고속·고강도 액체 금속 모세관 근육

액체 표면 장력을 기계적 작업에 활용하는 것은 자연계에 널리 퍼져 있으며, 다양한 생체 모방 기술의 기반이 됩니다. 그러나 표면 에너지의 잠재력을 완전히 활용하려면 표면 장력을 빠르고 가역적으로 넓은 범위에서 조절할 수 있어야 하지만, 기존 액체에서는 이러한 기능이 부족했습니다. 갈륨 기반 액체 금속은 실온에서 높은 표면 장력(약 600 mN m⁻¹)을 가지며, 전기화학적 제어를 통해 이를 거의 0에 가깝게 가역적으로 조절할 수 있어 이러한 한계를 극복합니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 조절 능력을 높은 힘, 빠른 반응 속도, 큰 변위를 동시에 달성하는 액추에이터로 전환하는 것은 여전히 큰 과제였습니다. 본 연구에서는 액체 금속을 미세 채널 내에 가두어 표면 에너지를 극대화하는 새로운 유형의 액추에이터인 모세관 액체 금속 근육(CLMM)을 소개합니다. 이러한 설계는 성능의 비약적인 발전을 가져왔습니다. CLMM은 1kg을 들어 올릴 수 있는 높은 힘 출력, 25ms 미만의 초고속 반응, 10V 미만의 저전압 작동을 제공하며, 힘과 위치를 정밀하고 프로그래밍 가능하게 제어할 수 있습니다. 특히, CLMM은 전기 구동 액체 액추에이터 중 가장 높은 압력 대 전압 성능을 달성하여 기존 시스템을 최대 7배 능가합니다. 이러한 결과는 계면 에너지를 유용한 기계적 작업으로 변환하는 새로운 메커니즘을 밝혀냈으며, 확장 가능한 소프트 액추에이터 및 적응형 시스템을 위한 토대를 제공합니다.