전기 모터 넘어선 엑추에이터, 가능할까?

로봇 공학에서 전기 모터는 오랫동안 핵심적인 구동 장치로 활용되어 왔다. 하지만 최근에는 모터를 넘어 보다 정교하고 자연스러운 움직임을 구현할 수 있는 새로운 액추에이터 기술이 연구되고 있다. 일본 도쿄대와 와세다대 연구진이 개발한 바이오 하이브리드 로봇 손, 클론(KLONE)이라는 기업이 추진하는 인공 근육 기반의 토르소, 그리고 중국과학기술대(USTC) 연구진이 개발한 자유도 19의 인공 손 등은 그 대표적인 사례다.

일본 도쿄대와 와세다대 연구팀은 인체 세포를 배양해 만든 근육을 활용한 로봇 손을 개발했다고 발표했다. 이는 인체 근육을 이용한 로봇 손 중 가장 큰 규모로, 기존의 전기 모터 기반 액추에이터의 한계를 극복하기 위한 중요한 연구로 평가된다.

 

https://www.science.org/toc/scirobotics/10/99

연구진은 사람의 골격근 세포를 배양해 길쭉한 근육 조직을 형성한 후, 이를 ‘다중근육조직 액추에이터(MuMuTA)’라는 특수 장치로 구현했다. 특히 이들은 액추에이터를 3D 프린팅으로 제작한 손가락 모양의 틀과 결합하여, 전기 자극을 통해 손가락을 자연스럽게 움직이도록 만들었다. 실험 결과, 로봇 손은 가위바위보 동작을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 실험용 유리관을 정교하게 잡는 등 세밀한 움직임도 가능했다.

이 연구가 중요한 건, "바이오 하이브리드" 기술이 단순히 실험실에서 작동하는 것을 넘어, 실제 인체 보철물이나 대체 신체로 활용될 가능성을 보여줬기 때문이다. 도쿄대의 다케우치 쇼지 교수는 “다중근육조직 액추에이터 기술이 발전하면 고급 보철물뿐만 아니라, 약물 테스트나 새로운 수술 기법 개발에도 활용될 수 있다”라고 설명했다.

이 같은 연구가 진행되는 이유는 기존의 전기 모터 기반 액추에이터가 갖는 한계 때문이다. 전기 모터는 기계적 정밀도는 뛰어나지만, 생체 조직과 같은 부드러운 움직임을 모방하는 데 어려움이 있다. 또한 모터 기반의 로봇은 에너지를 지속적으로 공급해야 하며, 유연성과 자기 회복 능력이 부족하다.

반면, 생체 조직을 활용한 액추에이터는 자연스러운 움직임과 에너지 효율성 측면에서 우위를 가질 가능성이 있다. 예를 들어, 도쿄대 연구진이 개발한 로봇 손은 일정 시간 휴식을 취하면 근육 세포가 스스로 회복하는 특성을 보였다. 이러한 특성은 장기적으로 인체 보철물이나 의수·의족을 대체할 기술로 발전할 가능성이 크다.

바이오 하이브리드 기술과는 별도로, 전기 모터 없이 근육의 움직임을 모방하려는 연구도 진행되고 있다. 대표적인 사례 중 하나가 클론(KLONE)이라는 기업이 개발 중인 ‘토르소’ 프로젝트다. 이 프로젝트는 전기 모터가 아닌 인공 근육을 이용해 인간과 유사한 동작을 재현하려는 시도다. 클론의 연구진은 인간의 근육을 모방한 복합 소재 액추에이터를 적용해 보다 자연스러운 움직임을 목표로 한다. 

 

https://youtu.be/FowJbzm92NA?feature=shared

 

뿐만 아니라, 형상기억합금(SMA)이나 유체 기반의 소프트 액추에이터 등을 활용한 연구도 다양한 분야에서 시도되고 있다. 전통적인 로봇 설계에서 벗어나, 인간의 움직임을 보다 유기적으로 재현하려는 노력이 계속되고 있는 것이다.

한편, 중국과학기술대(USTC) 연구진은 최근 국제 학술지 Nature Communications에 자유도(Degrees of Freedom) 19를 갖춘 경량 인공 손을 발표했다. 자유도란 물체가 독립적으로 움직일 수 있는 축의 개수를 의미하며, 높은 자유도를 가질수록 더욱 복잡하고 정교한 동작이 가능해진다.

중국 연구진의 인공 손은 근육 대신 형상기억합금을 인공 근육으로 활용했다. 연구팀은 “힘을 별도로 전달하는 경로와 23개의 센서를 손가락과 손목에 통합해 정밀한 관절 제어를 달성했다”고 밝혔다. 이 인공 손은 단순한 움직임뿐만 아니라 머리 빗기, 글쓰기, 악수, 명함 교환, 체스 두기 등의 일상적인 작업까지 수행할 수 있다. 또한, 가위나 스마트폰을 조작하고 수화도 가능할 정도로 정밀한 손재주를 보여주었다.

 

https://www.nature.com/articles/s41467-025-56352-5

이러한 기술의 발전은 로봇이 점점 더 인간의 움직임을 정밀하게 모방할 수 있는 방향으로 나아가고 있음을 시사한다. 특히, 자유도가 높아질수록 로봇 손의 활용 가능성은 더욱 확대될 것으로 보인다. 예를 들어, 기존의 산업용 로봇이나 단순한 의수에서 벗어나, 로봇 손이 인간의 손과 거의 동일한 수준의 기능을 제공할 수 있게 된다. 

 

은이은 | unyiun@outlook.kr 

 

https://www.science.org/toc/scirobotics/10/99

https://youtu.be/FowJbzm92NA?feature=shared

Science Robotics(2025), DOI : https://doi.org/10.1126/scirobotics.adr5512
Nature Communications(2025), DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-025-56352-5
Scienece(2024), DOI : https://doi.org/10.1126/scirobotics.adr9299