인공근육은 어떤 과학적 신소재로 만든건가요?
작년에 사이언스 뉴스에서 본 내용인데요. 인간근육보다 17배나 강한 헤라클레스 인공근육을 국내에서 개발되었다는 기사를 봤는데요. 어떤 과학적 신소재로 탄생된건지 궁금합니다.
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
작년에 보신 사이언스 뉴스에서 언급된 헤라클레스 인공근육은 실제로 인간근육보다 17배나 강한 성능을 가지고 있습니다.
헤라클레스 인공근육은 신경계를 모방한 인공 신경망과 유연한 실리콘 소재로 만들어졌습니다. 이 신경망은 인간의 근육과 비슷한 움직임을 할 수 있도록 설계되었고 실리콘 소재는 인간의 근육과 비슷한 유연성을 가지고 있어서 신경망의 움직임을 따라갈 수 있습니다.
이러한 신경망과 실리콘 소재의 조합은 인공근육의 성능을 크게 향상시켰습니다. 예를 들어 인간의 근육은 수축할 때 압축되는 근육 섬유들이 서로 미끄러지는 원리로 움직입니다. 이와 비슷하게 헤라클레스 인공근육도 실리콘 소재의 유연성을 이용하여 움직이며 이를 인공 신경망이 제어합니다.
그리고 이 인공근육은 실제 인간의 근육과 비슷한 크기와 형태를 가지고 있어서 인간의 근육과 비슷한 움직임을 할 수 있습니다. 이러한 특징들이 모두 결합하여 헤라클레스 인공근육은 인간의 근육보다 더욱 강력한 성능을 발휘할 수 있게 되었습니다.
이처럼 헤라클레스 인공근육은 다양한 과학적 기술들이 결합하여 만들어진 혁신적인 제품입니다. 앞으로도 더 많은 과학적 기술들이 발전하면서 인공근육의 성능은 더욱 발전할 것으로 기대됩니다. 감사합니다.
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안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 인공근육이란 생체 인공근육의 움직임과 기능을 모방하여 외부 신호및 자극에 반응하여 가역적인 기계적 움직임을 가지는 구동기를 뜻한다.(출처 : 한양대학교 - 인공근육)
카이스트 김교수 연구팀이 개발한 신소재는 온도변화에 따라 동물 근육과 같이 크게 수축을 일으키는 액정물질에 고품질의 그래핀을 적용함으로써 레이저를 이용한 원격제어가 가능하며 인간 근육의 작업 수행능력(17배)과 출력밀도(6배)를 크게 능가하는 운동능력을 구현했다. 연구팀은 실제로 인공 근육을 이용해 1 킬로그램(kg) 짜리 아령을 들어올리는 데 성공하기도 했으며, 이를 이용한 인공 자벌레는 살아있는 자벌레보다 3배나 빠른 속도로 움직이는 기록을 달성하기도 했다.
출처 : 카이스트 NEWS - 인간 근육보다 17배 강한 헤라클래스 인공 근육 개발
안녕하세요. 손호현 과학전문가입니다.
최근에는 유연성을 가지는 신소재를 이용해 생명체의 근육같이 유연하면서도 기계적 운동을 일으킬 수 있는 인공 근육들이 연구되고 있다. 그러나 이들 대부분이 일으키는 운동 범위가 동물 근육보다 제한되고, 강한 운동을 일으키기 위해선 마치 시계태엽을 감듯이 부가적인 에너지 저장과정을 거쳐야만 하는 문제점이 있다.
카이스트 연구팀이 개발한 신소재는 온도변화에 따라 동물 근육과 같이 크게 수축을 일으키는 액정물질에 고품질의 그래핀을 적용함으로써 레이저를 이용한 원격제어가 가능하다. 인간 근육의 작업 수행능력(17배)과 출력밀도(6배)를 능가하는 운동능력을 구현했다. 연구팀은 실제로 인공 근육을 이용해 1킬로그램(kg) 짜리 아령을 들어올리는 데 성공하기도 했으며, 이를 이용한 인공 자벌레는 살아있는 자벌레보다 3배나 빠른 속도로 움직이는 기록을 달성했다.안녕하세요. 장대은 과학전문가입니다.
인공근육은 탄소나노튜브(CNT) 섬유에 시중에서 판매하는 값싼 아크릴 섬유, 실크, 대나무 섬유을 함께 섞어 꼬아 만들었다고 합니다
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안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
인공근육은 젤 형태의 액정 물질에 그래핀을 결합한 복합섬유 신소재로 만들어졌습니다.
액정 물질은 분자가 일정한 방향으로 정렬되어 있는 특성을 가지고 있습니다. 이 특성 때문에 액정 물질은 열을 가하면 일렬로 배열된 분자가 불규칙하게 수축되면서 움직임을 하게 됩니다. 그래핀은 강도와 전도성이 뛰어난 신소재입니다.
연구팀은 액정 물질에 그래핀을 결합함으로써 기존의 액정 물질보다 더 큰 힘을 발휘할 수 있도록 했습니다. 또한, 빛을 이용하여 온도를 제어할 수 있는 특성을 활용하여, 원격으로 인공근육을 제어할 수 있도록 했습니다.
안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.
헤라클레스 인공근육은 카이스트에서 개발 되었으며 그래핀-액정 복합섬유를 사용하여
만들어진 인공근육입니다.
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
인공근육은 외부자극을 통해 구조변형이 가능한 특성을 가지며 그 응용분야가 매우 넓지만, 구조변형률, 반응속도, 변형 응력 및 출력밀도 등 다양한 측면에서 고르게 자연근육을 뛰어넘기는 힘들다는 한계점에 봉착해 있습니다.
이를 해결할 만한 신소재 중 가역적인 구조변형을 할 수 있는 액정 엘라스토머는 최근 자연근육을 능가할 수 있는 잠재성을 보유한 소재로 주목되었습니다. 하지만 근육 수축 시 현저하게 떨어지는 기계적 물성과 원하는 부분에만 운동을 일으킬 수 있는 메커니즘의 구현이 난제로 여겨져 왔습니다.
국내 연구팀이 고품질의 그래핀을 충진제로 도입하여 수축과 이완시 기계적 물성을 향상시키고, 모든 구조변형 물성값에서 인간근육을 능가하는 고기능성 인공근육을 개발했습니다.
