[과학을 읽다]더우면 붙고 차가우면 떨어진다

UNIST 연구팀, '스마트 접착 패드' 개발

▲문어 빨판 모사 스마트 접착 패드의 전자현미경 이미지.[사진제공=UNIST]

[아시아경제 정종오 기자] 온도 변화에 따라 달라붙고 떨어지는 패드가 나왔습니다. 더우면 붙고 차가우면 떨어지는 문어 빨판 접착판이 개발됐습니다. 국내 연구팀이 문어 빨판처럼 표면에 착 달라붙는 '스마트 접착 패드'를 내놓았습니다.

외부 온도가 높으면 달라붙고 온도가 낮으면 떨어지는 특성을 가집니다. 이용자가 원하는 부분에 필요한 만큼 붙일 수 있는 고성능 스마트 접착 패드입니다. 의료용 접착패치, 로보틱스 분야에 폭넓게 응용될 중요한 소재가 될 것으로 기대됩니다.

문어는 다리에 있는 빨판 속 근육을 움직여 외부 표면에 달라붙는 정도를 조절합니다. 빨판이 어떤 표면에 달라붙으면 외부와 단절된 공간(cavity)이 생깁니다. 문어가 빨판 근육을 움직이면 빨판 벽 두께가 달라져 공간 크기에도 영향을 주죠.

이는 공간 내·외부 압력차이로 이어져 접착특성까지 조절합니다. 빨판 벽이 얇으면 공간 내 압력이 낮아져 잘 달라붙고 반대의 경우는 잘 떨어지는 것이죠. 문어는 이 원리를 이용해 외부 표면에 접착하거나 기어오릅니다.

연구팀은 문어 빨판의 구조와 접착특성 조절 원리를 스마트 접착 패드에 적용했습니다. 우선 고분자 탄성체인 PDMS(polydimethylsiloxane)에 움푹 파인 구멍을 뚫고 여기에 열반응성 하이드로젤(pNIPAM)을 붙인 뒤 코팅했습니다. 구멍 뚫린 PDMS가 빨판 모양이고 열에 반응하는 하이드로젤이 빨판 근육 역할을 하도록 만들었습니다.

열반응성 하이드로젤인 pNIPAM은 32도 보다 높은 온도에서는 수축하고 이보다 낮은 온도에서는 습윤 팽창하는 성질을 가지고 있습니다. 이 재료로 만든 스마트 접착 패드는 외부 표면에 닿았을 때 온도에 따라 접착특성이 달라져 문어 빨판처럼 작동하게 됩니다.

이번에 개발된 스마트 접착 패드는 특히 붙이기 전에 미리 눌러주는 '예압(preload)'이 필요치 않습니다. 마이크로·나노 분야에서 응용가능성이 클 것으로 기대됩니다.

이번 연구는 고현협 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀과 김형준 KIST(한국과학기술연구원) 박사팀은 수행했습니다.

고현협 교수는 "새로운 개념의 생체모사 스마트 소재를 개발함으로써 기존보다 우수한 접착특성을 갖는 스마트 접착 시스템을 구현해냈다"며 "이번 성과는 전자소자 분야뿐 아니라 의료용 접착패치, 로보틱스 분야에 폭넓게 응용될 중요한 소재가 될 것"이라고 설명했습니다.