임브리지 팀은 상온에서 치유되는 소재를 개발해 실용성을 높였습니다.

하드만은 "싸고 생분해되며 생체적합성이 있는 젤라틴 기반 신축 소재로 시작해 전도성 성분을 다양하게 추가하며 센서 통합을 실험했다"고 밝혔습니다.

연구진은 탄소 잉크 대신 염화나트륨(소금)을 함유한 센서를 프린팅했을 때 원하는 특성이 나타남을 발견했습니다. 소금은 물로 채워진 하이드로젤에 녹아 이온 전도(이온 이동)를 위한 균일한 채널을 제공합니다.

프린팅된 소재의 전기 저항 측정 결과, 변형에 따라 높은 선형적 반응을 보여 소재 변형량을 계산할 수 있었습니다. 소금 첨가로 센서 원래 길이의 3배 이상 늘어나는 신축성도 감지 가능해 유연·신축 로봇 기기에 적용할 수 있게 되었습니다.

자가치유 하이드로젤은 3D 프린팅이나 주조로 싸고 쉽게 만들 수 있습니다. 건조되지 않고 장기 강도·안정성을 유지하며, 널리 구할 수 있는 식품 안전 소재만으로 구성되어 기존 대안보다 우수합니다.

조지-투루첼은 "만드는 게 이렇게 싸고 쉬운데 센서 성능이 정말 좋다. 젤라틴으로 로봇 전체를 만들고 필요한 곳에 센서를 프린팅할 수 있다"고 말했습니다.

자가치유 하이드로젤은 다양한 소재와 잘 결합돼 다른 로봇 시스템에 쉽게 통합됩니다. 연구진이 속한 생체모방 로봇 연구실에서는 인공 손 개발에 집중하고 있습니다. 개념 증명 단계지만 향후 인공 피부, 맞춤형 웨어러블 및 생분해 센서로 발전할 수 있습니다.

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