스스로 변형하고 이동하는 트랜스포머 전지 개발
IoT, 웨어러블 및 소프트 로봇 전원 원천기술로 활용 기대
□ 빛을 받으면 스스로 변형하고 이동하는 일명 ‘트랜스포머 전지’가 국내 연구진에 의해 개발되었다.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 이상영 교수(연세대학교, 제1저자 울산과학기술원 이권형), 위정재 교수(인하대학교, 제1저자 전지수) 공동 연구팀이 빛 자극에 의해 형태가 변하는 액정고분자*와 에너지를 저장할 수 있는 슈퍼커패시터**를 일체화한 ‘자유 형상 전원 시스템’을 구현하였다고 밝혔다.
* 액정고분자 : 액정 분자를 기반으로 액정 특유의 이방적 반응으로 인해 빛, 열 등의 외부 자극에 의해 형태 변형이 가능한 고분자
** 슈퍼커패시터(supercapacitor) : 리튬 이차전지와 함께 다양한 분야에서 사용되는 충방전이 가능한 전지의 한 종류
□ 초소형 로봇이 적진 깊숙한 곳에 침투하여 기밀정보를 수집하거나, 인체 속으로 들어가서 상처 부위를 치료하기도 하는 장면은 SF 영화에서만 존재할까?
○ 실제로 소프트 로보틱스* 분야에서는 스스로 변형되고 움직일 수 있으며 정보수집, 통신 등 다양한 역할을 수행하는 로봇을 구현하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다.
* 소프트 로보틱스(soft robotics) : 딱딱한 금속이 아닌 유연한 소재를 사용한 로봇을 연구하는 분야. 주로 생체의 움직임을 모방하여 로봇을 구동함.
○ 하지만 기존 소프트 로봇은 외부 전선을 연결하거나 고정된 형태의 전지를 통해서만 전기에너지 공급이 가능한 한계가 있어, 소프트 로봇의 움직임 및 기능을 심각하게 저해하는 요소로 작용하였다.
□ 이에 연구팀은 트랜스포머 전지를 구현하기 위해 미세 복합 프린팅 공정을 이용, 전지 소재를 액정고분자와 일체화하였다.
○ 특히, 빛 자극을 열로 변환시키는 광열효과*를 이용하여 빛을 이용한 형상 변형을 효과적으로 유도했다.
○ 또한, 반복된 움직임에도 안정하게 구동할 수 있도록 전도성 고분자** 및 탄소나노튜브***와 같은 매우 유연한 소재를 이용하여 전지를 설계했다.
* 광열효과 : 물질에 빛에너지를 조사하면 물질의 성질과 특성에 따라 조사된 빛에너지가 흡수된 후 다시 열에너지로 방출되는 물리적인 현상
** 전도성 고분자 : 일반적인 고분자와 달리, 전기전도성을 갖는 고분자
*** 탄소나노튜브 : 1차원 원통형 모양의 나노구조를 갖는 탄소 동소체
□ 개발된 전지는 프린팅 기법을 활용하여 코일(coil), 조리개, 혹은 손바닥 등 다양한 형상으로 제작 가능하였고 빛(또는 열) 자극에 의해 자유롭게 변형되었다.
○ 나아가, 물건을 싣고 정해진 목적지까지 스스로 기어갈 수 있는 소프트 로보틱 전원 시스템을 구현하였다.
□ 이상영 교수는 “개발된 트랜스포머 전지가 소프트 로봇을 실질적으로 구현할 수 있는 원천 기술이 될 것으로 기대”한다고 전하며, “전지 스스로 형태를 바꾸고 움직일 수 있다는 최초의 개념을 제시한 것으로, 향후 실용화를 위해 전지의 에너지 향상과 다양한 형상변형을 위한 후속 연구를 수행할 예정”이라고 설명했다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 나노‧소재기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘머티리얼스 투데이(Materials Today)’에 4월 26일 온라인 게재되었다.
