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| 중앙대와 공동연구 '주목' (Collaborative Research with Chung-Ang University Draws Attention) | |||
| 작성자 | 대외홍보센터 | 작성일 | 2025-09-17 |
| 조회수 | 569 | ||
| 중앙대와 공동연구 '주목' (Collaborative Research with Chung-Ang University Draws Attention) | |||||
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대외홍보센터 |  |
2025-09-17 |  |
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중앙대-국립부경대 연구팀, 영하 80도 극저온에서 작동하는 소프트 액추에이터 개발
- 재료화학 분야 세계적 학술지 <Advanced Functional Materials> 게재
△ 연구팀 사진. (왼쪽부터) 이창연 교수, 김대석 교수, 김현성 석·박사 통합과정생, 하연경 석사과정생
중앙대학교와 국립부경대학교 공동연구팀이 기존 소프트 로봇(Soft robot)의 한계를 뛰어넘는 새로운 소재 기술을 개발해 주목받고 있다.
중앙대 화학공학과 이창연 교수 연구팀과 국립부경대 고분자공학전공 김대석 교수 연구팀, 펜실베이니아대학교 오스지(Osuji) 교수 연구팀은 영하 80도의 극저온에서도 성능 저하 없이 작동할 수 있는 액정 엘라스토머(LCE) 기반 소프트 액추에이터 개발에 성공했다.
고분자 물질인 액정 엘라스토머는 열이나 빛 등의 외부 자극에 의해 기계적 변형을 일으키는 특성으로 차세대 소프트 로봇, 인공 근육 등의 핵심 소재 기술로 주목받고 있다.
하지만 극지방이나 우주와 같이 대부분의 물질이 얼어붙는 극저온의 환경에서는 소재의 기계적 변형이 생기기 어렵기 때문에, 실제 기술 구현은 지금까지 불가능할 것으로 예상돼 왔다.
연구진은 액정 분자를 활용해 2차원 이황화몰리브덴(MoS2)과 같은 저차원 나노물질을 고농도로 박리하고, 1년 이상 안정하게 분산시키는 독자적인 공정 기술을 개발해 광열 나노물질을 액정 엘라스토머에 고농도로 포함시켰다.
그 결과, 고농도 나노물질의 강력한 광열 반응 덕분에 영하 80도의 낮은 온도에서도 근적외선만으로 기계적 변형이 가능한 소프트 액추에이터가 성공적으로 구현됐다.
연구팀은 이렇게 구현한 유연한 구동장치인 소프트 액추에이터가 영하 80도의 온도에서도 성능 저하 없이 자기 무게의 100배 이상에 달하는 물체를 들어 올리는 작업을 수행하는 것을 확인했다.
이에 더해 연구팀은 개발된 액추에이터가 초저온의 심우주(3K)에서도 낮은 세기의 근적외선으로 작동가능할 것으로 모델링을 통해 예측했다.
이창연 교수는 “이번 연구는 기존 소프트 액추에이터의 작동온도 범위를 획기적으로 확장하는 성과로서 의미가 크고, 향후 극지방이나 우주와 같은 극한 환경에서 소프트 로봇을 활용하는 새로운 길을 열 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단 글로벌 기초연구실 지원사업, 한국산업기술진흥원(KIAT) 차세대 첨단 OLED 전문인력양성사업 지원을 받아 수행되었다.
이번 연구 결과를 담은 논문 ‘High-Concentration Mesogen-Assisted Exfoliation of Low-Dimensional Nanomaterials for Achieving Ultralow-Temperature Actuations of Liquid Crystal Elastomers’는 재료화학 분야 세계적 학술지인 <Advanced Functional Materials>(IF: 19)에 이달 게재됐다. <부경투데이>
※ 논문 게재 링크: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202509262
△ 연구 이미지. 극저온에서 작동 가능한 액정 엘라스토머 소프트 액추에이터
Chung-Ang and PKNU Research Team Develops Soft Actuator Operating at -80°C
-Published in <Advanced Functional Materials>, a Leading Journal in Materials Chemistry
A joint research team from Chung-Ang University and Pukyong National University (PKNU) has developed a new material technology that overcomes the limitations of conventional soft robots, drawing significant attention.
The team, led by Professor Lee Chang-Yeon from the Department of Chemical Engineering at Chung-Ang University, Professor Kim Dae-Seok from the Department of Polymer Engineering at PKNU, and Professor Osuji from the University of Pennsylvania, has successfully developed a liquid crystal elastomer (LCE)-based soft actuator that can operate without performance degradation even at extremely low temperatures of -80°C.
Liquid crystal elastomers, which are a type of polymer material, are gaining attention as a key material technology for next-generation soft robots and artificial muscles, due to their ability to undergo mechanical deformation in response to external stimuli such as heat or light.
However, in ultra-low temperature environments such as the polar regions or outer space, where most materials freeze, mechanical deformation of materials is difficult to achieve, and thus the implementation of this technology was previously considered unfeasible.
The research team developed a proprietary processing technique using liquid crystal molecules to exfoliate low-dimensional nanomaterials such as two-dimensional molybdenum disulfide (MoS₂) at high concentrations and to stably disperse them for over a year. Using this process, the team successfully incorporated photothermal nanomaterials into the liquid crystal elastomer at high concentrations.
As a result, thanks to the strong photothermal response of the high-concentration nanomaterials, the team successfully implemented a soft actuator that can undergo mechanical deformation using only near-infrared light, even at ultra-low temperatures of -80°C.
The research team confirmed that the flexible soft actuator they developed was capable of lifting objects more than 100 times its own weight, without any loss of performance even at a temperature of -80°C.
Furthermore, through modeling, the team predicted that the actuator could operate using low-intensity near-infrared light even in deep space environments at cryogenic temperatures of 3K (close to absolute zero).
Professor Lee Chang-Yeon stated, “This research is highly significant as it dramatically extends the operational temperature range of conventional soft actuators, and we expect it to pave the way for the use of soft robots in extreme environments such as the polar regions or outer space.”
This research was supported by the Global Research Laboratory (GRL) program of the National Research Foundation of Korea (NRF) and the Next-Generation Advanced OLED Workforce Training Program by the Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT).
The research findings were published in the September 2025 issue of <Advanced Functional Materials> (IF: 19), a leading international journal in the field of materials chemistry, under the title:
‘High-Concentration Mesogen-Assisted Exfoliation of Low-Dimensional Nanomaterials for Achieving Ultralow-Temperature Actuations of Liquid Crystal Elastomers.’ <Pukyong Today>