물리적으로 지능화된 소재는 탑재 에너지 원이나 정교한 제어 알고리즘과 무관하게 무선 동력 구동의 기동성을 제공하므로, 소형화된 로봇 시스템에 매우 적합하다. 액정 고분자(LCP)는 이방성 액정 분자의 질서–무질서 전이(order–disorder transition)에 의해 온도 변화 시 형상을 변형할 수 있다. 메소겐 단위(mesogenic units)로 형성된 액정(LC)은 다양한 메조페이즈(mesophases)를 나타내며, 특히 장거리 배향 질서(long-range orientational order)를 특징으로 하는 네마틱(nematic) 상이 대표적이다. 이러한 LC의 배향 질서는 메소겐 단위의 이방성 기하학이 유도하는 단거리 반발력과, 정렬된 상태를 안정화하는 π–π stacking 및 분산력(dispersion forces)과 같은 장거리 분자 간 상호작용의 상호작용에서 기인한다. LCP는 열변성(thermotropic) LC 분자를 네트워크 구조에 공고유(covalent) 결합으로 편입하여 합성된다. 가열 시 LC 분자는 배향 질서를 부분적으로 상실하며, 그 결과 분자 정렬 방향을 따라 이방성 수축이 발생한다. 구속되지 않은(untethered) 형상 제어를 달성하기 위해, LCP는 분자 수준에서 설계되거나 다양한 외부 자극에 반응하도록 기능성 소재와 통합된다. 이러한 자극은 열(전도, 광열, 전기열), 전기장, 자기장, 빛 자극으로 분류할 수 있으며, 각각 서로 다른 구동(actuation) 경로를 제공한다. 그중 빛은 두 가지 주요 메커니즘을 통해 LCP 형태 변형을 유도한다: 광화학적(photochemical) 작용과 광열적(photothermal) 작용이다. 광화학적 효과는 내재된 포토스위치(예: 아조벤젠)의 광이성질화(photoisomerization)에 기반하며, 피부–벌크(skin-bulk) 효과를 통해 거시적 변화를 유발한다. 반대로 광열적 효과는 기능성 소재(예: 광열 입자 또는 염료)를 삽입하거나 이를 이중층(bilayer) 구조에 통합함으로써 달성할 수 있다. 즉, 흡수된 광자를 열로 전환하여 LCP의 질서–무질서 전이를 유도한다. LCP 시스템은 고정된 변형을 수행하는 수준에서 출발하여, 육상·수중·공중 환경에서의 자율 이동을 포함하는 정교한 동적 보행(locomotion)으로 점진적으로 진화해 왔다. 이러한 고차원 LCP 보행 구동체(locomotor)의 구현은 로봇–환경 상호작용에 대한 전반적인 이해와 정교한 공학 전략의 통합에 달려 있다. 이에 본 스포트라이트는 LCP 기반 구동기의 성능을 향상시키기 위한 분자 공학(molecular engineering), 기하학적 맞춤(geometric tailoring), 자극 조절(stimuli modulation) 전략을 개관한다. 우리는 LCP 기반 소프트 로보틱스 및 형상 재구성(shape-reconfigurable) 장치에서 광자 또는 열 에너지를 기계적 에너지로 전환하는 근본 원리를 논의한다. 또한, LCP의 자연 모사(nature-inspired) 보행에 관한 최근의 성과를 소개하며, 구름(rolling), 등반(climbing), 점프(jumping)를 포함한 다양한 동적 거동을 가능하게 하기 위한 분자 기하학 설계에 중점을 둔다. 마지막으로, 유연 전자(flexible electronics) 및 이동 구동 전원(locomotive power sources)과 같은 기능성 시스템으로서 LCP 복합재의 설계 전략을 강조하여 실제 응용에 대한 통찰을 제공한다.

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