"파리지옥처럼" 스스로 물체 감지·움켜쥐는 '로봇 손' 구현

대전=정일웅 기자

입력 2026.09.30 08:27

스스로 물체를 감지해 움켜쥐는 '로봇 손' 소재가 개발됐다. 먹잇감이 근접하면 잎을 닫아 붙잡는 파리지옥에 착안해 물체의 접근을 감지하는 '피부'와 물체를 붙잡는 '근육' 기능을 하나의 소재에 담은 것이 특징이다. 이를 소프트 로봇에 적용하면, 필요한 부품과 배선을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

파리지옥에서 착안한 이오노그래스퍼의 작동 원리(AI 생성 이미지). KAIST

KAIST는 생명화학공학과 문홍철 교수 연구팀이 주변 물체를 감지, 빛에 반응해 움직이는 이온성 소프트 로봇 '이오노그래스퍼(Ionograsper)'를 개발했다고 30일 밝혔다.

사람은 눈과 피부 등 오감을 통해 물체를 인식하고, 근육을 움직여 물체를 잡을 수 있다. 로봇이 이런 과정을 재현하려면 주변을 감지하는 센서와 움직임을 만드는 구동부가 필요하다. 하지만 부드럽게 휘어지는 소프트 로봇에 이들 장치를 장착하면 부품과 배선이 늘어나 구조가 복잡해지는 문제가 생긴다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 로봇의 피부와 근육 역할을 하나의 부드러운 고분자 소재에 담았다. 빛을 받으면 모양이 바뀌는 '아조벤젠'과 공기 중 수분을 흡수하는 고분자를 결합해 내부에서 이온이 움직일 수 있는 그물망 구조를 만든 것이다.

고분자는 작은 분자가 길게 이어진 물질이다. 플라스틱과 고무도 고분자의 일종이다. 이온성 소재는 내부의 양(+) 또는 음(-)의 전하를 띤 이온이 주변의 전기적 변화에 반응하는 특성을 가졌다.

연구팀이 개발한 고분자 소재는 전하를 띤 물체가 가까워지면 물체가 주변에 미치는 전기적 영향으로 소재 내부 양이온과 음이온이 재배열된다. 풍선에 머리카락을 문지른 뒤 가까이 가져갔을 때 머리카락이 반응하듯 물체가 직접 닿지 않아도 주변의 전기적 영향만으로 소재 내부에 변화가 생기는 원리다.

이때 나타나는 전기 신호를 이용하면 별도의 감지용 전압 없이 물체의 접근과 움직임을 알아챌 수 있다.

소재를 움직일 때는 자외선을 비춰 움직임을 유도할 수 있다. 빛을 받은 아조벤젠의 모양이 바뀌고, 소재 한쪽 면에서 수분이 빠져나가면서 소재의 한쪽이 먼저 종이처럼 돌돌 말리는 방식이다. 연구팀은 이런 움직임으로 물체를 붙잡는 모습을 시연했다.

빛을 비추다 껐을 때도 고분자 구조는 변형된 형태를 10분 이상 유지했다. 붙잡은 형태를 유지하기 위해 빛을 계속해 비출 필요가 없다는 의미다.

(왼쪽부터) 양현우·이경록·권진한 KAIST 박사과정생, 문홍철 KAIST 교수, (상단 왼쪽부터) 김용민 전북대 교수, 김성룡 KAIST 박사. KAIST

이번 연구의 가장 특징은 물체를 '인식하는' 기능, '움직이는' 기능, '형태를 유지하는' 기능을 하나의 고분자 소재로 구현했다는 점이다.

이 같은 소재 설계 방식은 향후 소프트 로봇의 센서와 구동부를 각각 장착할 때 필요한 부품과 배선을 줄이는 데 적용할 수 있다.

다만 현재는 전기를 띤 물체를 감지하고, 자외선으로 움직임을 일으키는 과정을 연구하는 단계다. 연구팀은 향후 감지 거리와 움직이는 속도와 반복 사용 시 내구성 그리고 물체를 지탱하는 힘을 향상해 가시광선이나 근적외선으로도 움직임이 가능하도록 연구를 지속할 계획이다.

문 교수는 "이번 연구는 센서와 액추에이터를 개별적으로 조립하는 기존 방식에서 벗어나 하나의 소재 안에 감지·구동·형상 유지 기능을 통합할 새로운 설계 방향을 제시한다"며 "이는 소프트 로봇의 부품과 배선을 줄여 시스템을 단순화하고, 에너지 소비를 낮추는 데 기여할 수 있다"고 설명했다.