한양대 위정재 교수팀, 빛 반응 소자 성능 높이는 ‘강성 패터닝 설계’ 개발

▲강성 패턴 설계를 통한 수직 및 방향성 점프 구현 (자료=한양대)

한양대 유기나노공학과 위정재 교수 연구팀이 경북대 김학린 교수, 미국 시라큐스대 탱장(Teng Zhang) 교수와 공동으로 강성 분포를 조절해 빛 반응 점프 소자의 성능과 방향 제어력을 극대화하는 새로운 설계 전략을 제시했다고 2일 밝혔다.

연구팀은 자연계의 '스냅스루(Snap-through)' 메커니즘을 모사해, 자외선에 반응하는 액정 고분자 네트워크 필름에 강성과 유연성을 교차 배치하는 '강성 패터닝 설계'를 적용했다. 그 결과, 단단한 영역은 탄성 에너지를 저장하고 부드러운 영역은 곡률 형성에 기여해 점프 성능이 크게 향상됐다. 특히 중앙에 강성 영역을 배치한 경우 필름 길이의 약 25배인 49mm 수직 점프를 구현했으며, 모서리에 배치했을 때는 방향 제어가 가능한 점프 동작을 확인했다.

또한 연구팀은 필름 종횡비와 줄무늬 형태의 강성 패턴을 활용해 하나의 필름으로 수직·방향 제어 점프를 모두 가능하게 하는 설계 전략도 제시했다. 이는 외부 빛의 방향을 바꾸지 않고도 다양한 동작을 구현할 수 있어 연속 동작 로봇 설계에도 활용 가능성이 크다.

▲(왼쪽부터) 교신저자 위정재 한양대 유기나노공학과 교수, 공동 제1저자 함민정 석박통합과정생・조웅비 박사후 연구원 (사진=한양대)

위정재 교수는 “이번 성과는 소프트 로봇 분야의 한계를 극복한 사례로, 향후 소형 로봇에 필요한 강력하고 효율적인 에너지 방출 기술로 이어질 것"이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 국제 학술지 'Science Advances'에 게재됐다. 논문은 함민정 석박통합과정생과 조웅비 박사후 연구원이 공동 제1저자, 위정재 교수가 교신저자로 참여했다.

송기우 기자 kwsong@ekn.kr