▲ 공기압으로 동작하는 4족 소프트 로봇(사진=UC 샌디에이고)

美 UC 샌디에이고 연구진이 공기압으로 동작하는 4족 소프트 로봇을 개발했다. 기존의 많은 소프트 로봇들이 동력을 전달받기 위해 밸브나 펌프, 전자회로 장치 등을 외부에 두는데 반해 이 소프트 로봇은 전자 장치를 전혀 갖고 있지 않으며, 소프트 회로를 내부에 탑재하고 있는 게 특징이다.

마이클 T. 톨리(Tolley) UC 샌디에이고 교수 연구팀은 순전히 공기압으로 동작하는 4족 소프트 로봇을 개발하고, 연구 성과를 ‘사이언스 로보틱스’에 발표했다. 공기압으로 작동하는 신경시스템과 동력장치를 소프트 로봇 내부에 만든 것이다.

연구팀에 따르면 기존 소프트 로봇들은 대부분 공기압으로 동력을 얻지만 전자장치에 의해 제어된다. 소프트 로봇 개발에는 전자회로, 밸브,펌프 등 복잡한 구성 요소가 필요하다. 하지만 소프트 로봇의 두뇌와 신경 시스템을 구성하는 이같은 구성품들은 부피가 크거나 값이 비싼 게 흠이다. 이에 비해 UC 샌디에이고 연구진이 개발한 소프트 로봇은 가볍고 가격이 저렴한 공기압 회로를 채택하고 있으며, 소프트 밸브와 튜브들을 로봇 자체에 탑재하고 있다. 이 소프트 로봇은 명령에 따라 움직이거나 주변 환경으로부터 오는 신호를 센싱해 반응한다.

연구팀은 소프트로봇의 보행 시스템을 제어하는 데 필요한 공기압 방식의 신경시스템을 만드는 데 집중했다. 연구팀은 ‘중앙 패턴 생성기’라고 불리는, 동물에서 발견되는 신경망에서 아이디어를 얻었다. 중앙 패턴 생성기는 보행이나 주행 동작 등을 제어할 수 있는 리듬 패턴을 만들어낸다. 동물의 중앙 패턴 생성기를 모사하기 위해 연구팀은 오실레이터 기능을 하는 밸브 시스템을 만들었다. 이 시스템은 4개의 로봇 다리 부분에 있는 공기압 방식의 근육 속으로 압축 공기를 들어오게 만든다. 연구팀은 로봇의 다리에 공기를 투입하는 것을 지연시키는 방식으로 로봇의 보행 동작을 조정할 수 있는 혁신적인 구성품을 개발했다.

로봇의 보행 동작은 ‘사이드넥 터틀(sideneck turtle)’에게 영감을 받았다. 로봇은 인버터 기능을 하는 3개의 밸브를 갖추고 있으며, 각각의 로봇 다리들은 3자유도를 갖고 있다. 다리들은 45도의 각도를 갖고 있으며, 3개의 공기압 실린더 체임버를 구비했다. 각각의 체임버가 압력을 받으면 반대 방향으로 다리를 움직인다. 소프트 밸브는 시계 방향 또는 반시계 방향으로, 다리의 회전 방향을 전환할 수 있도록 도와준다.

연구팀은 이번에 확보한 연구 성과를 바탕으로 향후 자연스런 지형이나 평평하지 않은 지형에서도 소프트 로봇이 원활한 보행동작을 할 수 있도록 보행 기술을 개선한다는 계획이다.