자체 치유 소프트 로봇: AI 기반 수리의 새로운 최전선

생체 조직에서 착안한 손상 감지·복구 인공근육

네브래스카 대학교 링컨 캠퍼스 연구진은 구멍이 나거나 강한 압력을 받은 부위를 감지하고, 재료의 기능을 복구하는 소프트 로봇용 인공근육을 개발했습니다. 이 연구는 완성된 범용 로봇이 몸 전체를 스스로 수리했다는 뜻이 아닙니다. 실험실에서 만든 다층 연성 구동기의 손상 감지와 복구 과정을 보여 준 것입니다.

연성 로봇은 딱딱한 부품 대신 변형 가능한 재료를 활용합니다. 좁은 공간에 맞춰 형태를 바꾸거나 물체를 부드럽게 잡는 데 유리하지만, 날카로운 물체에 찔리면 기능이 떨어질 수 있습니다. 연구진은 생체 조직처럼 손상을 감지하고 반응할 수 있는 재료 구조를 만들고자 했습니다.

ICRA 2025 연구: 세 층의 역할

연구 결과는 2025년 IEEE 국제 로봇·자동화 학술대회(ICRA)에서 발표된 「Intelligent Self-Healing Artificial Muscle」 논문에 실렸습니다. 공동 제1저자는 Ethan Krings와 Patrick McManigal이며, Eric Markvicka가 교신저자입니다.

구동층은 압력을 가한 물이 내부 공간을 채우면 휘어지며 움직입니다. 열가소성 탄성체층은 열을 가하면 다시 이어질 수 있는 재료를 포함합니다. 전자 피부층은 실리콘 탄성체 안에 액체금속 미세 방울을 분산시킨 구조로, 강한 압력이나 찔림 때문에 생긴 전기적 경로를 감지합니다. 세 층이 각각 움직임, 복구, 감지를 맡습니다.

손상을 어떻게 감지하고 복구하나?

논문에 따르면 약 1 MPa를 넘는 강한 압력이나 찔림이 전자 피부 속 액체금속 방울 사이에 전도 경로를 만들 수 있습니다. 시스템은 전기적 변화를 이용해 손상 위치를 파악합니다. 새로 생긴 경로에 전류를 흘려 발생하는 줄열은 중간층을 가열해 재료가 다시 결합하도록 돕습니다.

복구 후에는 제어된 전기적·열적 과정으로 새 전도 경로를 재구성합니다. 전자 이동과 열에 따른 변화가 이 단계에 관여합니다. 따라서 논문의 핵심은 재료의 틈을 닫는 것뿐 아니라, 손상을 감지하는 전기 회로의 상태도 다시 조정하는 데 있습니다. 수동으로 패치를 붙이거나 별도 수리 도구를 움직이는 방식은 아닙니다.

실험 결과와 한계

연구진은 제작한 시료에 압력과 찔림 손상을 가하고 전기적 변화를 측정했습니다. 손상 감지, 가열을 통한 재료 복구, 전도 경로 재구성의 순서를 실험적으로 확인했습니다. 논문은 정해진 조건에서 여러 차례의 시험을 보고하지만, 이것이 어떤 손상도 무제한으로 고칠 수 있다는 뜻은 아닙니다.

재료의 두께, 손상 크기, 전류, 사용 환경에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. 실험실 시료에서 얻은 결과를 구조·전자장치·전원 전체를 가진 상용 로봇에 그대로 적용할 수는 없습니다. 기존 기사에 나온 ‘5~10년 내 출시’도 연구 결과가 뒷받침한 확정 일정이 아니라 추측입니다.

활용 가능성

손상을 스스로 감지하고 복구하는 연성 부품은 앞으로 탐사 로봇, 부드러운 집게, 농업용 장치 또는 착용형 기기에 도움이 될 수 있습니다. 날카로운 가지나 반복적인 접촉으로 생긴 작은 손상에 대응한다면 장치의 사용 기간을 늘리고 유지보수를 줄일 가능성이 있습니다. 하지만 실제 제품에서의 내구성, 반복 복구 횟수, 에너지 소비와 안전성은 더 검증해야 합니다.

로봇 산업과 투자 관점

ABB 같은 기업은 산업용 로봇과 자동화 장비를 판매하지만, 이 연구의 연성 복구 소재를 제품에 채택했다고 확인된 것은 아닙니다. 따라서 한 대학의 실험 결과를 특정 상장사의 매출이나 주가 전망으로 바로 연결해서는 안 됩니다. 관련 기업을 평가할 때는 실제 제품, 연구개발 비용, 고객 계약과 공시 자료를 구분해 살펴봐야 합니다.

ABB: (ABB )

결론

이번 성과는 손상 감지, 국소 가열을 통한 재료 복구, 전기 회로의 재구성을 하나의 연성 구동기에 결합했다는 점에서 의미가 있습니다. 실용적인 자가 복구 로봇을 향한 연구 단계이지만, 모든 부품을 스스로 고치는 완성형 로봇이나 상용 제품이 등장한 것은 아닙니다.