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하버드대, 소프트 액추에이터 제어용 '소프트 밸브' 개발PNAS에 연구 성과 발표...생체 모방 로봇ㆍ소프트 로봇 등에 적용 가능
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승인 2021.09.09  15:36:47
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▲ 하버드대 연구팀이 개발한 소프트밸브.(이미지=하버드대)

미 하버드대 존폴슨공학ㆍ응용대학(SEAS) 연구팀이 유압식 소프트 액추에이터를 제어할 수 있는 전기 구동 방식 소프트 밸브를 개발했다고 8일(현지 시각) 발표했다.

이 소프트 밸브는 보조 및 치료기기, 생체모방 소프트 로봇, 소프트 그리퍼, 수술용 로봇 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구진은 논문을 미국 국립과학원 회보인 PNAS(The Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재했다.

연구진에 따르면 유압식 소프트 로봇은 전통적인 강성 로봇(rigid robots)이 수행할 수 없는 분야를 탐험하는 데 유리하며, 섬세한 물체와 상호작용할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 하지만 소프트 로봇에 전원을 공급하는 많은 부품들이 딱딱한 물성을 가지고 있기 때문에 완벽한 소프트 로봇을 만드는 것은 매우 도전적인 과제다.

연구 논문 수석저자인 로버트 J.우드 교수는 "오늘날의 엄격한 규제시스템은 유압식 소프트 로봇의 적응성과 이동성을 상당히 제한하고 있다“며 ”소프트 온보드 제어 가능성을 열어주는 유압 소프트 액추에이터 제어용 경량 소프트 밸브를 개발했다“고 말했다.

이번에 개발한 소프트 밸브는 완전히 새로운 기술은 아니다. 하지만 현재까지 개발된 어떤 밸브도 기존의 유압식 액추에이터가 요구하는 압력이나 유속을 달성하지 못했다.

이 같은 한계를 극복하기 위해 하버드대 연구팀은 전기 동력으로 구동되는 ‘동적 유전체 탄성중합체 액추에이터(DEA·dynamic dielectric elastomer actuators)'를 개발했다. 이 소프트 액추에이터는 초고출력 밀도를 가지고 있으며 무게도 가볍다. 연구팀은 유전체 탄성중합체 액추에이터를 소프트 채널과 결합해 유체 제어용 소프트 밸브를 만들었다.

논문 제1 저자인 시이쉬는 "이번에 개발된 소프트 밸브는 반응 시간이 빠르고 유압식 액추에이터의 요구에 맞도록 유체 압력과 유속을 제어할 수 있다. 이 밸브는 수백 마이크로리터(microliters)에서 수십 밀리리터(milliliters)에 이르는 내부 체적을 가진 유압식 액추에이터를 빠르고 강력하게 제어할 수 있다"고 말했다.

연구진은 DEA 소프트 밸브를 사용해 서로 다른 체적의 유압 액추에이터를 제어하는 것을 시연하고, 단일의 유압 소스로 복수의 액추에이터를 독립적으로 제어할 수 있다는 것을 입증했다. 시이쉬는 "이 작고 가벼운 DEA 밸브는 유압식 액추에이터를 전기적으로 제어할 수 있기 때문에 향후 유압식 소프트 로봇의 온보드 모션 제어에 대한 잠재력을 보여준다“고 말했다.

이번 연구는 미국과학재단과 미국 정부의 '국가 로봇 이니셔티브'의 지원을 받아 이뤄졌다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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