새로운 방식으로 움직이는 전기활성고분자

새로운 방식으로 움직이는 전기활성고분자

전기를 걸었을 때 움직이는 고분자를 전기활성고분자(EAP, eletro-active polymer)라고 한다. 그동안 EAP는 종류가 적고 능력이 제한돼 과학자들의 주목을 받지 못했다. 하지만 1990년 이후 움직임이 크고, 생물의 근육처럼 탄력을 가지며, 유연하게 움직이는 새로운 EAP가 개발돼 주목을 받고 있다. 세계의 많은 연구실이 새로운 EAP의 성능을 개선해 인공 근육을 만들기 위해 노력하고 있다. EAP는 크게 전기장에 의해 작동되는 것(Electronic EAP)과 이온에 의해 작동되는 것(Ionic EAP)으로 나눌 수 있다. 최근 연구가 활발한 전도성 고분자와 탄소나노튜브도 EAP의 한 종류다. 그동안 시행된 EAP 연구 중 주목할만한 것은 미국 펜실베니아주립대 창(Zhang) 박사가 만든 혼성 중합체 ‘P(VDF-TrFE)’다. 창 박사는 P(VDF-TrFE) 구조를 인위적으로 바꿔 낮은 에너지에서 변형이 일어나도록 했다. 이 결과 전체 길이의 5% 이상의 큰 변형을 얻을 수 있었다. 변형이 크게 일어나는 만큼 더욱 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다. 또 P(VDF-TrFE)는 탄성계수가 크고 높은 주파수에서도 작동이 가능한 장점을 가지고 있어 현재 센서와 작동기의 재료로 사용될 목적으로 상용화됐다. EAP를 이용해 배터리나 모터 없이 헤엄치는 물고기 완구. 한편 EAP는 오락산업에도 이용된다. 일본의 EAMAX사는 자극에 의해 구부러지는 EAP의 특성을 이용해 플라스틱 수조 안에서 배터리나 모터없이 헤엄치는 물고기 로봇을 만들었다. 물고기의 꼬리부분에 부착된 EAP 재료는 플라스틱 수조 내의 전자기 유도에 의해 전력을 공급받아서 움직인다. 또 EAP는 영화제작에서 동물이나 사람형태의 로봇을 실제처럼 보이게 하는 전자공학 기술 ‘애니마트로닉스’(amimatronics)에도 응용되고 있다. 최근 이탈리아 피사대에서 유전성탄성체(dielectric elastomer)라 불리는 EAP를 이용해 사람의 얼굴 모양처럼 생긴 피부를 만들었는데, 전기적 자극으로 팽창·수축시켜서 사람의 얼굴 표정을 모사하는 연구가 진행 중이다. EAP는 재료공학의 연구분야지만 화학, 전기전자, 기계 등의 도움을 받는다. 앞으로 EAP 연구를 통해 인공근육이나, 기고 헤엄치고 날아다니는 초소형 곤충 같은 ‘생체모방 운동체’를 만들 수 있을 것으로 기대된다.

글/윤성률 인하대 기계과 박사과정 ysy1129111@empal.com (2006년 09월 21일)

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