국내 연구진이 자연의 펠리컨장어에서 영감을 얻어 접히고 늘어나는 종이접기 기반의 소프트 로봇을 개발했다.

서울대 인간중심 소프트 로봇기술 연구센터 센터장인 기계항공공학부 조규진 교수 연구팀은 포르투갈 레비코프-니겔러 재단과의 협업 연구로 생체를 모사한 종이접기 구조의 소프트 로봇을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 로봇 분야 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스(Science Robotics)’에 11월 27일자 표지로 실렸다.

이번 연구는 자연의 펠리컨장어에서 영감을 얻었다는 점에서 주목할 만하다. 펠리컨장어는 1000미터 이하의 심해에 사는 생물로, 머리를 풍선처럼 부풀릴 수 있는 게 특징이다. 연구팀은 펠리컨장어의 접힌 머리와 많이 늘어나는 피부에서 착안해 그 원리를 이용한 소프트 로봇을 개발했다.

연구팀은 ‘펴짐’과 ‘늘어남’ 두 가지 모핑이 동시에 일어나는 것이 아주 큰 형상변화를 만들 수 있다는 것을 입증했다. 이를 위해 기본적인 종이접기 형태 중 하나인 ‘물고기 베이스 종이접기’를 고인장 재료로 제작해 구동한 결과, 그 모양이 펠리컨 장어와 유사하다는 것을 밝혔다.

서울대 조규진 교수는 “소프트 로봇은 피부를 늘려서 움직이는 반면, 종이접기는 ‘접힘'과 ‘펴짐'을 이용해 움직인다”며, “부드럽고 늘어나는 종이접기 구조를 통해 이 두 가지 구동원리를 하나로 합친 것”이라고 말했다.

연구팀은 생체모사 원리를 기존의 종이접기 구조인 미우라 다면체와 요시무라 실린더에 적용해 탄성중합체로만 이뤄진 종이접기 구조의 소프트 로봇을 만들었다. 구조 내부의 공압 네트워크에 공기를 넣으면 구조 전체가 종이접기의 ‘펴짐’ 원리로 전개되며, 이후 부드러운 피부가 늘어나며 ‘굽힘’과 같은 소프트 로봇 동작을 한다.

개발된 로봇을 이용해 연구진은 ▲매우 작은 크기로 해초에 숨어 있다가 1m 이상 늘어나는 수중 탐색 로봇 ▲작은 크기로 접혀 있다가 다리가 늘어나 움직이는 로봇 ▲늘어나는 손가락을 활용한 소프트 그리퍼 등을 제작했다. 이 로봇들은 작은 크기로 접어 보관하다가 필요시 10배 이상 펼쳐서 사용할 수 있으며, 자동으로 쉽게 다시 접을 수 있다.

조규진 교수는 “매우 작게 접혀 있다가 필요할 때 펼쳐져서 작동하는 이중구동 원리를 연구하며 아직까지 개발되지 못한 운동학적 특징들을 밝혔다”며, “이번 연구에서 개발된 소프트 로봇 모핑 기술은 휴대용 로봇, 그리퍼, 로봇 팔, 모바일 로봇, 수술 로봇 등의 다양한 분야에 활용될 것”이라고 전했다.