렌셀러폴리테크닉대학교(Rensselaer Polytechnic Institute)의 빅터 퍼시파라이(Victor Pushparaj)가 이끄는 연구진
은 인공근육에 사용할 수 있을 정도의 인성과 피로저항을 가진 새로운 형태의 탄소 나노튜브를 개발하였다.
탄소 나노튜브는 기계적 전기적 및 광학적으로 우수한 성질로 인하여 많은 연구가 진행되고 있으며,
향후 나노 의학, 우주항공, 전자 소자등의 잠재적인 응용을 위하여
합성과 정렬에 대한 연구가 집중되고 있다.
탄소 나노튜브의 매력적인 전기 성질 및 물리적 특성에도 불구하고,
분자 수준에서 조작 및 배치의 어려움 그리고 불충분한 전류 출력으로 인해
이들을 집적된 회로에 도입하는 것은 여전히 과제로 남아 있었다.
(GTB2007040686) 이 연구진은 지구 궤도에서 우주로 사람을 끌어 올릴 수 있을 정도로
강한 탄소 나노튜브를 신축성도 가지도록 하였다.
이 새로운 형태의 탄소를 가진 나노튜브는 반복적으로 압력을 가할 때마다 되튀기는 현상을 보였는데
이 현상을 이용해서 뛰어난 강도를 가진 인공 근육으로 사용이 가능할 지 모른다.
이전 연구에도 여러가지 물질들이 인공 근육으로 사용되었다.
예를 들면 일본 연구원들이 실제 근육 성분으로 인공근육을 만들었다.
근육으로 함께 작용하는 두 가지 단백질을 갑각류로부터 추출, 그로부터 겔 만을 분리하여
근육을 재건한 것이다.(GTB2002080843)
또한,미국 댈러스(Dallas)에 위치한 텍사스 대학교(UTD: University of Texas at Dallas)의
나노 기술 연구자들은 천연의 근육보다 최대 100배까지 강한 화학적으로 동력이 공급되는
인공 근육을 만들었다.
이 인공 근육은 촉매(catalyst)를 포함하는 탄소 나노튜브 전극을 가지고 있다.
이것은 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 연료전지의 역할을 수행하는 동시에
전기 에너지를 저장하는 고용량 에너지 저장장치(supercapacitor)의 역할을 하여
나중에 기계적 에너지로 변환될 수 있다.(GTB2006030959)
또 다른 예로는 전도성 고분자와 탄소 나노튜브에 기초한 전기적으로 파워를 형성하는
인공 근육을 UTD 나노테크 연구소장이자 화학과 교수인 Ray H. Baughman과 Robert A. Welch 교수가
최초로 증명하기도 하였다.(GTB2005010350)
그렇지만 오늘날의 가장 뛰어난 인공 근육은 전기적이거나 화학적으로 활성화되었을 때
모양이 변하는 플라스틱인 전기활성 고분자(electoractive polymer, EAPs)를 기본으로 하여 만들어진다.
그러나 이 전기활성 고분자는 기계적 강인성이 부족해서 피로에 의해 곧 파괴된다.
지금 렌셀러폴리테크닉대학교(Rensselaer Polytechnic Institute)의 빅터 퍼시파라이(Victor Pushparaj)가
이끄는 연구진은 탄소 나노튜브가 인공 근육의 인성을 높일 수 있다고 말했다.
피로에 저항하기 위한 나노튜브의 능력을 시험하기 위해서
이 연구진은 수 백만개의 나노튜브가 2 제곱밀리미터 블록(block) 속에 수직적으로 정렬되도록 만들었다.
그리고 백 시간이 넘는 시간동안 매 0.75초 마다 두 개의 철판 사이에 이 탄소 나노튜브를 집어 넣고
반복적으로 압력을 가했다.
50만번 압력을 가한 후에도 이 나노튜브는 본래의 길이의 75% 까지 억눌러 지고 나서 힘을 제거했을 때
이 블록은 거의 본래의 모습으로 돌아왔다.(Nature Nanotechnology, vol 2, p 417).
이 나노튜브는 힘이 가해지면 지그 재그 모양으로 죄어졌다.
그러나 이 힘이 제거되었을 때는 본래의 모습을 회복한다.
이 발견은 단지 나노튜브의 큰 그룹을 이룰 때 적용된다. 각각의 나노튜브는 힘을 가한 후에
본래의 모습으로 돌아오지 않았다. 연구진은 그 이유는 명확히 밝혀지지 않았다고 말했다.
수백 수천번의 압력을 가한 후에도 탄력성이 남아 있는 이 나노튜브는 수명이 다할 동안 영구적으로
수축과 이완을 되풀이하여도 본래의 모습으로 돌아가는 근육과 유사하다.
결과적으로 이 연구진은 지금 나노튜브의 피로 저항을 향상시키기 위해서
다양한 전기활성 고분자에 탄소 나노튜브를 결합하는 연구를 진행하고 있다.
NASA의 인공근육기술자인 요세프 바-코헨(Yoseph Bar-Cohen)은 나노튜브의 긴 피로 저항 특성은
인공근육을 만드는데 매우 중요한 성질이라고 말했다.
앞으로 로봇이나 이식을 위한 인공근육에 나노튜브가 적용될 날도 멀지 않을 것이다.(작성자 의견)
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