한양대, 물→전기 생성 가능한 인공근육 개발

[이데일리 신하영 기자] 한양대 연구진이 공기 중 습도에 반응해 전기를 생성하는 기술을 개발했다.

좌측부터 이재명 박사과정생, 손원경 박사, 김선정 교수, 최창순 교수(사진=한양대)

한앙대는 바이오메디컬공학부 최창순·김선정 교수팀이 공기 중 습도에 반응해 전기를 생성하는 동시에 기계적 회전 운동이 가능한 인공근육을 개발했다고 13일 밝혔다.

기존 섬유 기반의 물 에너지 변환 기술은 주로 하나의 반응 메커니즘에 의존했다. 전기 생성 혹은 기계적 구동 중 하나의 기능만을 구현하는 데 그친 것이다. 이러한 방식은 시스템의 에너지 변환 효율을 떨어뜨려 물이 지닌 막대한 잠재 에너지(potential energy)를 효과적으로 활용하지 못한다는 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 기술의 핵심은 탄소나노튜브 섬유의 윗부분은 물에 젖지 않는 소수성, 아랫부분은 물에 잘 젖는 친수성을 갖도록 설계한 ‘비대칭 구조’에 있다. 이 섬유가 공기 중 수분에 노출되면 친수성 부분에서 방출된 양성자가 확산, 전기를 생성하는 동시에 물이 스며들며 섬유가 팽창해 회전하는 움직임을 만든다.

연구팀에 따르면 이 섬유형 인공근육은 100mV 이상의 전압과 함께 두 바퀴 이상의 회전 구동을 생성할 수 있다. 이번 연구는 물이라는 흔한 자원으로부터 전기와 기계적 구동이라는 두 에너지를 동시에 수확한 세계 최초의 연구 결과다. 기존 물 에너지 변환 기술이 안고 있던 낮은 효율 문제를 극복할 혁신 기술로 평가받는다.

최창순 교수는 “이번 연구를 통해 친환경 물 에너지 변환 기술의 효율성과 지속가능성을 동시에 확보했다”며 “전기 생성이 가능한 섬유형 인공근육은 향후 소형 에너지 소자, 웨어러블 디바이스, 스마트 의류 등 다양한 분야에 적용돼 배터리 없는 차세대 전자 디바이스 구현을 앞당길 수 있을 것”이라고 했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 재료과학 분야 세계적 권위지(Advanced Materials)에 게재됐다. 공동 1저자로 한양대 이재명 박사과정생과 손원경 박사가 참여했으며, 김선정 교수와 최창순 교수가 공동 교신저자를 맡았다.