스스로 종이처럼 접는 '자기 스마트 소재' 개발

자기형태 바꿀 수 있는 자기스마트소재
자기장에 따라 셀프 종이접기도 가능
의공학, 소프트로봇 등 다양한 활용 기대

[아시아경제 황준호 기자] 자기장에 반응해 스스로 움직이는 자성 스마트 소재를 더욱 다양한 모양으로 구현할 수 있는 기술이 개발됐다. 이 기술을 활용하면 소재가 움직이는 모양을 쉽게 구현하고 다시 지울 수 있어, 의공학이나 유언전기소자, 소프트 로봇 등에 활용이 예상된다.

김지윤 신소재공학부 교수의 연구팀과 권민상 서울대학교 재료공학부 교수의 연구팀은 자화 형태를 바꿀 수 있는 자성 스마트 소재를 개발해, 관련 논문이 최근 나노분야 국제 학술지인 나노레터스에 실렸다고 3일 밝혔다.

자화 형태는자석의 힘의 세기와 N-S극 방향을 결정하는 설계도다. 자화 형태에 따라 자성 스마트 소재가 특정한 방향으로 굽혀지거나 접히는 성질을 갖는다.

자화형태 자유자재로

자화형태 재설계가 가능한 자성 스마트 소재의 구조 및 원리

연구팀은 자화 형태가 고정되지 않은 자성 스마트 소재를 개발했다. 이 소재는자석입자(자성물질)와 상변화물질(PEG, )이 혼합된 마이크로미터(10-6m)크기의 알갱이(자성 미소 구체)가 고분자 기질에 박혀 있는 구조로 돼 있다.

고체에서 액체로 변하는 상변화 물질인 PEG 때문에 자화 형태를 여러 번 반복해서 바꾸는 것이 가능한 물질이다. 온도가 올라가면 액체가 된 상변화 물질 때문에, 자석 입자가 외부 자기장을 이용해 자화 형태를 새롭게 입력 할 수 있다. 반면 온도가 상온으로 내려가면 고체가 된 상변화 물질 때문에 자석 입자가 물리적으로 움직일 수 없어 자화 형태가 고정된다.

제 1저자인 송현서 UNIST 신소재공학부 석·박사통합과정 연구원은 "PEG의 고체 액체 간 상변화는 가역 반응이라, 위 과정을 반복하는 것만으로도 부드러운 복합소재의 자화 형태를 원하는 만큼 쉽게 재설계(reprogram) 할 수 있다"고 설명했다.

셀프 종이접기가 가능한 소재

김지윤 교수와 송현서 연구원

또한 연구팀은 개발한 복합 소재로 '셀프 종이 접기'가 가능한 자성 소프트 액추에이터를 구현했다. 액추에이터의 자화 형태를 실제 작동 환경에서 재설계하고, 이를 자기장에 노출시켜 복잡한 3차원 형태를 다양하게 구현할 수 있도록 했다. 가역 반응을 이용하기 때문에 동일한 액추에이터에 반복적으로 새로운 자화 형태를 입력해도 소재의 성능이 유지된다는 장점이 있다.

김지윤 교수는 "기존 연구와 달리 자성 입자나 고분자 기질의 고유 특성을 바꾸지 않으면서도 쉽게 자화 형태 재설계가 가능한 소재를 개발했다는데 의의가 큰 연구"라며 "이번에 개발된 소재는 유연성도 갖춰 의공학, 유연 전기소자, 소프트 로봇 등 가변 구조형 스마트 소재가 필요한 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 할 것"이라고 기대했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr