위정재 교수는 미국공군연구소 (Air Force Research Laboratory)와 미국피츠버그 대학교 (University of Pittsburgh) 연구팀과 함께 빛으로 원격제어가 가능한 액정 고분자 소프트 로봇을 개발했다.
위정재 교수 연구팀은 수년간의 연구를 거쳐 분자 배향을 자유자재로 조절할 수 있는 액정고분자에 광이성질화를 통한 형태가변이 가능한 아조벤젠(Azobenzenes)이라는 물질을 결합시켜 광감응형 소프트 로봇을 제조하고 그 작동 원리를 규명했다.
2차원 필름형태인 액정고분자가 외부 빛 자극을 통해 나선형의 3차원 구조로 변형되고 움직이는 새로운 매커니즘을 이용한 이번 연구는 나선의 분자 비대칭성(Chirality)과 형태를 이용해 소프트 로봇 거동의 속도와 방향을 조절할 수 있음을 확인했다.
또한 필름 두께·빛의 세기 등 다양한 조건 변화를 통해 로봇의 제어가 가능함을 확인하고 2차원의 필름형태와 달리 지면과 맞닿는 면적이 적고 자동차의 바퀴와 같이 쉽게 구를 수 있는 형태로 3차원의 나선 형태의 로봇을 만들었다.
개발된 로봇은 구름마찰력 (Rolling friction)을 사용해 동작되므로 같은 무게의 물체도 보다 쉽게 움직일 수 있다는 장점이 있다.
특히 빛을 연료로 움직이는 소프트 로봇은 외부와의 연결선 없이 (Untethered) 원격으로 작동해 굴러가므로 선이 엉킬 염려가 없고 움직임의 방향 또는 거리의 제약을 받지 않는 것이 특징이다.
이와 함께 단일 필름 (Monolithic film) 형태로 동작되기 때문에 공간과 무게를 차지하는 전선이나 배선 혹은 배터리와 같은 동력원을 로봇에서 제거해 소프트 로봇의 소형화(1.25 ㎜x15㎜x0.015㎜) 및 경량화(<1 ㎎)에도 성공했다.
위정재 교수 연구팀의 연구 결과는 복잡한 3차원 형태의 구현이 가능한 소프트 로봇의 초소형, 초경량화를 이뤄내기 위한 원천기술로 평가된다.
위정재 교수 연구팀의 논문 ‘Photomotility of polymers (고분자의 광운동성)’은 액정고분자를 이용한 광감응형 액정고분자 소프트 로봇이 복잡한 3차원 형태의 구현이 가능하다는 내용을 담고 있으며, 자연과학 분야 최고의 권위지인 네이처(Nature)의 자연과학 분야 자매지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 11월호 (10일 출간)에 게재됐다.
이 연구는 인하대 고분자공학과 위정재 교수와 미국 공군연구소 Timothy J. White박사, 미국 University of Pittsburgh의 M. Ravi Shankar교수 등의 공동 연구팀 주관으로 진행됐다.
현재 후속 연구가 인하대 연구팀과 미국의 연구팀들에 의해 공동으로 진행되고 있다.
위정재 교수는 최근 4년간 사이언스, 네이쳐 케미스트리, 네이쳐 커뮤니케이션스를 포함 다양한 저널에 논문을 게재하는 등 논문 편당 평균 임팩트 팩터 8.2를 기록했다.
소프트 매터, 매크로몰레큘라 래피드 커뮤니케이션스, 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스 등에 표지 논문을 게재하고 소프트 매터의 2013 Hot Paper, 네이쳐 케미스트리의 2013 Altmetric top 10, Best of Macromolecular Journals 2014 등 다수 논문들이 우수 논문으로 선정됐다.
인천=정창교 기자 jcgyo@kmib.co.kr
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