극한 환경 견디는 생체모방 인공근육 로봇 개발

미국 애리조나 주립 대학(Arizona State University) 연구진이 극한 환경에서도 작동하는 차세대 로봇 기술을 공개하며, 생체 모방 기반 인공 근육이 로봇 산업의 패러다임을 바꿀 가능성을 제시했다. 이번 연구는 기존 모터 기반 로봇의 한계를 극복하고, 더 가볍고 유연하면서도 강력한 성능을 갖춘 로봇 개발에 초점을 맞췄다.

연구를 이끈 에릭 와이스만과 지에펑 선 교수팀은 실제 근육의 수축과 이완 원리를 모사한 새로운 인공 근육 구조를 개발했다. 해당 연구는 국제 학술지 Proceedings of the National Academy of Sciences에 게재됐으며, 기존 생체 모방 기술보다 더 높은 범용성과 출력, 경량성을 동시에 확보한 것이 특징이다.

기존의 사족보행 로봇은 대부분 모터 기반으로 제작돼 무겁고 유연성이 떨어지는 한계를 지니고 있었다. 반면 연구진이 개발한 HARP(Helical Anisotropically Reinforced Polymer) 액추에이터는 나선형 구조의 폴리머 튜브로 구성되어 있으며, 공기를 주입하면 자연 근육처럼 팽창과 수축을 반복한다. 이 구조는 매우 가볍고 조용하면서도 자체 무게의 최대 100배에 달하는 물체를 들어 올릴 수 있어 차세대 소프트 로봇의 핵심 기술로 주목받고 있다.

특히 이 인공 근육은 낮은 압력으로도 작동이 가능해 외부 전원 없이도 움직일 수 있는 자율 로봇 구현을 가능하게 했다. 실제로 연구팀은 모든 구동 요소를 자체 탑재한 채 독립적으로 이동하는 사족보행 로봇을 제작하는 데 성공했다. 이는 향후 재난 구조, 탐사, 산업 현장 등 다양한 환경에서 활용될 수 있는 기반 기술로 평가된다.

연구진은 이 기술이 특정 목적에 국한되지 않고 다양한 산업에 적용될 수 있도록 범용 설계 프레임워크도 함께 제시했다. 예를 들어 재난 현장에서는 무너진 건물 잔해 사이를 유연하게 통과하며 생존자를 탐색할 수 있고, 가정에서는 노약자의 일상 활동을 보조하는 역할도 수행할 수 있다. 또한 고온 환경에서도 견딜 수 있어 해저 열수 분출구 탐사나 산업 세척 공정에도 활용 가능성이 크다.

이와 함께 연구팀은 코끼리 코의 움직임에서 영감을 얻은 ‘바이오닉 로봇 팔’도 개발했다. 해당 장치는 장애물을 피해 위, 아래, 주변으로 자유롭게 움직일 수 있는 높은 기동성을 갖추고 있으며, 특히 산업 현장에서 장비 점검이나 정밀 작업에 적합하다. 부드러운 구조 덕분에 사람과 함께 작업할 때도 안전성이 높다는 장점이 있다.

농업 분야에서도 활용 가능성이 주목된다. 기존 드론과 달리 강한 바람을 일으키지 않고 작물 사이를 부드럽게 이동할 수 있어 딸기나 토마토 같은 밀집 작물의 수분 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있다. 더 나아가 우주 환경에서도 활용 가능성이 제기되며, 우주비행사의 작업 보조나 장비 유지보수에도 적용될 전망이다.

한편 연구진은 산업 현장에서의 근로자 부담을 줄이기 위한 허리 보조 장치(BSD)도 개발했다. 이 장치는 소프트 로봇 기술을 적용해 가볍고 착용감이 뛰어나면서도 작업 강도에 따라 보조 힘을 조절할 수 있는 것이 특징이다. 기존 장치의 무거움과 제한된 기능을 동시에 개선한 형태로, 산업 안전 분야에서도 활용도가 높을 것으로 기대된다.

연구를 총괄한 선 교수는 “부드럽고 유연한 인공 근육 기술은 기존 딱딱한 로봇이 가진 위험 요소를 줄이고, 더 다양한 환경에서 안전하게 활용될 수 있다”며 “향후 농업, 의료, 산업, 우주 탐사까지 폭넓은 분야에서 핵심 기술로 자리 잡을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 로봇의 경량화와 고성능화를 동시에 실현하며, 미래 로봇 기술의 방향성을 제시한 중요한 성과로 평가된다.