근육옷감(Fabric Muscle)이란?

근육옷감은 형상기억합금(SMA, Shape Memory Alloy) 코일실을 직조해 만든 섬유형 인공근육 구동기입니다. 겉보기에는 검은 직물에 가깝지만, 전류를 흘리면 수축해 힘을 만들어 냅니다.

'구동기'라는 말이 핵심입니다. 몸을 받쳐 주는 보호대나 탄성으로 되돌려 주는 밴드가 아니라, 전기 에너지를 받아 스스로 힘을 만드는 장치라는 뜻입니다.

형상기억합금은 온도가 오르면 원래의 형태로 돌아가려는 성질을 가집니다. 근육옷감은 이 성질을 이용합니다. 전류가 흐르면 저항으로 온도가 오르고, 코일이 수축하면서 옷감 전체가 당겨집니다.

전류를 끊으면 온도가 내려가면서 원래 길이로 돌아옵니다. 전류의 크기와 시점을 조절해 힘의 세기와 시작 시점을 제어할 수 있습니다.

모터도, 감속기도, 유압 장치도 쓰지 않습니다. 회전하는 부품이 없어 구동 소음이 발생하지 않는 것도 이 구조에서 따라오는 특성입니다.

구동기 단위 시험에서 10g의 근육옷감이 10kg을 들어 올리는 것을 시연했습니다. 자체 무게의 약 1,000배에 해당하며, 시험 최대치로는 1,500배까지 하중을 지지했습니다.

이 수치는 구동기 단품의 성능이라는 점을 짚어 둘 필요가 있습니다. 슈트로 완성했을 때의 성능과는 조건이 다릅니다. 슈트는 의복 구조와 착용 상태가 함께 작용하므로 별도의 기준으로 평가합니다.

서로 다른 시험 조건에서 나온 수치를 하나로 합쳐 읽지 않는 것이 중요합니다.

가장 직접적인 쓰임은 의복형 웨어러블 로봇입니다. 허리·어깨·팔꿈치 같은 관절을 보조하는 슈트의 구동기로 들어갑니다.

그 밖에도 소프트 로봇 핸드와 그리퍼, 재활 보조 기기처럼 부드러운 구동이 필요한 분야에서 쓸 수 있습니다. 연구기관과 기업 R&D를 위해 구동기 단품과 평가 키트 형태로도 공급합니다.

인공근육에는 여러 방식이 있습니다. 공기압으로 부풀려 힘을 내는 공압 인공근육은 큰 힘을 빠르게 낼 수 있지만 펌프와 밸브, 공기 공급 라인이 함께 필요합니다.

전압을 걸어 변형시키는 유전탄성체는 반응이 빠르지만 높은 전압을 요구합니다. 형상기억합금 와이어는 구조가 단순하지만 직선 형태에서는 수축률이 제한됩니다.

근육옷감은 형상기억합금을 코일로 만들어 수축률 한계를 넘어서고, 다시 직조해 면 단위로 힘을 내게 한 접근입니다. 어느 방식이 우월하다기보다 구조가 다르면 따라오는 특성이 다르다고 보는 편이 정확합니다.