자연계에 존재하는 구조나 기능을 모방하여 기존 공학기술의 한계를 돌파하려는 생체모방공학이 최근 각광받고 있다. 이에 기능성 혹은 지능형 전기 반응 고분자 기반의 인공근육형 액츄에이터가 다양한 형태의 고부가가치 바이오-의료 및 생체모방 로봇으로 응용이 가능할 것으로 전망되고 있으며, 이에 따라 고성능·기능성 그래핀을 적용한 생체모방 인공근육형 액츄에이터 개발 및 바이오-메디칼 디바이스, 생체 모방 수중 물고기 로봇, 해양 에너지 및 소나 관련 연구가 한국과학기술원(KAIST) 연구실을 중심으로 활발히 진행되고 있다.

인공근육형 액츄에이터 개발 및 응용 기술 연구

오일권 교수가 이끄는 ‘한국과학기술원(KAIST) 기계항공시스템공학부 해양시스템공학전공 구조 동역학 및 스마트 시스템 연구실’은 현재 구조동역학, 진동소음제어, 지능구조물, 인공근육, 생체모방 로봇 그리고 나노기술에 기반을 둔 다물리계의 스마트 시스템을 구현하기 위한 연구를 수행하고 있다. 특히 이 연구팀은 생체모방성과 다기능성을 지닌 전기반응 고분자를 기반으로 한 인공근육형 액츄에이터를 중점적으로 개발하고 있다.

2008년도에는 기존 인공근육의 치명적인 문제로 부각되어 온 일련의 문제들을 극복할 수 있는 새로운 고분자 기반의 액츄에이터를 개발하여 Advanced Functional Materials에 논문을 발표하였으며, 최근까지 다양한 형태의 새로운 인공근육들을 개발하여 유수저널들에 논문을 게재하였으며, 특히 2011년에는 풀러렌 나노입자와 새로운 고분자를 합성한 새로운 타입의 고성능 액츄에이터를 개발하여 ACS Nano에 논문을 게재하기도 하였다. 더 나아가 응용연구로서 개발된 생체모방형 인공근육들을 이용하여 이를 생체모방형 수중 물고기 로봇 및 능동형 바이오-메디칼 디바이스들을 개발하고 있다.

생체모방 수중 로봇 연구는 살아있는 해파리의 독특한 움직임과 곡선 모양을 재현해 해파리 로봇(Jellyfish Robot)을 개발하여, 자연과학 및 공학적인 새로운 연구 내용을 소개하는 physorg.com에 소개되었으며, 이 연구는 지능재료·구조·트랜스듀서 분야의 우수저널인 Smart Materials and Structures에 발표되어 ‘Highlights of 2009’로 선정되었다. 현재는 저탄소 녹색성장에 발맞춰 해양 에너지 탐사 및 해양 생태계 모니터링용 인공근육 기반 수중 물고기 로봇을 개발 중 이다.

또한 바이오-메디칼 디바이스 관련 연구는 능동형 스텐트, 카테터, 마이크로 펌프 등을 중심으로 진행 중이며, 지능 재료 기반 능동형 카테터와 마이크로 펌프는 국내 특허 등록을 완료하여 바이오-메디칼 응용 분야를 선점할 수 있는 기틀을 마련한 상태이다. 이런 가운데 그래핀 관련 연구를 진행하면서 그래핀 기반 트랜스듀서들의 다양한 핵심기술을 확보하고 그 핵심기술을 기반으로 응용분야를 창출하기 위해 연구원들이 온힘을 쏟고 있다. 차세대 나노 신소재로 주목받는 2차원구조의 그래핀(Graphene)은 2010년에 노벨물리학상을 수상하였으며, 현재 이 연구팀에서는 마이크로웨이브를 이용하여 친환경적으로 그래핀을 합성하는 방법과 이에 기반한 액츄에이터 및 응용 연구를 진행하고 있다.

이러한 연구성과를 바탕으로 지난 2010년 10월 교육과학기술부 연구개발사업의 대표 우수성과에 선정된데 이어 같은 해 12월에 2010년 국가연구개발 우수성과 100선에 동시에 선정됐다. 오일권 교수는 2010년 8월 전남대학교 기계공학과에서 KAIST 기계항공시스템학부 해양시스템공학전공 부교수로 이직하여 현재는 해양 에너지 및 소나기술 관련 기초연구를 진행하고 있다.