Research 1 빛으로 연료를 빚는
마이크로 로봇

마이크로 로봇은 몸속 깊은 곳에 약물을 전달하거나 정밀 부품을 제조하는 등 다양한 분야에서 활약할 차세대 기술로 꼽힙니다. 다만 로봇의 몸집이 작아질수록 배터리나 전기적 구동 장치를 적용하기 어렵다는 한계가 있는데요. 이에 전남대학교 김형우 교수 연구팀과 미시간대학교 압돈 페나-프란체슈(Abdon Pena-Francesch) 교수 연구팀은 로봇 구조체가 에너지를 저장하고 필요할 때 스스로 방출하는 ‘내재 에너지(Embodied Energy)’ 개념에 주목, 공동연구를 통해 빛을 이용해 연료를 생성하는 광화학 기반의 연료 운반 분자를 설계해 냈습니다. 연구팀이 개발한 분자는 표면장력 차이를 형성하는 연료인 헥사플루오로이소프로판올(hexafluoroisopropanol, HFIP)과 자외선에 반응하는 오르토-니트로벤질(o-nitrobenzyl, ONB)가 결합된 구조로 설계되어 연료를 안정적으로 저장합니다. 그러면서도 필요 시 자외선 조사에 의해 분자가 광분해되어 현장에서 연료를 생성할 수 있는데요. 덕분에 별도의 연료 공급이 없어도 빛 자극만으로 로봇의 자율적인 이동이 가능해진 것입니다.

• 광화학 기반 연료 운반 분자의 설계 및 빛을 이용한 분자 분해 거동

이번 성과는 외부 연료나 에너지 공급에 의존해야 했던 기존 마이크로 로봇의 한계를 극복했다는 점에서 큰 의의가 있습니다. 특히 빛을 이용한 비접촉 방식의 에너지 전달은 정밀한 공간 제어가 가능하고 외부 환경에 미치는 영향도 최소화할 수 있어 향후 마이크로 로봇뿐만 아니라 능동소재, 미세 유체 시스템 등 다양한 첨단 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대되는데요. 빛을 연료 삼아 스스로 길을 개척하는 이 작은 로봇 기술의 미래가 더욱 궁금해집니다.

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• 논문명 Photochemical Fuel Carrier Molecules for Robotic Embodied Energy
• 등재 저널 Advanced Materials(2026.2.28.)
• 연구 저자
  • 김형우 교수(교신저자/전남대학교)
  • 압돈 페나-프란체슈 (Abdon Pena-Francesch) 교수(교신저자/미시간대학교)
  • 추치 황(Chuqi Huang) 박사과정(공동제1저자/미시간대학교)
  • 정송아 박사(공동제1저자/전남대학교)
• 연구 요약
  빛으로 연료를 생성하는 마이크로 로봇 구현

  • 광화학 기반의 연료 저장 분자 개발로 스스로 연료를 생성하고 자율적으로 움직일 수 있는 소프트 마이크로 로봇을 구현했다.
  • 빛을 이용한 비접촉 방식의 에너지 전달이 가능해 향후 다양한 첨단 분야에 활용될 것으로 기대된다.

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Research 2 로봇도 지속 가능한 시대!
자연으로 돌아가는 친환경 로봇 탄생

첨단 기술의 상징인 로봇이 수명을 다하면 어떻게 될까요? 대부분의 로봇은 실리콘 고무, 비생분해성 플라스틱, 금속·반도체 기반의 전자소자로 구성되어 있어 폐기 시 환경에 큰 부담을 줍니다. UN 산하 조사기관 UNITAR에 따르면, 2022년 전 세계 전자폐기물(E-waste)은 약 6,200만 톤에 달하며, 이 중 상당수는 재활용되지 못한 채 매립되거나 소각되고 있다는데요. 이에 학계에서는 생분해 로봇에 대한 연구를 꾸준히 진행해 왔습니다. 하지만 구동 성능이 현저히 떨어지거나, 부분적으로만 분해되는 등 한계가 존재했죠. 이러한 난제를 해결하기 위해 서울대학교 강승균 교수 연구팀은 고내구성 생분해 엘라스토머*와 생분해 접착제(PBTPA), 그리고 무기 전자소자**를 하나로 통합하여 완전히 분해되는 소프트 로봇 플랫폼을 개발했습니다. 본 연구를 통해 구현한 액츄에이터는 100만 회 반복 구동 후에도, 6개월간의 장기 보관 이후에도 안정적인 성능을 유지하며 내구성을 증명했습니다. 또한 산업용 퇴비 환경에 노출시켰을 때 구조체와 전자소자가 수개월 내 미생물 작용에 의해 완전히 분해되는 것도 확인되었습니다.

엘라스토머(Elastomer): 고무(Eraser)와 고분자(Polymer)의 합성어로, 고무처럼 탄성이 뛰어나 외력을 가해 잡아당기면 크게 늘어났다가 힘을 제거하면 원래의 상태로 되돌아가는 성질을 가진 고분자 재료 무기 전자소자: 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등 금속이나 광물 유래 원소를 기반으로 만든 전자 부품

• 완전 퇴비화 가능한 소프트 로봇 시스템
• 소프트 로봇 손가락의 생분해 과정

본 연구 성과는 그동안 ‘지속 불가능한 기술’로 지적받아 온 로봇 시스템 분야에 지속 가능한 미래를 제시했다는 점에서 큰 의의가 있습니다. 한편, 강승균 교수는 “단순한 생분해 구조체를 넘어 환경과 상호작용하며 다양한 임무를 수행할 수 있어, 미래의 로봇 기술과 환경 보호라는 두 가지 핵심 가치를 동시에 실현할 것”이라며 기대감을 전했는데요. 과학과 환경의 아름다운 공존을 이끌어갈 이번 연구 성과에 많은 관심과 응원을 부탁드립니다.

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• 논문명 Biodegradable yet hyperdurable robotic fingers for zero-waste soft electronics
• 등재 저널 Nature Sustainability(2026.3.5.)
• 연구 저자
  • 강승균 교수(교신저자/서울대학교 재료공학부)
  • 김상엽 교수(교신저자/서강대학교 기계공학과)
  • Martin Kaltenbrunner 교수(교신저자/케플러대학교 연성물질물리학과)
  • 김경섭 박사(제1저자/서울대학교 재료공학부 (현: 로잔연방공과대학))
  • 심준석 박사(제1저자/서울대학교 재료공학부)
  • 김성우 연구원(제1저자/서울대학교 재료공학부)
• 연구 요약
  다 쓰면 자연으로 돌아가는 친환경 로봇

  • 고내구성 생분해 엘라스토머와 무기 전자소자를 통합하여, 폐기 시 환경 오염이 없는 로봇 플랫폼을 구현했다.
  • 환경과 상호작용하며 다양한 기능을 수행할 수 있는 고집적 생분해 소프트 로봇 전자 플랫폼의 가능성을 제시했다.

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Research 3 로봇이 식물처럼 자라난다고?
소프트 그로잉 로봇의 새로운 매커니즘

붕괴된 건물의 좁은 틈새나 복잡하게 얽힌 공장의 배관 내부. 인간은 물론 일반적인 로봇조차 진입하기 쉽지 않은 협소 공간을 탐사하기 위해 식물의 뿌리처럼 스스로 몸체를 확장하며 나아가는 ‘소프트 그로잉(Soft Growing) 로봇’이 주목받고 있습니다. 하지만 몸체를 부풀리거나 수축시키며 전진하는 기존 방식은 내부 통로가 쉽게 막혀버린다는 약점이 있었는데요. 한국과학기술원(KAIST) 유지환 교수 연구팀은 이 지점에 주목해, 구조적인 한계를 극복하면서도 실제 환경에서 활용 범위를 획기적으로 확장할 수 있는 자율형 자가성장 소프트 로봇 기술을 개발했습니다.

• 연구팀이 제안한 소프트 그로잉 로봇의 전체 하드웨어 구조(왼쪽)와
  팽창형 구조를 구성하는 단면도(오른쪽)

연구팀이 개발한 소프트 그로잉 로봇은 내부 통로 압력을 외부 대기압과 동일하게 유지하면서 자라나는 구조를 띠고 있습니다. 덕분에 로봇 내부의 작업 채널을 통해 재료, 센서, 도구 등을 자유롭게 전달할 수 있으며, 작업 환경에 따라 장비를 유연하게 교체하는 등 다목적 작업 수행이 가능하죠. 연구팀은 프로토타입을 제작해 성능을 검증한 결과, 로봇이 자라나는 도중에도 내부 채널이 안정적으로 유지되는 것을 확인하며 기술의 실용성을 입증했습니다. 향후 본 기술은 붕괴 구조물 내에서 생존자를 탐색하거나 위험을 감지하는 재난 구조 로봇, 휘어진 파이프나 가스관의 결함을 감지하는 배관·건축 구조 진단 로봇, 사람 몸속 깊은 곳까지 부드럽게 도달하는 의료용 로봇 등 다양한 분야에 적용될 것으로 기대되는데요. 식물의 모습을 닮은 이 로봇이 우리 사회의 안전을 지탱하는 든든한 뿌리로 자라날 그날을 그려봅니다.

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• 논문명 Inflatable-Structure-Based Working-Channel Securing Mechanism for Soft Growing Robots
• 등재 저널 RA-L(2024.9.1.)
• 연구 저자
  • 유지환 교수(교신저자/한국과학기술원)
  • 서동오 박사과정(교신저자/한국과학기술원)
  • 김남균 박사과정(공동저자/한국과학기술원)
• 연구 요약
  자라나는 형태의 신개념 소프트 그로잉 로봇 플랫폼

  • 기존 소프트 그로잉 로봇의 한계를 극복하고 활용 범위를 획기적으로 확장할 수 있는 플랫폼 기술을 개발했다.
  • 내부 압력 조절을 통한 자가 성장 원리에 자율제어 기술을 융합함으로써 복잡한 환경에서도 유연하고 정밀한 움직임을 구현할 수 있다.

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