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캠브리지대, 피아노 치는 로봇 핸드 개발연구 논문 '사이언스 로보틱스'에 게재
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승인 2018.12.31  10:20:49
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인간 손의 복잡한 움직임을 흉내내는 것은 로봇에게 쉬운 일이 아니다. 여러 개의 뼈와 관절뿐 아니라 힘줄, 인대, 근육, 신경 등이 복합적으로 작용하기 때문이다.

‘뉴아틀라스’에 따르면 캠브리지대학의 연구원들은 로봇 손의 제어를 위해 필요한 프로그래밍을 줄이고 디자인을 단순화하는 방법을 연구했다. 그 결과, 키보드를 움직이며 피아노를 연주하는 부드러운 골격의 로봇 핸드를 개발했다. 이 연구 논문은 사이언스 로보틱스 저널에 실렸다.

   
 
로봇 핸드는 사람 손의 뼈와 인대를 본질적으로 복제한 부드럽고 견고한 재료를 사용해 스트라타시스(Stratasys)의 코넥스5000(Connex 5000) 3D 프린터를 통해 인쇄됐다. 이는 UR5 로봇 팔에 손목으로 부착되어 파이썬 API를 사용해 골격의 정확한 제어를 가능하게 했다.

손가락은 액추에이터나 유압장치가 없기 때문에 스스로 움직일 수 없지만 손목을 비틀어 피아노 건반의 키를 뽑아내는 방식으로 간단한 음을 내는데 성공했다. 또 3D 프린팅 덕분에 연구원들은 뼈 사이 인대의 강성을 변화시켜 연주 및 이동의 유연성을 구현할 수 있었다.

프로젝트 책임자인 후미야 이이다(Fumiya Iida) 박사는 "우리의 신체는 뇌, 인대, 피부와 같은 똑똑한 기계 디자인으로 구성돼있어 뇌가 주도하는 능동적인 통제없이도 지능적으로 행동할 수 있다"고 말한다. 또 "인간의 부드러운 손을 인쇄하는 최첨단 3D 프린팅 기술을 사용함으로써 실제 인간 피아노 연주자가 할 수 없는 활동 제어와는 별개로 물리적 디자인의 중요성을 탐색할 수 있게 됐다"고 덧붙였다.

과학자들은 한 손가락 두드리기, 엄지 손가락 동작 및 한뼘 행동 등을 관찰했다. 4개의 단일 손가락이 상이한 제어 매개변수가 관찰된 첫 번째 일련의 실험에 사용되었다. 엄지 손가락 움직임 실험에는 엄지 손가락과 검지 손가락이 모두 포함되었고 노트 위에서 순차적으로 이동할 때 인간 참가자의 행동을 재현하는 것을 목표로 했다. 한뼘 동작에서는 점프를 하거나 전환을 하는 것이 게임의 목표였다. 피아노의 힘 감지 저항기는 아두이노 마이크로 컨트롤러로 재생해 동작과 성능을 측정했다.

연구팀의 조시 휴즈(Josie Hughes)는 "우리는 로봇의 걷기, 수영, 비행 등 다양한 동작을 달성하고자 수동성을 사용할 수 있다"며 "스마트한 기계 디자인을 통해 최소한의 제어 비용으로 최대의 이동 범위를 달성할 수 있게 해준다"고 말한다.

더 발전된 로봇 손의 많은 예가 있기 때문에 이 로봇이 어떤 피아노 연주 대회에서 우승하기는 힘들다. 하지만 연구자들은 로봇이 에너지 사용을 줄이면서 보다 자연스러운 움직임을 가능하게 하는 로봇 디자인을 이끌 수 있다고 강조한다. 이 연구는 미래에 더 복잡한 조작을 연구하기 위해 활용될 수 있으며 의학적 과제를 수행하거나 취약한 물체를 다루는 로봇의 개발로 이어질 수 있다.

김지영  robot3@irobotnews.com
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