반자율 소프트 로봇, 생명을 구할 준비

로봇이라고 하면 대개 단단한 기계를 떠올린다. 소프트 로봇은 유연한 재료 덕분에 작업에 맞춰 형태와 움직임을 바꿀 수 있다. 이 연구는 자기장으로 움직이는 구조에 변형 가능한 전자회로를 결합하는 방법을 시험했다.

소프트 로봇이란 무엇이며 왜 게임 체인저인가?

소프트 로봇은 유연한 재료로 만들어져 구부러지고 형태가 변한다. 일부 설계는 단단한 기계가 접근하기 어려운 틈이나 관을 통과할 수 있다. 재난 수색에 활용할 가능성은 실제 환경에서 검증해야 한다.

소프트 로봇 개발을 가로막는 주요 과제

소프트 로봇에 센서, 전원, 전자 부품을 넣으면 유연성을 유지하기가 어려워진다. 단단한 부품은 움직임을 방해하거나 변형 중 고장 날 수 있으므로 재료와 배치를 함께 설계해야 한다.

센서를 줄이면 유연성은 유지할 수 있지만 주변 환경을 감지하고 통신하는 기능도 제한된다. 연구팀은 무선 전자 기능과 제어 가능한 움직임을 하나의 기기에 통합하려 했다.

여러 연구기관의 팀은 자기장에 반응하는 소프트 로봇과 유연한 전자회로를 결합했다. 발표된 결과는 실험실 시연이며 구조 현장에 투입할 준비가 된 로봇을 입증한 것은 아니다.

혁신적인 연구, 더 똑똑하고 유연한 소프트 로봇 공개

The “무선, 다기능 시스템 통합 프로그래머블 소프트 로봇“¹에 실린 이 연구는 센서와 무선회로를 갖춘 자기 구동 소프트 로봇을 설명한다. 시제품의 기능을 실험했지만, 비용 우위나 독자적인 구조 판단 능력을 입증한 것은 아니다.

출처 – Jennifer M. McCann

차세대 소프트 로봇 설계 내부

설계에는 자기장에 반응하는 연성 복합재와 변형 가능한 다기능 전자회로가 사용됐다. 연구진은 센서 기능을 유지하면서 여러 형태와 동작을 구현할 수 있도록 구성요소의 위치를 조정했다.

고급 소프트 로봇에서 유연성을 유지하는 방법

칩, 센서, 전원이나 구동기를 추가할 때마다 로봇의 유연성이 줄어들 수 있다. 연구팀은 변형 중에도 기능이 유지되도록 무선회로와 센서의 위치를 설계했다. 결과는 시험한 장치의 배치에 관한 것이다.

자기 제어 움직임: 소프트 로봇은 어떻게 움직이는가

형태를 바꾸기 위해 연구팀은 실리콘 탄성체에 자성 입자를 넣었다. 외부 자기장을 가했을 때 서로 다른 움직임이 나타나도록 복합재의 자화 방향을 프로그램했다.

복합재의 패턴을 형성한 뒤 약 200 mT의 외부 자기장으로 자성 입자의 방향을 조정했다. 가열과 냉각 과정은 재료에 자화 프로그램을 설정하는 데 쓰였다.

이 자성 재료는 비교적 낮은 온도에서 상변화를 이용해 다시 프로그램할 수 있다. 연구진은 외부 자기장의 방향과 세기를 바꾸어 굽힘, 비틀림, 기어가는 움직임을 시연했다. 이는 시험한 시제품에 관한 결과다.

자기장을 이용한 정밀 조향

연구팀은 몸체 속 자성 복합재를 외부 자기장으로 제어했다. 영구 NdFeB 자석과 원통형 전자석을 사용했으며, 움직임은 자석의 배치와 외부 자기장의 설정에 따라 달라졌다.

통합 센서가 만든 반자율 소프트 로봇

센서와 무선회로를 통합하면 로봇이 일부 환경 신호를 감지하고 미리 정한 방식으로 반응할 수 있다. 여기서 “반자율”은 로봇이 재난 현장을 이해하거나 구조 결정을 스스로 내린다는 뜻은 아니다.

소프트 로봇 전자기기의 자기 간섭 극복

자기장은 전자 부품에 간섭을 일으킬 수 있다. 연구팀은 로봇이 변형되는 동안 무선회로와 센서가 작동하도록 부품 배치를 시험했다. 모든 환경에서 전자기 간섭이 해결됐다는 뜻은 아니다.

실제 환경에서 소프트 로봇 능력 테스트

실험실 시연에서 로봇은 형태를 바꾸며 작은 관과 여러 장애물이 있는 경로를 통과했다. 연구진은 움직임과 전자 기능의 안정성을 관찰했다. 시연 영상: https://youtu.be/4Q9ssEcmy2M. 실제 재난 현장의 잔해를 통과한 시험은 아니다.

자기 스트레스 하에서 전기 부품의 성능

시험 대상에는 온도·변형 센서, 미세 발열체, 마이크로 LED, 마이크로컨트롤러, 전원회로, 저전력 Bluetooth 통신이 포함됐다. 연구팀은 자기장을 가했을 때도 이러한 기능이 유지되는지 평가했다.

새로운 소프트 로봇 설계가 성능을 향상시킴을 증명

실험 결과는 여러 동작과 무선 전자 기능을 하나의 소프트 로봇에 결합할 수 있음을 보여준다. 모든 기존 소프트 로봇보다 성능이 좋다는 주장에는 같은 조건의 직접 비교가 필요하다. 센서는 정해진 반응을 지원하지만 범용적인 자율 판단을 의미하지 않는다.

구조·의료·산업 분야에서 소프트 로봇의 혜택

이 설계의 장점은 다양한 전자 기능을 유연한 동작과 함께 구현했다는 점이다. 외부 자기장 구동은 몸체의 단단한 구동기를 줄일 수 있지만, 그에 맞는 자기장 발생 장치와 전원 관리도 필요하다.

실제 활용 사례와 소프트 로봇의 미래

소프트 로봇은 좁은 공간의 검사, 산업 작업, 의료 연구 및 수색 분야에 활용될 가능성이 있다. 각각의 실제 환경에서 별도 검증이 필요하며, 이 실험만으로 해당 용도에 즉시 쓸 수 있다는 의미는 아니다.

재난 구조

붕괴 현장에서의 인명 수색은 앞으로의 가능한 활용 사례다. 실제 적용에는 먼지와 충격, 통신 차단, 전원 지속 시간, 사람 감지 능력을 검증해야 한다. 이 연구에서 구조 현장 운용이 입증되지는 않았다.

의료

체내 약물 전달이나 감시 역시 연구 가능성으로 제시된다. 환자에게 사용하려면 생체적합성, 제어, 안전성, 효능 시험이 필요하다. 이 연구는 인체 내부에서 로봇을 시험하지 않았다.

산업 지원

산업 현장에서는 유연한 재료가 물체나 작업 공간에 맞춰 변형되는 장치 설계에 도움이 될 수 있다. 그러나 유연하다는 이유만으로 사람 옆에서의 안전이 보장되지는 않는다. 안전성은 별도 시험과 기준에 따라 확인해야 한다.

소프트 로봇 혁신을 이끈 엔지니어들

저자에는 Sungkeun Han, Jeong-Woong Shin, Joong Hoon Lee, Bowen Li, Huanyu Cheng, Suk-Won Hwang 등이 포함된다. 연구 지원 기관에는 한국연구재단과 한국과학기술연구원이 있다. 연구비 지원 기관명은 주식 종목 코드가 아니다.

소프트 로봇의 다음 단계: 소형화와 의료

연구팀은 생체의학 분야를 염두에 두고 시스템을 더 작게 만드는 방안을 연구하려 한다. 체내를 이동하는 로봇 캡슐은 향후 연구 가능성일 뿐, 이 논문에서 임상 적용이 입증된 기술은 아니다.

바이오테크놀로지에 투자하기

로봇 산업에는 산업용 기계부터 소형 실험 장치까지 여러 제품이 있다. 이 소프트 로봇 연구는 이미 판매되는 로봇이나 의료기기와 구분해서 살펴봐야 한다.

iRhythm Technologies: AI 기반 심장 모니터링 선도 기업

이 연구 장치는 아직 상용화되지 않았다. iRhythm Technologies와 같은 기업은 건강 모니터링 분야에서 활동하지만, 이 논문의 자기 구동 소프트 로봇을 개발한 기업은 아니다.

iRhythm Technologies (IRTC ) 는 착용형 기기를 포함한 심장 리듬 모니터링 기술을 개발한다. 이 기업은 해당 소프트 로봇 연구의 개발사가 아니며, 여기서는 의료기술 시장의 사례로만 언급한다.

iRhythm Technologies 최신 소식

소프트 로봇이 가까운 미래에 생명을 구할 수 있는 이유

이번 실험은 소프트 로봇이 프로그램 가능한 움직임과 센서, 무선 통신을 결합할 수 있음을 보여준다. 실험실 시연만으로 시장 수요나 상업적 타당성을 확정할 수는 없다.

이 결과는 소형화와 더 어려운 환경에서의 검증을 위한 출발점이다. 연구 방법과 실험 결과는 Nano-Micro Letters에 실린 원 논문에서 확인할 수 있다.

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참고 문헌:

^{1. Han, S., Shin, JW., Lee, J.H. et al. 무선, 다기능 시스템 통합 프로그래머블 소프트 로봇. Nano-Micro Lett. 17, 152 (2025). https://doi.org/10.1007/s40820-024-01601-3}