▲ 스탠포드대가 개발한 소프트 로봇(사진=유튜브 갈무리)

공기압 또는 유압 방식으로 동작하는 소프트 로봇은 보통 외부에서 동력을 제공받는다. 펌프를 이용하거나 소프트 로봇과 '비소프트적인(non-soft)‘ 동력원을 케이블 또는 끈으로 연결해 공기나 액체를 주입받는다. 만일 소프트 로봇이 펌프나 외부 동력원과 연결되어 있지 않다면 로봇 내부에 있는 공기나 액체의 흐름에 의존해 동작을 수행해야 한다.

‘IEEE 스펙트럼’에 따르면 스탠포드대 연구진은 펌프나 외부 동력원 없이 트랜스포머처럼 형태를 바꿔가면서 이동할 수 있는 소프트 로봇을 개발했다. 이번 연구 성과는 ‘사이언스 로보틱스’ 최신호에 게재됐다.

연구진이 개발한 소프트 로봇은 공기로 꽉 들어찬 막대기 모양의 패브릭 소재 '튜브'를 트러스(truss)와 같은 구조로 엮어 만든다. 생김새는 NASA 에임즈연구소에서 개발한 텐세그리티(tensegrity) 로봇을 닮았으나 케이블 처럼 팽팽한 긴장감(장력)을 갖고 있는 구조적 요소를 갖고 있지 않다는 점에서 텐세그리티 로봇은 아니라고 한다.

▲ NASA의 텐세그리티 로봇(사진=NASA)

스탠포드대의 소프트 로봇은 패브릭 튜브 위를 이동할 수 있는 ‘롤러 모듈(roller module)’을 튜브에 묶는 방식으로 로봇의 관절을 만들고, 튜브로 다양한 형태를 구현해 여러 동작을 만들 수 있다. 2개의 롤러 모듈이 튜브를 집게처럼 꼭 집으면서 관절을 형성한다. 여기서 중요한 것은 롤러 모듈이 튜브 위에서 이동이 가능하다는 점이다. 관절을 만들고 싶은 부분에 2개의 롤러 모듈을 이용해 튜브를 꼭 집어 고정시키고, 롤러 모듈끼리는 2개의 긴 막대기(rod)를 연결해 '노드(node)'를 구성한다. 노드 부분은 3자유도를 갖는다.

▲ 소프트 로봇의 구조(사진=스탠포드대)

롤러 모듈의 위치에 따라 패브릭 튜브의 길이가 길어지거나 짧아진다. 즉 롤러 모듈을 움직이는 방식에 따라 로봇의 형태와 움직임이 만들어지는 것이다. 튜브의 길이가 길어지거나 짧아지는 것에 상관없이 전체 튜브에 있는 공기의 총합은 똑 같다. 외부에서 공기를 주입받지 않더라도 스스로 움직일 수 있는 동력을 제공받는 셈이다. 이 소프트 로봇은 롤러 모듈을 추가하거나 빼는 방식으로 다양한 형태와 동작을 만들 수 있다.

연구팀은 이 소프트 로봇을 이용해 특정 형태를 갖는 디스플레이를 만들거나, 3D 프린터로 출력하는 것처럼 로봇의 형태를 역동적으로 바꿀 수 있다고 지적했다. 또 패브릭 튜브 대신 터치에 민감한 소재를 활용하면 디스플레이 로봇과 사용자들이 직접적으로 소통하는 것도 가능하다. 아주 좁고 길이가 긴 공간에 적합하도록 체인 형태의 소프트 로봇도 만들 수도 있다는 게 연구진의 설명이다.