본 연구실은 차세대 로봇공학을 위한 스마트 소프트 액추에이터와 인공근육 개발에 중점을 두고 있습니다. 기존의 경직된 로봇 시스템과 달리, 소프트 액추에이터는 유연성과 적응성을 갖추어 인간과 유사한 동작을 구현할 수 있습니다. 이를 위해 MXene, 금속-유기 골격체(MOF), 그래핀, 탄소나노튜브 등 첨단 나노소재를 전도성 고분자와 융합하여 전기화학적, 이온성, 자성, 광응답성 등 다양한 구동 메커니즘을 구현합니다. 이러한 소재 기반의 인공근육은 저전력, 고내구성, 빠른 응답속도, 대변형 특성을 동시에 달성할 수 있습니다. 특히, 본 연구실은 MXene-MOF 하이브리드, 코발트 MOF 유도 다공성 탄소, 트리아진 프레임워크 등 혁신적인 전극 및 전해질 소재를 설계하여, 인공근육의 내구성과 성능을 극대화하였습니다. 이와 함께, 착용형 햅틱 인터페이스, 메타구조 기반의 오그제틱 패브릭, 형상기억합금 매듭 구조 등 다양한 메타구조 설계 기법을 적용하여, 실제 인간의 손가락, 팔, 다리 등과 유사한 다차원적 움직임과 촉각 피드백을 구현합니다. 이러한 연구는 가상현실, 원격 로봇 조작, 재활 및 헬스케어, 웨어러블 디바이스 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 미래의 인간-로봇 상호작용을 혁신적으로 변화시킬 핵심 원천기술로 자리매김하고 있습니다.

본 연구실은 차세대 에너지 하베스팅 및 저장 기술 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 마찰전기 나노발전기(TENG), 트리보일렉트릭 나노소자, 플렉시블 마이크로 슈퍼커패시터, 구조 배터리 등 다양한 에너지 소자를 개발하여, 웨어러블 및 IoT 환경에서 자가발전 및 에너지 자립형 시스템을 구현하고 있습니다. 특히, MXene, MOF, 코발트 기반 다공성 탄소, 그래핀 등 고성능 나노소재를 활용하여, 높은 출력 밀도와 내구성, 유연성을 동시에 확보한 에너지 소자를 설계합니다. 마찰전기 나노발전기는 인간의 움직임, 환경 진동, 유동 기반 에너지 등 다양한 저주파 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 바이오 기반 소재(키토산, 셀룰로오스, 규조 실리카 등)와 결합하여 생체적합성 및 친환경성을 극대화하였습니다. 또한, MXene-알지네이트 복합폼, MOF-나노섬유 필름, 금속 산화물 기반 전극 등 혁신적인 소재 설계를 통해, 에너지 저장소자의 용량, 충방전 속도, 내구성, 안전성을 크게 향상시켰습니다. 이러한 연구는 웨어러블 전자기기, 자가전력 센서, 스마트 의류, 해양 및 환경 모니터링 시스템 등 다양한 응용 분야에서 실질적인 에너지 솔루션을 제공하며, 미래의 지속가능한 에너지 사회 실현에 기여하고 있습니다.

본 연구실은 메타구조 설계와 음향/진동 제어 분야에서도 독창적인 연구를 진행하고 있습니다. 트리플리 미니멀 서피스(TPMS), 오그제틱(음의 포아송비) 구조, 슈바르츠 메타폼, 바이오모방 리켄-슈바르츠 메타물질 등 다양한 3차원 메타구조를 설계하여, 소음 차단, 충격 흡수, 환경 적응형 구조체 개발에 적용합니다. 이러한 메타구조는 주파수 선택적 소음 차단, 다중 밴드갭 조절, 화재 및 습도 제어 등 기존 소재로는 구현하기 어려운 다기능성을 제공합니다. 특히, 환경 소음 저감, 스마트 홈, 산업 설비, 건축 음향, 해양 환경 모니터링 등 실제 응용을 위한 맞춤형 메타구조 설계와 실험적 검증을 수행하고 있습니다. 또한, 그래핀, MXene, 폴리우레탄, 나노복합체 등 첨단 소재와 결합하여, 경량화, 내구성, 친환경성, 대면적 제조 등 실용화 측면에서도 우수한 성능을 확보하였습니다. 이러한 연구는 미래 도시의 소음·진동 문제 해결, 친환경 건축, 스마트 인테리어, 환경 센서 및 에너지 하베스팅 융합 등 다양한 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공하며, 인간 중심의 쾌적하고 안전한 환경 조성에 기여하고 있습니다.