일본산업뉴스요약

빛으로 고분자 변형 기술 개발
주오대학, 소형 로봇 등에 고분자 응용

주오대학의 이케다(池田) 교수 연구그룹은 빛을 조사하면 변형하는 광 응답 고분자를 플라스틱처럼 유연하게 가공할 수 있는 기술을 개발했다. 유기화합물인 아조벤젠을 사용한다. 모양을 연구하면 빛의 조사(照射)를 통해 원하는 동작을 하는 기능을 부여할 수 있다고 한다. 기업과 용도를 모색하고 있다. 작은 로봇 등을 위한 실용화를 목표한다.

막대 모양인 아조벤젠 분자는 빛이 닿으면 휘어진 ‘く’ 모양이 된다. 무수한 분자를 연결하면 섬유 상태로 만들 수 있다. 연구그룹은 08년에 이 섬유를 사용해 빛으로 변형하는 필름을 만들었다. 톱니바퀴에 둘러 감아 빛을 조사했더니 천천히 회전하는 손바닥 크기의 모터가 만들어졌다.

그러나 기존의 기술은 필름 이외의 재료로 가공하기 어렵다는 것이 과제였다. 섬유로 만들기 위해 아조벤젠 분자끼리를 화학적으로 결합시키는데, 가열해도 간단하게는 결합을 풀 수 없었기 때문이다.

이에 대해 일반적인 플라스틱은 무수하게 얽힌 섬유가 온도 상승으로 유동적이 되기 쉽고, 비교적 간단하게 열로 녹일 수 있다. 자유자재로 모양을 바꿀 수 있기 때문에 형틀에 붓는 방법으로 간단하게 가공할 수 있다.

연구그룹은 아조벤젠의 분자에서도 같은 기능을 부여하는데 성공했다. 아조벤젠의 분자 구조를 연구해 ‘동적 공유결합’이라고 불리는 특수한 결합법을 만들었다. 아조벤젠 분자끼리를 한번 연결해도 가열에 의해 떨어져서 분자가 자유롭게 움직일 수 있게 된다. 냉각시키면 다시 결합한다.

이를 통해 빛을 조사하면 변형하는 입체적인 재료를 만들 수 있게 됐다. 열을 이용해 플라스틱 수준으로 유연하게 가공할 수 있다. 모양을 자유롭게 결정할 수 있기 때문에 빛으로 복잡한 움직임을 하는 재료를 만들 수 있다.

예를 들면 꼬인 모양으로 하면 빛이 닿은 방향으로 치우치고, 나선 모양으로 하면 자외선으로 곧은 모양이 됐다가 가시광으로 다시 원래의 모양으로 돌아가는 움직임을 실현할 수 있다. 분자의 설계에 따라서 이러한 움직임을 결정하거나 융점이나 반응하는 빛의 파장 등도 제어할 수 있다고 한다.

금속재료로는 실현하는 것이 어려운 유연함이나 높은 가공도를 활용해 모터 외에 특정 동작을 하는 작은 로봇 등을 만들 수 있을 것으로 보고 있다. 그 외에도 빛의 온∙오프에 따라서 개폐가 가능한 작은 밸브 등을 실현할 수 있다. 우선은 용도에 맞는 분자를 설계해 동작을 검증해 나갈 생각이다.

복수의 기업과 활용법을 논의해 왔다. 주택설비기기나 전자부품, 아이용 장난감 등에 대한 응용을 기대하는 목소리가 있다고 한다. 2020년대 전반의 실용화를 목표로 연구를 가속화할 생각이다.

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