장봉균 박사가 신축성 뱀 비늘형 배터리를 제작하기 위한 전극 구조의 상태를 확인하고 있다. [한국기계연구원 제공]

뱀처럼 부드럽게 휘어지면서 늘어나는 신개념 배터리가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 소프트 로봇부터 웨어러블기기까지 다양한 형태의 기기에 적용해 에너지 저장 소자나 재난 환경 등 다양한 목적으로 활용될 것으로 기대된다.

한국기계연구원 나노역학장비연구실 장봉균·현승민 박사 연구팀은 뱀의 비늘 구조에 착안해 안전성과 유연성을 갖는 신축성 배터리 구조를 개발했다고 28일 밝혔다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘소프트 로보틱스’ 8월 16일 온라인판에 게재됐다.

소설 ‘어린왕자’에 묘사된 코끼리를 삼킨 보아뱀과 같이 뱀의 비늘은 단단하면서도 서로 접혀 외부 충격을 방어할 수 있을 뿐만 아니라 유연하게 움직이면서 높은 신축성을 구현하는 구조적 특성을 갖는다.

연구팀은 뱀의 비늘 구조를 모사한 기계적인 구조체를 제작해 원하는 방향으로 쉽게 늘어나면서도 높은 안전성과 성능을 확보한 배터리를 개발했다. 제품 본체와 배터리가 단단하게 결합한 기존 웨어러블 기기와 달리, 여러 개의 작고 단단한 배터리를 마치 비늘 같은 구조로 연결해 유연하게 움직일 수 있는 것이 특징이다.

이 기술의 핵심은 배터리 셀과 연결부의 형상을 설계하는 데 있다. 리튬 폴리머로 비늘 한 조각과 같은 육각형의 작은 배터리 셀을 제작하고, 이를 폴리머와 구리로 만든 연결부로 경첩처럼 접었다 폈다 하도록 연결했다. 이와 함께 종이접기에서 착안한 제조 공정으로 유연 전극을 자르고 접는 방식으로 만들 수 있기 때문에 경제적으로 대량 생산할 수 있다는 것도 장점이다.

이를 활용하면 부드럽고 유연한 에너지 저장소자가 필요한 인체 착용형 소프트 로봇이나 몸이 불편한 노약자를 보조할 수 있는 재활 의료기기의 에너지 저장 소자로 활용할 수 있다.

또한 장애물이 있는 좁은 공간도 자유롭게 이동할 수 있는 신축 및 변형 가능한 특성을 살려 재난이 발생한 공간에서 구조에 도움이 되는 재난 로봇의 전력 공급 장치로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

장봉균 박사는 “앞으로 국민의 건강과 안전에 도움이 될 수 있는 재활 의료 및 재난 구조에 활용 될 수 있도록 후속 연구개발에 매진하겠다”고 말했다. 구본혁 기자