김선정 한양대 교수, 인체 근육보다 최대 40배 힘 내는 인공근육 개발
김선정 한양대 교수, 인체 근육보다 최대 40배 힘 내는 인공근육 개발
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김선정 교수.
김선정 교수.

[한국대학신문 신지원 기자] 한양대학교(총장 김우승)이김선정 생체공학과 교수팀은 레이 바우만(Baughman) 미국 텍사스대 교수 및 다국적 연구팀과 함께 인체근육보다 최대 40배의 힘을 내는 새로운 ‘외피구동(sheath-run)’ 인공근육을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구로 새롭게 개발한 인공근육은 재료 가격이 상대적으로 저렴해 향후 상업적으로도 이용할 수 있다는 평가가 나온다. 해당 연구결과는 과학 분야 세계 최고 권위지인 〈사이언스(Science)〉에 게재돼 12일 출간됐다.

김 교수가 포함된 다국적 연구팀은 지난 15년간의 연구에서 탄소나노튜브 기반의 인공근육을 연구해왔다. 하지만 탄소나노튜브 실의 가격이 매우 비싸 상업적인 이용이 힘들었다.

이에 반해 이번에 개발된 외피구동 인공근육은 기존 인공근육보다 9배 더 높은 성능을 가지며 기존 인공근육의 한계로 대두됐던 경제적인 문제를 해결했다. 기존 생산 가격이 높아 상업화에 어려웠던 탄소나노튜브에서 벗어나 나일론 및 실크 등의 상업용 실을 이용함으로써 재료 가격이 상대적으로 저렴해 향후 상업적으로도 이용 가치가 크다. 예를 들어, 저렴한 실을 이용해 경제적인 인공근육을 제작할 수 있으며, 웨어러블 시스템과 같은 지능형 구조에 적합한 실로 인공근육을 제작할 수도 있다.

그림설명: 외피구동 인공근육의 제조 - 왼쪽 사진은 비틀림 형태 탄소나노튜브 실의 길이방향 표면 (왼쪽 상단사진은 실의 단면), - 가운데 사진은 비틀림 형태 탄소나노튜브 실의 표면에 고분자가 코팅된 외피구동 인공근육 제조과정 (가운데 상단 사진은 외피인공근육의 단면, 그린색은 고분자 외피), - 오른쪽 사진은 코일 형태의 외피구동 인공근육
그림설명: 외피구동 인공근육의 제조
- 왼쪽 사진은 비틀림 형태 탄소나노튜브 실의 길이방향 표면 (왼쪽 상단사진은 실의 단면),
- 가운데 사진은 비틀림 형태 탄소나노튜브 실의 표면에 고분자가 코팅된 외피구동 인공근육 제조과정 (가운데 상단 사진은 외피인공근육의 단면, 그린색은 고분자 외피),
- 오른쪽 사진은 코일 형태의 외피구동 인공근육

이번 논문의 공저자인 김 교수팀은 포도당 농도가 증가함에 따라 구동하는 인공근육의 개발에 공헌해 인공근육의 바이오 분야 응용 가능성도 열었다. 김 교수팀은 이번 연구에서 포도당(glucose)에 반응하는 하이드로겔(hydrogel)을 개발해 이를 외피구동인공근육에 적용했다. 외피로 이용된 합성 하이드로겔은 주변 포도당과 결합해 부피가 변화되고, 이는 인공근육의 구동력으로 전환돼 포도당 농도에 반응했다. 이렇게 개발된 외피구동 인공근육은 생체 내 혈당농도에 따른 약물방출 시스템에 응용 가능하다.

한편 과학기술정보통신부 한국연구재단이 시행하는 리더연구지원사업(자가에너지구동연구단)이 이번 연구를 지원했다.


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