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생물처럼 주변환경 지각하는 소프트 로봇싱가포르국립대, 박막(thin-film)에 변형 센서, 온도 센서, 액추에이터를 통합한 로봇 개발
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승인 2020.05.01  19:16:00
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▲ 초소형 키리가미 SLiR 로봇.(사진=싱가포르국립대)

살아있는 유기체는 동물과 식물의 복잡한 움직임을 모사한 소프트 로봇 연구에 좋은 아이디어를 제공해 주었다. 하지만 현재 소프트 로봇은 감각 능력이 제한적이거나 전혀 없기 때문에 감각 기능을 갖춘 인공지능(AI) 로봇으로 발전하기가 어려운 상황이다. 이를 해결하기 위해선 고도로 통합된 작동 및 감지 메커니즘이 중요한데, 이는 로봇 크기가 작아질수록 더욱 어려워진다.

이 같은 상황에서 싱가포르국립대(National University of Singapore) 연구팀이 115 마이크로미터(µm) 이하 박막(thin-film)에 변형 센서, 온도 센서, 액추에이터를 통합한 '빛으로 구동되는 로봇(a light-driven robot)'을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 이번 연구성과를 독일 재료공학분야 국제학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 게재했다.

이 빛으로 구동되는 체성감각 로봇(somatosensory light-driven robot·SLiR)은 살아있는 유기체로부터 영감을 받아 제작돼 물체의 변형과 온도를 동시에 감지할 수 있는 기능을 갖췄다. 이로써 소프트 로봇이 주변 환경은 물론 자신의 신체 상태에 대한 복잡한 지각을 지니는 게 가능해졌다고 연구팀은 설명했다.

이번 연구를 주도한 ‘호김 웨이(Ho Ghim Wei)’연구원은 “이 완전한 일체형 필름 구조물은 반사 모양과 이동을 동시에 가능케 하기 위해 비간섭적 압전 저항 변형(non-interfering piezoresistive strain) 및 초전성 온도 센서(pyroelectric temperature sensor)를 탑재했다. 이 같은 구조물 덕분에 지각과 운동성을 겸비한 맞춤형 소형 소프트 로봇을 제작할 수 있게 됐다”라고 밝혔다.

연구팀은 3D 프린팅과 키리가미(kirigami) 기술을 결합해 이를 로봇 제작에 적용했다. 이를 통해 감지 회로의 선택적 인쇄와 프로그래밍 방식의 로봇 모양 패턴화가 가능해 졌다. 또 다양한 프로토타입을 사용자 요구에 맞춰 제작하거나 소형화하는 게 쉬워졌다.

이번 연구에 참여한 '샤오차오 왕(Xiao-Qiao Wang)'은 “이 유연한 일체형 필름 합성물은 센서와 액츄에이터의 임의적인 패턴화를 허용하며, 키리가미를 통해 다양한 2D를 여러 3D 프로토타입으로 변환하는 것도 가능하다. 게다가 로봇의 크기도 쉽게 줄일 수 있다”고 설명했다.

▲ 집단적 운동성과 다양한 센서를 갖춘 SLiR 지네(사진=싱가포르국립대)

연구팀은 고유수용성 감각과 외부수용 피드백이 가능한 키리가미 소프트 로봇을 몇 가지 프로토타입으로 제작했다. 이 중 하나가 '로봇 보행기'다. 이 보행기는 표면이 상이한 지형을 통과할 경우 미묘한 지형 질감뿐 아니라 상세한 걸음걸이에 관한 피드백을 제공한다. 다른 하나는 체성감각 수신 기능을 지닌 '의인형 손'이다. 다양한 손가락 움직임을 구현하고 뜨거움과 차가움, 강함과 부드러움을 지각하는 기능을 갖췄다. 마지막은 걷기와 회전이 가능한 '지네 로봇'이다. 빛의 강도, 풍속, 접촉, 광감각 등을 감지할 수 있다.

SLiR은 능동적인 ‘인간-로봇 상호 작용’, ‘환경 데이터 수집’, ‘작동 및 감지 시스템의 폐 루프 제어(closed-loop control)’에 사용될 전망이다. 연구팀은 특히 이번 연구에 사용한 설계 원리 및 제작 방식이 대량으로 제작이 가능한 소프트 바디 시스템을 제공할 것으로 보고 있다.

조상협  robot3@irobotnews.com
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