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하버드, 점프하는 소프트 액츄에이터 개발사이언스 로보틱스에 연구성과 게재
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승인 2020.05.22  16:06:10
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▲ 하버드 연구팀이 최근 버클링(좌굴) 에너지를 이용해 튀어 오르는 소프트 액츄에이터를 개발했다.(사진=테크엑스플로어)

이젠 소프트 로봇이 걷기도 모자라 뛰어다니기까지 한다.

뉴아틀라스 등 매체들에 따르면 하버드 공대(Paulson School of Engineering and Applied Sciences·SEAS)와 생물공학 하버드 비스연구소(Harvard's Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) 연구팀이 최근 버클링(Buckling·좌굴) 에너지를 이용해 점프하는 소프트 액츄에이터를 개발했다. 이 액츄에이터는 탄성 에너지로 튀어 오르는 ‘포퍼(popper)’라는 장난감으로부터 영감을 받아 제작됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지인 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 게재됐다.

이 소프트 엑츄에이터는 볼 모양의 폴리머 캡 2개로 이뤄져 있다. 둘 중 큰 쪽이 위에 있고 작은 쪽이 안에 있다. 둘 사이에 작은 에어 갭이 있으며 바닥에서 서로 연결된다.

이 장치는 두 캡 사이에 압력이 증가해 팽창하는 원리로 튀어 오른다. 두 캡 사이의 틈으로 공기를 펌핑하면 압력이 증가하고 상단에 있는 캡이 위로 팽창한다. 동시에 하단에 있는 캡은 오목한 모양에서 볼록한 모양으로 변한다. 이러한 변화를 통해 아래에 있는 캡이 바닥을 치면 장치가 공중으로 튀어 오른다. 이 같은 과정을 '쉘 버클링(shell buckling)'이라고 부른다. 장난감 포퍼도 이와 동일한 윈리로 추진력을 얻는다고 한다.

▲ 엑츄에이터는 두 캡 사이에 압력이 증가해 팽창하는 원리로 튀어 오른다.(사진=테크엑스플로어)

연구팀에 따르면 해당 장치가 적용된 로봇은 반복해서 점프하는 게 가능하다. 이번 연구에 참여한 '카티아 베르톨디(Katia Bertoldi)' 교수는 "이 액츄에이터는 이미 기어가기, 걷기, 수영하기 등이 가능한 소프트 로봇에 점프 기능을 부여할 수 있는 빌딩 블록(building block)이다. 이 액츄에이터 덕분에 로봇은 미지의 지형도 안전하게 이동할 수 있었다"라고 설명했다.

이번 연구에는 최근에 나온 수치 시뮬레이션 툴도 사용됐다. 덕분에 두 캡 사이의 압력 부피 관계를 조절하는 게 가능해져 일정한 양의 에너지를 계속해서 빠르게 방출할 수 있는 소프트 로봇을 개발할 수 있었다. 이번 연구에 적용한 기술은 앞으로 정맥에 구멍을 뚫는 '소형 의료기기'부터 고르지 않은 지형을 횡단하는 '대형 탐험 로봇'에 이르기까지 다양한 분야에 사용될 전망이다.

조상협  robot3@irobotnews.com
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