[파이낸셜뉴스] 과학기술정보통신부가 열 방출 성능이 뛰어난 반도체 소재와 스스로 치유가 가능한 인공근육 소재 등을 개발키로 했다.과기정통부는 국가전략기술을 뒷받침하는 미래소재 확보를 위해 올해 총 24개 연구개발(R&D) 사업을 시작한다고 24일 밝혔다. 이를위해 14개 국가전략기술 소재개발 연구단과 10개 소재글로벌 영커넥트 연구단을 선정했다. 이번 연구단 선정에서 3.4 대 1 이상의 평균 경쟁률을 보였으며, 각 연구단은 연간 15억원 이내로 총 5년간 진행한다. 황판식 기초원천연구정책관은 "미래소재 연구단의 목표는 불가능에 도전하는 것 같아 보이지만, 성공하면 한 분야의 패러다임을 바꿀 것으로 기대되는 첨단 소재들"이라고 말했다. 국가전략기술 소재개발 사업은 국가전략기술에 필요한 신소재 확보를 목표로 하고 있다. 12대 분야 중 반도체, 디스플레이, 이차전지, 첨단바이오 등 9개 국가전략기술 분야별로 요구되는 미래소재를 개발한다. 우선 한양대 한태희 교수가 총괄 지휘해 고집적 고집적 반도체 기판 소재 개발에 도전한다. 이 연구가 성공하면 높은 열 방출 성능과 전기 차단 특성을 가지며, 높은 강도와 우수한 가공성이라는 상반된 특성을 동시에 만족하는 소재를 확보하게 된다. 한양대 김선정 교수의 연구단은 미래 소프트 로봇 구현에 핵심적인 인공근육 소재를 만든다. 목표로 하는 소재의 성능은 인간의 근육처럼 유연성은 물론 고성능과 고내구성 자가치유까지 가능하다. 한국전기연구원 설승권 박사의 연구단은 휴머노이드 로봇 골격 맞춤형 3차원 기판 기술개발에 나선다. 이를 위해 입체면 3차원 인쇄기술, 초고속 통신용 저유전 소재 및 고전도성 전극 소재를 개발할 예정이다. 이밖에도 배터리 재활용 기술과 우주발사체용 내열소재 개발, 차세대 소듐냉각고속로 피복관용 내열소재 개발에도 도전한다. 또한 신진연구자가 주도하는 소재글로벌 영커넥트 사업은 10개 연구단이 가동된다. 이들 연구단은 재생의료 기술에 필요한 동결보존 소재 개발, 디스플레이용 산화물 반도체, 고이온전도성 고체전해질 소재 등을 개발한다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 오일권 교수팀이 34배 이상 큰 힘을 내는 인공근육 소자를 개발했다. 근육의 기본구조인 근섬유 같은 유체 스위치를 만든 것이다. 이 유체 스위치는 0.01V 이하의 초저전력으로 작동하면서도 큰 힘을 내면서 부드럽게 움직일 수 있다. 오일권 교수는 4일 "초저전력으로 작동하는 전기화학적 연성 유체 스위치는 유체 제어를 기반으로 하는 소프트 로봇, 소프트 일렉트로닉스, 미세유체공학 분야에서 많은 가능성을 열어줄 수 있다"고 말했다. 이어 "이 기술은 스마트 섬유에서 생체 의료 기기에 이르기까지 우리 일상에서 초소형 전자시스템에 쉽게 적용함으로써 다양한 산업현장에서 즉시 활용할 수 있는 잠재력을 갖고 있다"고 덧붙였다. 인공근육은 인간의 근육을 모방한 것으로 전통적인 모터에 비해 유연하고 자연스러운 움직임을 제공해 소프트 로봇이나 의료기기, 웨어러블 장치 등에 사용되는 기본 부품 중 하나다. 이 인공근육은 전기, 공기 압력, 온도 변화와 같은 외부 자극에 반응해 움직인다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 오일권 교수팀이 34배 이상 큰 힘을 내는 인공근육 소자를 개발했다. 근육의 기본구조인 근섬유 같은 유체 스위치를 만든 것이다. 이 유체 스위치는 0.01V 이하의 초저전력으로 작동하면서도 큰 힘을 내면서 부드럽게 움직일 수 있다. 오일권 교수는 4일 "초저전력으로 작동하는 전기화학적 연성 유체 스위치는 유체 제어를 기반으로 하는 소프트 로봇, 소프트 일렉트로닉스, 미세유체공학 분야에서 많은 가능성을 열어줄 수 있다"고 말했다. 이어 "이 기술은 스마트 섬유에서 생체 의료 기기에 이르기까지 우리 일상에서 초소형 전자시스템에 쉽게 적용함으로써 다양한 산업현장에서 즉시 활용할 수 있는 잠재력을 갖고 있다"고 덧붙였다. 인공근육은 인간의 근육을 모방한 것으로 전통적인 모터에 비해 유연하고 자연스러운 움직임을 제공해 소프트 로봇이나 의료기기, 웨어러블 장치 등에 사용되는 기본 부품 중 하나다. 이 인공근육은 전기, 공기 압력, 온도 변화와 같은 외부 자극에 반응해 움직인다. 반면 기존 모터를 기반으로 한 스위치는 딱딱하고 큰 부피로 인해 제한된 공간에서 사용하는데 어려웠다. 연구진은 좁은 관 속에서도 큰 힘을 내며 유체 흐름을 제어할 수 있는 이온성 고분자 인공근육을 개발해 이를 소프트 유체 스위치로써 활용했다. 유체 스위치는 특정 방향으로 유체가 흐르도록 제어함으로써 서로 다른 액체를 선별하거나, 유체의 흐름을 통해 또 다른 형태의 움직임을 유발하는 데 사용된다.  이온성 고분자 인공근육은 전기에 반응해 힘을 내고 움직일 수 있도록 금속 전극과 이온성 고분자로 만들었다. 0.01V 이하의 초저전력에서 작동하면서 무게 대비 큰 힘을 낼 수 있도록 인공근육 전극의 표면에 유기 분자가 결합해 만든 다공성의 공유결합성 유기 골격구조체를 활용했다. 연구진이 머리카락처럼 가는 180㎛의 두께로 인공근육을 만들었다. 이 인공근육의 무게는 10㎎ 정도이지만 34배 이상의 큰 힘을 내며 부드럽고 정교하게 움직였다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김상욱 교수팀이 부산대 안석균 교수팀과 함께 인간 근육보다 17배 강한 인공근육을 개발했다. 연구진은 그래핀과 액정 복합섬유로 만들어 생체로봇이나 인공장기 등 미래 산업에 활용될 것이라고 전망했다. 연구진은 인공근육 기술에 대한 특허를 국내외에 출원해 KAIST 교원창업 기업인 ㈜소재창조를 통해 상용화를 진행할 계획이다. 미국 미시간대 니콜라스 코토프 교수는 영국의 과학 학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에서 "그래핀 나노시트로 화학에너지가 아닌 열을 사용해 근육 움직임을 복제한 것은 매우 주목할 만한 성과"라고 이번에 개발한 인공근육에 대해 평가했다. 5일 KAIST에 따르면, 이 인공근육은 지금까지 개발된 것중에서 가장 인간근육과 비슷하다. 연구진은 실제 인간의 근육에서 영감을 얻었다. 그래핀과 액정 복합섬유로 개발한 신소재는 온도변화에 따라 동물 근육과 같이 크게 수축을 일으키는 액정물질에 고품질의 그래핀을 적용했다. 이 인공근육은 레이저로 원격제어까지 가능하다. 이렇게 만든 근육섬유는 여러가닥이 매우 쉽게 합쳐질 수 있으며, 실제 인간 근육 다발처럼 단위 면적당 섬유의 수에 비례해 힘을 사용할 수 있다. 연구진은 실제 이 인공근육을 테스트한 결과, 1000 가닥으로 만든 인공근육은 세계 최초로 1㎏ 아령을 들어올렸다. 또 인공근육 섬유를 이용해 만든 인공자벌레는 살아있는 자벌레보다 3배나 빠르게 이동했다. 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김상욱 교수팀이 부산대 안석균 교수팀과 함께 인간 근육보다 17배 강한 인공근육을 개발했다. 연구진은 그래핀과 액정 복합섬유로 만들어 생체로봇이나 인공장기 등 미래 산업에 활용될 것이라고 전망했다. 연구진은 인공근육 기술에 대한 특허를 국내외에 출원해 KAIST 교원창업 기업인 ㈜소재창조를 통해 상용화를 진행할 계획이다. 미국 미시간대 니콜라스 코토프 교수는 영국의 과학 학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에서 "그래핀 나노시트로 화학에너지가 아닌 열을 사용해 근육 움직임을 복제한 것은 매우 주목할 만한 성과"라고 이번에 개발한 인공근육에 대해 평가했다. 5일 KAIST에 따르면, 이 인공근육은 지금까지 개발된 것중에서 가장 인간근육과 비슷하다. 연구진은 실제 인간의 근육에서 영감을 얻었다. 그래핀과 액정 복합섬유로 개발한 신소재는 온도변화에 따라 동물 근육과 같이 크게 수축을 일으키는 액정물질에 고품질의 그래핀을 적용했다. 이 인공근육은 레이저로 원격제어까지 가능하다. 이렇게 만든 근육섬유는 여러가닥이 매우 쉽게 합쳐질 수 있으며, 실제 인간 근육 다발처럼 단위 면적당 섬유의 수에 비례해 힘을 사용할 수 있다. 연구진은 실제 이 인공근육을 테스트한 결과, 1000 가닥으로 만든 인공근육은 세계 최초로 1㎏ 아령을 들어올렸다. 또 인공근육 섬유를 이용해 만든 인공자벌레는 살아있는 자벌레보다 3배나 빠르게 이동했다. 김상욱 교수는 "최근 세계적으로 활발히 개발되고 있는 인공 근육들은 비록 한두가지 성질이 매우 뛰어난 경우는 있지만, 실용적인 인공 근육으로 작동하는 데 필요한 다양한 성질들을 골고루 갖춘 경우는 없었다"고 설명했다. 그러면서 "이번 연구를 출발점으로 실용성 있는 인공 근육 소재가 로봇 산업 및 다양한 웨어러블 장치에 활용할 수 있으며, 4차 산업 혁명에 따른 비대면 과학기술에서도 크게 이바지할 수 있을 것"이라고 말했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

삼성전자는 1일 아주대와 공동 개발한 초경량·초박형 인공근육 구동기에 관한 연구논문이 세계적 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다고 밝혔다. 이번 연구는 기존 로보틱스 분야에 주로 활용했던 인공근육 구동기의 활용도를 소형 웨어러블 분야까지 확장한 성과를 인정받았다. 구동기는 압력을 가해 물체를 움직이게 하거나 인공근육의 압력을 측정할 수 있는 시스템이다. 삼성전자 신봉수 연구원(사진)과 아주대 고제성 교수가 이끄는 연구팀의 김동진·김백겸 연구원이 공동1저자로 참여했다. 연구팀은 형상기억합금 기반의 다기능 인공근육 구동기를 개발하고, 이를 증강현실(AR) 안경과 촉각전달 장갑 등 웨어러블기기에 적용해 인공근육 구동기의 진일보된 기술과 실사용 가능성을 입증했다. mkchang@fnnews.com 장민권 기자

삼성전자는 1일 아주대와 공동 개발한 초경량·초박형 인공근육 구동기에 관한 연구 논문이 세계적 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다고 밝혔다. 이번 연구는 기존 로보틱스 분야에 주로 활용했던 인공근육 구동기의 활용도를 소형 웨어러블 분야까지 확장한 성과를 인정받았다. 구동기는 압력을 가해 물체를 움직이게 하거나, 인공근육의 압력을 측정할 수 있는 시스템이다. 삼성전자 신봉수 연구원( 사진)과 아주대 고제성 교수가 이끄는 연구팀의 김동진, 김백겸 연구원이 공동 1저자로 참여했다. 연구팀은 형상기억합금 기반의 다기능 인공근육 구동기를 개발하고, 이를 증강현실(AR) 안경과 촉각 전달 장갑 등 웨어러블 기기에 적용해 인공근육 구동기의 진일보된 기술과 실사용 가능성을 입증했다. mkchang@fnnews.com 장민권 기자

한국인 과학자들이 인간의 세포가 들어간 바이오잉크를 이용해 3D프린팅으로 인공근육을 만들어냈다. 뒷다리 근육이 손실된 실험쥐에 이 바이오잉크로 만든 인공근육섬유를 이식한 결과 8주만에 90% 이상이 회복됐다. 성균관대 김근형 교수팀은 미국 웨이크 포레스트 재생의학연구소(WFIRM)의 이상진 교수, 전남대 연구진과 공동연구를 통해 근육 재생과 기능을 복원하는 3D프린팅 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 김근형 교수는 "이 기술이 근육 조직 뿐만아니라 뼈 조직과 신경조직, 심장근육, 인대 등에 효과적으로 응용될 수 있을 것"이라고 전망했다. 연구진은 사람세포가 들어간 바이오잉크를 이용해 인공근육 원섬유를 만들어 실험쥐에 집어넣었다. 사람 세포를 실험쥐에 적용해 사람 세포가 근육으로 만들어졌는지, 쥐 근육 주변의 피하지방 세포가 성장한 것인지 살펴봤다. 분석결과 연구진이 넣은 사람 세포가 근육세포로 분화돼 근육이 만들어졌다. 이상진 교수는 "이번에 개발한 바이오프린팅 기술은 전임상시험을 통해 밝혀졌듯이 빠르게 신경조직이 재생될 수 있으며 정상근육의 무게와 기능을 회복할 수 있는 효과적인 치료법이 될 것"이라고 말했다. 먼저 바이오잉크를 만들기 위해 연구진은 돼지의 골격근에서 나온 탈세포화된 세포외기질-메티크릴레이트(dECM-MA)와 콜라겐을 폴리 비닐알코올(PVA) 미소섬유와 결합시켰다. PVA는 바이오잉크 속 분자들에게 신호를 줘서 원하는 조직으로 성장하도록 유도하고한 방향으로 정렬되도록 한다. 바이오잉크의 체적유량과 프린팅 속도 등을 조절해 바이오잉크 속 섬유화된 PVA 분자를 프린팅 방향으로 정렬시켰다. 이후 침출 방법으로 PVA를 제거해 구조체 내부의 세포들을 한 방향으로 배열했다. 이렇게 만든 인간근육전구세포는 90%가 넘는 높은 초기 세포생존율을 보였다. 연구진은 또 3D 인공근육이 기존 구조체(배열되지 않은 구조)와 세포 성장 및 성숙을 비교실험했다. 배양 7일차 이후부터 잘 배열된 구조체는 비교군에 비해 1.7배 이상 배열된 세포골격을 보였다. 또 배양 21일차에는 1.8배 이상의 높은 분화도를 확인할 수 있었다. 이렇게 만들어진 인공근육을 길이 15㎜ 정도의 근육이 손실된 실험쥐에 이식했다. 8주 후 이식 한 부위의 조직이 실제 근육과 같이 완벽히 재생됐다. 특히 프린팅된 인간 근육 전구세포는 기존 근육 구조체 보다 근섬유가 빠르게 형성돼 재생 및 기능 복구에 도움을 줬다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국인 과학자들이 인간의 세포가 들어간 바이오잉크를 이용해 3D프린팅으로 인공근육을 만들어냈다. 뒷다리 근육이 손실된 실험쥐에 이 바이오잉크로 만든 인공근육섬유를 이식한 결과 8주만에 90% 이상이 회복됐다. 성균관대 김근형 교수팀은 미국 웨이크 포레스트 재생의학연구소(WFIRM)의 이상진 교수, 전남대 연구진과 공동연구를 통해 근육 재생과 기능을 복원하는 3D프린팅 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 김근형 교수는 "이 기술이 근육 조직 뿐만아니라 뼈 조직과 신경조직, 심장근육, 인대 등에 효과적으로 응용될 수 있을 것"이라고 전망했다. 연구진은 사람세포가 들어간 바이오잉크를 이용해 인공근육 원섬유를 만들어 실험쥐에 집어넣었다. 사람 세포를 실험쥐에 적용해 사람 세포가 근육으로 만들어졌는지, 쥐 근육 주변의 피하지방 세포가 성장한 것인지 살펴봤다. 분석결과 연구진이 넣은 사람 세포가 근육세포로 분화돼 근육이 만들어졌다. 이상진 교수는 "이번에 개발한 바이오프린팅 기술은 전임상시험을 통해 밝혀졌듯이 빠르게 신경조직이 재생될 수 있으며 정상근육의 무게와 기능을 회복할 수 있는 효과적인 치료법이 될 것"이라고 말했다. 먼저 바이오잉크를 만들기 위해 연구진은 돼지의 골격근에서 나온 탈세포화된 세포외기질-메티크릴레이트(dECM-MA)와 콜라겐을 폴리 비닐알코올(PVA) 미소섬유와 결합시켰다. PVA는 바이오잉크 속 분자들에게 신호를 줘서 원하는 조직으로 성장하도록 유도하고한 방향으로 정렬되도록 한다. 바이오잉크의 체적유량과 프린팅 속도 등을 조절해 바이오잉크 속 섬유화된 PVA 분자를 프린팅 방향으로 정렬시켰다. 이후 침출 방법으로 PVA를 제거해 구조체 내부의 세포들을 한 방향으로 배열했다. 이렇게 만든 인간근육전구세포는 90%가 넘는 높은 초기 세포생존율을 보였다. 연구진은 또 3D 인공근육이 기존 구조체(배열되지 않은 구조)와 세포 성장 및 성숙을 비교실험했다. 배양 7일차 이후부터 잘 배열된 구조체는 비교군에 비해 1.7배 이상 배열된 세포골격을 보였다. 또 배양 21일차에는 1.8배 이상의 높은 분화도를 확인할 수 있었다. 이렇게 만들어진 인공근육을 길이 15㎜ 정도의 근육이 손실된 실험쥐에 이식했다. 8주 후 이식 한 부위의 조직이 실제 근육과 같이 완벽히 재생됐다. 특히 프린팅된 인간 근육 전구세포는 기존 근육 구조체 보다 근섬유가 빠르게 형성돼 재생 및 기능 복구에 도움을 줬다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 인체 조직을 3D프린터로 정교하게 출력해 손상되거나 없어진 부위의 근육을 바이오프린팅으로 만들었다. 연구팀이 개발한 근육 조직은 외상에 의한 손상된 근육조직뿐만 아니라 루게릭병과 같은 불치성 근육 손실 질환 치료에도 활용될 수 있을 것으로 보인다. 한국연구재단은 김근형 성균관대학교 교수, 장철호 전남대학교 의과대학 교수 공동 연구팀이 금 나노와이어가 포함된 콜라겐·세포 바이오잉크를 기반으로 근섬유다발을 만들었다고 27일 밝혔다. 연구팀이 만든 인공근육을 길이 3cm, 너비 1cm 가량의 손상이 있는 쥐의 턱관절 근육, 측두근에 이식한 결과 8주 후 이식 부위 조직이 실제 근육처럼 재생됐다. 연구팀은 "근육뿐만 아니라 심장, 인대, 힘줄, 신경 등과 같이 배열된 형태를 보이는 인체의 다양한 조직의 손상 시에도 적용 될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 연구팀은 금 나노와이어를 이용해 콜라겐 바이오잉크 내에 포함된 지방줄기세포가 자라나는 방향을 제어하는 인공근육 제작방식을 제안했다. 원예용 지지대를 따라 식물이 뻗어가는 것처럼 한 방향으로 배열된 금 나노와이어를 따라 지방줄기세포들이 근육세포로 분화해 자라도록 유도한 것이다. 이렇게 만들어진 인공 근육세포는 초기 생존율이 90%를 넘어 대체조직으로서의 가능성을 보여줬다. 핵심은 노즐 이동속도와 잉크 유량, 온도 등 복잡한 조건을 최적화함으로써 유체의 흐름을 제어하고 전기적 신호를 이용해 나노와이어의 배열성을 조절한 데 있다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 자연모사혁신기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 나노레터스에 10월 29일 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자