KAIST, AI로 3D 프린팅 신소재 개발…'소프트 로봇 핸드' 구현

한국과학기술원(KAIST)이 인공지능(AI)을 활용해 혁신적인 3D 프린팅 신소재를 개발하며 소프트 로봇 분야에 새로운 가능성을 열었다. 이승철 기계공학과 교수의 연구팀은 나종범 극한물성소재연구센터 박사 연구팀, 박범수 서울과학기술대학교 교수와 협력하여 고무처럼 늘어나는 소재를 성공적으로 만들어냈다고 밝혔다. 이 연구는 최근 의료기기, 웨어러블 기기 및 소프트 로봇의 필요성이 증가하고 있는 가운데, 복잡한 형태를 구현하면서도 부드러운 특성을 가진 소재의 중요성이 더욱 부각되고 있는 상황에서 이루어졌다.

AI와 3D 프린팅, 새로운 소재의 탄생

기존의 소프트 소재는 3D 프린팅이라는 기술적 한계로 인해 그 사용에 제약이 있었다. 부드러운 소재일수록 강도와 신축성이 떨어지기 마련인데, 이는 점도와 밀접한 관계가 있다. 점도가 높은 소재는 출력이 어려운 반면, 점도가 낮아지면 강도와 신축성에 문제가 생기기 때문이다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 AI를 활용하여 최적의 소재 조합을 찾기로 결정했다.

AI는 다양한 데이터셋을 학습하며, 프린터에서 잘 출력되는 단단한 소재뿐 아니라 점도가 높은 소재까지 포함했다. 이를 통해 머신러닝 기법을 활용하여 소재 배합과 성능 간의 관계를 규명했고, 결국 3D 프린팅이 가능하면서도 놀라운 신축성을 지닌 소재 조합을 발견할 수 있었다. 이 소재는 DLP(디지털 광 처리) 프린터에서도 안정적으로 출력되며, 원래 길이의 6배 이상으로 늘어나는 특성을 보여줬다.

소프트 로봇 손, 새로운 가능성의 구현

이 연구의 가장 흥미로운 점은 개발된 소재를 활용하여 실제로 소프트 액추에이터를 3D 프린팅했다는 것이다. 소프트 액추에이터는 공기압 등을 통해 부드러운 움직임을 만들어내는 장치로, 사람의 근육과 유사한 작용을 한다. 연구팀은 여러 개의 액추에이터를 결합해 소프트 로봇 손을 제작했으며, 이 로봇 손은 1kg짜리 물병을 들어올리는 동시에 깨지기 쉬운 달걀과 유리병도 안전하게 잡아내는 성능을 입증했다. 이는 다양한 형태의 물체를 다루는 데 있어 기존의 로봇 손보다 훨씬 더 유연한 접근을 가능하게 한다.

이승철 교수는 “이번 연구는 연구자의 실험 데이터와 AI를 결합해 기존에 찾기 어려웠던 최적의 소재 조합을 효율적으로 찾아낼 수 있음을 보여준 것”이라고 설명하며, AI의 활용이 앞으로 더욱 많은 혁신을 이끌어낼 것으로 전망했다.

미래를 향한 도약

이 연구는 단순히 새로운 소재의 개발에 그치지 않고, 앞으로도 AI를 통한 소재 탐색이 더욱 가속화될 것이라는 점에서 큰 의미를 지닌다. AI 기술의 발전과 함께, 다양한 산업 분야에서 요구하는 맞춤형 소재를 보다 신속하게 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 의료, 로봇, 웨어러블 기기 등 여러 분야에서 혁신적인 변화를 불러일으킬 것으로 보인다. KAIST 연구팀의 이번 성과는 향후 3D 프린팅 및 소프트 로봇 기술의 발전에 중요한 이정표가 될 것이다.