▲ 인공근육으로 움직이는 로봇 팔. 일반적으로 공기펌프나 전기모터로 근육을 수축, 이완시켜 소음이 크다. 네바다대 김광진 교수는 수소를 이용해 인공근육을 소리 없이 작동시키는 기술을 개발했다./Shadow Robotics 제공

모터·펌프 대신 수소로 기계관절 움직여…
美 김광진 교수 개발

요즘 나오는 인간형 로봇은 사람과 비슷한 속도로 걷고, 심지어 달릴 수도 있다. 하지만 여전히 움직일 때마다 모터나 펌프가 돌아가는 소리가 심하게 난다. 기계 관절을 움직이는 데 피스톤이나 압축공기를 쓰기 때문이다. 재미(在美) 한국인 과학자가 이 문제를 해결할 기술을 개발했다. 수소로 움직이는 조용한 인공 근육이다.

미국 네바다대의 김광진 교수가 개발한 로봇 인공근육은 메탈하이드라이드(metal hydride, 금속수소화물)로 작동한다. 메탈하이드라이드는 수소와 결합하는 금속이다. 수소와 쉽게 결합했다가 열을 가하면 수소를 내놓고 다시 금속으로 바뀐다. 이런 성질 때문에 수소자동차의 수소 저장용기로 주목을 받고 있다. 김 교수는 구리와 니켈 가루를 이용해 땅콩 모양의 메탈하이드라이드 입자를 만들었다. 이것을 겉에 코일이 감겨 있는 용기에 넣고 수소 기체를 불어넣었다. 이렇게 하면 수소와 금속이 결합한다. 여기에 고무 튜브로 만든 인공 근육을 연결했다.

메탈하이드라이드와 인공 근육 결합체 두 개가 나란히 있고, 끝이 축으로 연결돼 있다. 위쪽 메탈하이드라이드 용기에 전류를 흘리면 코일에 열이 발생한다. 메탈하이드라이드는 열을 받아 수소를 내놓는다. 수소는 관을 통해 옆에 있는 인공 근육으로 가서 고무 튜브를 팽창시킨다. 가는 고무 튜브가 팽창하면 길이는 짧아진다. 이는 근육의 수축과 같다.

반대로 아래쪽 인공근육은 위쪽 고무 튜브의 길이가 짧아지면서 축을 당겨 길게 늘어난다. 근육의 이완 과정이다. 따라서 로봇의 동작에 맞게 전류를 흘리고 끊으면 사람의 근육처럼 수축, 이완을 거듭하며 움직일 수 있다. 인공근육의 고무 튜브를 수축, 이완시킬 때 전기모터나 공기펌프를 가동시킬 필요가 없어 소음이 나지 않는다.

이번 연구 결과는 '고성능 소재와 구조(Smart Materials and Structures)'지 최신호에 실렸다.