로봇이 오래 움직이려면 배터리를 크게 만들거나 충전소를 찾아야 한다. 그런데 야외에는 매일 반복되는 에너지원이 하나 있다. 낮에는 따뜻해지고 밤에는 식는 온도 변화다. 2026년 9월 7일 《네이처 커뮤니케이션즈》에 공개된 연구는 이 느린 열의 변화를 공기압으로 바꿔 소프트로봇을 움직였다.
연구진이 제안한 방식은 주변 열에너지를 받아 압력으로 저장한 뒤, 조건이 맞으면 스스로 방출하는 열공압 시스템이다. 전자제어장치로 매번 명령하거나 사람이 다시 충전하지 않아도 주기가 반복되도록 설계했다.
느린 온도 변화가 어떻게 빠른 동작이 되나
핵심은 에너지를 모으는 시간과 쓰는 시간을 분리하는 데 있다. 낮 동안 온도가 오르면 끓는점이 낮은 작동유체의 상태가 변하고 밀폐된 회로 안에 압력이 쌓인다. 압력이 임계점에 이르면 밸브와 공압 회로가 작동해 부드러운 구동기를 움직인다.
댐에 물을 천천히 모았다가 수문을 열어 짧은 시간에 흘려보내는 것과 비슷하다. 환경의 온도는 몇 시간에 걸쳐 변하지만, 로봇은 모아둔 압력을 짧은 움직임으로 바꿀 수 있다.
실제 야외 열주기 한 번에서 자가진동 구동기는 142회 작동했다. 두 다리를 가진 공압 소프트로봇도 수확한 열에너지로 이동했다. 하루의 온도 변화가 단순한 배경이 아니라 구동 순서를 만드는 에너지원이 된 것이다.
‘무동력’이 아니라 주변 에너지를 쓰는 로봇이다
배터리가 없다는 말이 에너지가 필요 없다는 뜻은 아니다. 이 시스템은 햇빛과 기온 변화가 만든 열을 받아야 한다. 빛이 약하고 낮밤 기온 차가 작은 환경에서는 모을 수 있는 에너지도 줄어든다. 연구진의 모델은 충분한 빛과 주변 온도 조건이 있어야 여러 지역에서 적용 가능하다고 본다.
또 하루 단위로 천천히 충전되는 구조라 빠르게 달리거나 큰 힘을 계속 내는 작업에는 맞지 않는다. 반대로 멀리 떨어진 농지나 자연환경에서 밸브를 여닫고, 센서 위치를 조금 바꾸고, 오랫동안 단순 작업을 반복하는 장치에는 장점이 있다. 배터리 교체를 위한 방문 자체가 큰 비용인 곳이라면 속도보다 자율성이 중요하다.
전자장치가 줄어도 고장은 남는다
전자부품이 적으면 습기와 부식에 대한 취약점이 줄 가능성은 있다. 하지만 작동유체 누출, 밀폐 불량, 공압 통로의 오염, 재료 피로 같은 기계적 문제는 남는다. 낮밤 온도차가 계절과 날씨에 따라 달라질 때 움직임을 일정하게 유지하는 방법도 필요하다.
실제 제품이 되려면 몇 번의 시연보다 긴 수명시험이 중요하다. 작동유체의 안전성, 온도 범위, 반복 횟수, 고장 때 멈추는 상태와 회수 방법을 검증해야 한다. 주변 열을 쓴다는 장점이 주변 조건에 크게 의존한다는 약점과 붙어 있다.
질문을 배터리 크기에서 현장의 리듬으로 바꿨다
이 연구는 더 좋은 배터리를 만드는 대신 “현장에 이미 반복되는 에너지를 어떻게 모을까”라고 물었다. 자연의 느린 주기와 로봇의 짧은 동작을 공압 회로로 연결한 것이다.
당장 집 안을 뛰어다니는 로봇을 기대할 단계는 아니다. 하지만 자주 찾아가 충전할 수 없는 곳에서 작고 단순한 일을 오래 하는 기계라면 이야기가 달라진다. 빠른 로봇이 아니라 오래 버티는 로봇의 설계 방향을 보여준 연구다.
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