한국기계연구원(원장 박상진)은 나노역학장비연구실의 장봉균 선임연구원, 현승민 책임연구원 연구팀이 뱀 비늘 구조에 착안해 부드럽게 휘어지면서 늘어나는 유연 신축 배터리를 개발했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 뱀의 비늘 구조를 모사한 기계적인 구조체를 제작, 원하는 방향으로 쉽게 늘어나면서도 높은 안전성과 성능을 확보한 배터리를 개발했다. 제품 본체와 배터리가 단단하게 결합한 기존 웨어러블 기기와 달리 여러개의 작고 단단한 배터리를 마치 비늘 같은 구조로 연결해 유연성을 높였다.

동시에 배터리 내부 전지 소재의 변형을 최소화하는 구조를 적용, 안전성을 확보했다. 또 개별 배터리의 형상화도 최적화해 작은 크기의 배터리에 높은 충전 용량을 구현했다. 

연구팀에 의하면 이번 성과의 핵심은 배터리 셀과 연결부의 형상을 설계하는데 있다. 리튬 폴리머와 비늘 한 조각 같은 육각형의 작은 배터리 셀을 제작, 이를 폴리머와 구리로 만든 연결부로 경첩처럼 접었다 폈다 하도록 연결했다. 종이접기에서 착안한 제조 공정으로 유연 전극을 자르고 접는 방식으로 만들 수 있어 대량 생산도 가능하다.

이를 활용하면 인체 착용형 소프트 로봇이나 몸이 불편한 노약자를 보조할 수 있는 재활 의료기기의 에너지 저장 소자로 활용 할 수 있다. 또 신축, 변형이 가능해 장애물이 있는 좁은 공간도 자유롭게 이동할 수 있는 재난 로봇의 전력 공급 장치로도 활용될 것으로 기대된다.

연구팀은 소프트 에너지 저장 소자의 저장 용량을 증가시킬 기술을 개발하고 인공 근육과 소프트 로봇 구동 기술과 결합을 통해 활용도 높은 소프트 로봇을 개발할 예정이다. 

장봉균 선임연구원은 "뱀 비늘의 구조에 착안해 유연하고 신축성있는 특성을 살리면서도 안전성을 갖춘 배터리를 개발한 것"이라며 "앞으로 국민의 건강과 안전에 도움이 될 수 있는 재활 의료, 재난 구조에 활용 될 수 있도록 후속 연구개발에 매진하겠다"고 말했다.

이번 연구는 기계연 기본사업 '나노기반 옴니텍스(Omni-Tex) 제조 기술 개발'과 과학기술정보통신부 지원 '글로벌프론티어 파동에너지극한제어연구', 산업통상자원부 '알키미스트 사업'의 지원을 받아 수행됐다. 성과는 소프트 로봇 분야 국제 저널 '소프트 로보틱스' 온라인에 지난달 16일 발표됐다.