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공학자들은 로봇을 만들 때 식물에서 영감을 받기도 해요. 식물의 특성을 이용하면 어떤 로봇이 만들어질까요? 놀랄 만큼 큰 힘을 내는 로봇부터, 물에 뜨는 깃털 같은 로봇까지 아주 다양하답니다.

식물은 물을 흡수하면 팽창합니다. 이때 팽압이라는 힘이 생기는데, 팽압은 식물의 세포벽을 사방으로 밀어내요. 특히 물을 흡수한 뿌리가 자라날 때는 돌을 뚫을 정도로 팽압이 세요. 식물이 강한 팽압을 견뎌내며 잘 자랄 수 있게 해주는 건 세포벽이에요. 세포벽은 식물을 외부로부터 보호하고 강한 팽압에도 세포의 모양을 유지하도록 해줍니다.

지난해 서울대학교 재료공학부 선정윤 교수와 기계공학부 김호영 교수팀은 식물의 세포벽과 비슷한 특성을 지닌 막이 하이드로젤을 감싸고 있는 소프트 젤 액추에이터를 만들었어요. 세포벽처럼 투과성이 있는 막은 물을 흡수해 팽창한 하이드로젤을 단단하게 감싸줍니다. 이 장치는 하이드로젤이 1g만 있어도 팽압에 의해 130kg의 무게를 들 수 있어요. 외부 동력원으로 전압을 가하면 5분 안에 두께 2cm의 벽돌을 부술 수도 있지요.

소프트 젤 액추에이터에 대한 기존 연구는 하이드로젤이 팽창하는 데 지나치게 오래 걸려 실제로 개발돼 일상생활에 쓰이기에는 어려웠습니다. 선정윤 교수는 “이번 연구는 소프트 젤 액추에이터의 근본적인 한계를 극복했다”며 “배가 전복되는 사고가 일어났을 때, 빠른 속도로 물속에서 배를 해체하는 데 유용하게 쓰일 것”이라고 말했습니다.

●나뭇잎처럼 얇은 로봇?!

2021년 서울대학교 기계공학부 조규진 교수팀은 나뭇잎처럼 가볍고 얇은 로봇을 개발했어요. 나무에서 떨어진 나뭇잎은 물속으로 가라앉을 때, 좌우로 움직이며 서서히 내려가요. 로봇은 아주 얇은 필름과 스테인리스 시트를 압착해 만들어졌습니다. 로봇에 열을 가하면 로봇을 물속에서 원하는 위치로 이동시킬 수 있어요. 조규진 교수팀은 로봇에 기름 흡착 시트를 부착하면 로봇이 스스로 헤엄쳐서 물에 있는 기름 등 오염 물질을 제거할 수 있다고 설명했어요.

Q. 자연을 모사한 로봇의 강점은 무엇인가요?

처음부터 자연을 모사한 로봇을 만들려고 한 건 아니에요. 현실 속에 있는 어떤 문제를 인식하고, 그걸 해결하기 위해 답을 찾다 보면 이미 자연 속에 답이 있어요. 자연은 오랜 시간 진화를 거듭해 왔어요. 시행착오를 겪으며 더 나은 결과를 만들어 낸 거죠. 이렇게 자연을 관찰하다 보면 시행착오를 줄이고  비교적 쉽게 답을 찾을 수 있답니다.

Q. 신소재를 활용해 로봇을 만드는 이유는 무엇인가요?

아무리 새로운 소재를 개발해도, 실생활에서 쓰이지 않는다면 그 소재를 개발한 의미가 없어요. 열심히 만든 신소재를 잘 활용하고, 잘 보여줄 수 있는 존재가 저에게는 로봇입니다. 신소재의 장점을 잘 살릴 수 있는 로봇을 만드는 거죠.