▲ 장갑을 낀 로봇 핸드가 물건을 잡고 있는 모습(사진=MIT)

MIT 연구진이 맞춤형 로봇 핸드를 3D 프린터를 이용해 쉽게 제조할 수 있는 '대화형 설계 기술(interactive design pipeline)'을 만들었다고 25일(현지 시각) 밝혔다. 촉각센서를 갖춘 로봇 핸드를 제작하는 과정에 모듈 방식을 도입해 제작 과정을 한층 단순화하고, 간소화했다.

연구진에 따르면 일반적으로 로봇 전문가는 맞춤형 매니퓰레이터를 설계하는 데 수개월을 투자해야 한다. 이 과정에서 여러 시행 착오를 거치며, 설계를 반복할 때마다 처음부터 다시 설계하고, 테스트하며, 새로운 부품을 필요로 한다. 이번에 개발한 새로운 파이프라인은 수동식의 조립이나 전문 지식을 필요로 하지 않는다.

마치 디지털 레고를 조립하는 것처럼, 설계자는 인터페이스를 사용해 제조 가능한 모듈식 구성요소들을 결합해 로봇 매니퓰레이터를 구성한다. 사용자는 로봇핸드의 손바닥과 손가락을 조정해 특정 작업에 맞게 조정한 다음, 촉각 센서를 최종 설계에 용이하게 통합할 수 있다.

설계가 완료되면 소프트웨어가 매니퓰레이터 제조에 필요한 3D프린팅 및 머신 니팅(knitting) 파일을 자동으로 생성한다. 센서들은 매니퓰레이터가 섬세한 물건을 집거나 도구를 사용하는 것과 같은 복잡한 작업을 수행할 수 있도록 지원한다.

MIT 연구진은 "이 파이프라인의 가장 흥미로운 점은 일반 사용자가 설계에 접근할 수 있다는 것이다. 몇 달 또는 몇 년 동안 설계에 매달리고, 시제품 제작에 돈을 많이 들이는 대신 몇 분 안에 시제품을 제작할 수 있다“고 설명했다.

연구진은 파이프라인에 대한 연구를 시작하기 전에 ‘모듈화’의 개념에 대해 숙고했다. '형태'보다는 '구성 요소' 기능에 대해 창의적으로 생각했고, 수 조(trillion)개에 달하는 매니퓰레이터의 종류들을 만들 수 있는 15개의 부품들을 구상했다.

연구진은 사용자가 3D 디자인 공간에서 구성 요소를 섞고 일치시키는 직관적인 인터페이스를 만드는데 연구의 초점을 맞췄다. ‘그래프 문법(graph grammar)’이라고 알려진 일련의 생산 규칙들은 관절이나 손가락 축과 같은 각 구성요소를 결합하는 방법을 제어한다. 사용자가 매니퓰레이터 구조를 만든 후에는 구성요소를 변형해 특정 작업에 맞게 조정할 수 있다.

매니퓰레이터가 사무실 가위를 다루기 위해선 더 얇은 손가락 끝부분을 가진 손가락이 필요하며, 병을 잡기 위해선 구부러진 손가락이 필요하다. 이 변형 단계에서 소프트웨어는 각 구성요소를 디지털 케이지(digital cage)안으로 넣는다. 사용자는 각 케이지의 모서리를 끌어와 구성요소를 펼치거나 구부릴수 있다. 이어 사용자는 촉각 센서의 위치를 확인한다. 이 센서는 3D 프린팅 로봇 매니퓰레이터 주위에 안전하게 들어 맞도록 니트 장갑에 통합된다.

장갑은 2개의 직물 층으로 구성되어 있는데, 하나는 수평 압전 섬유를 포함하고 있으며, 다른 하나는 수직 압전 섬유를 포함하고 있다. 압전 물질은 압착될 때 전기신호를 생성한다. 촉각 센서는 수평 및 수직 압전 섬유가 교차하는 곳에서 형성되며, 압력 자극을 측정할 수 있는 전기신호로 변환한다.

연구진은 설계 인터페이스를 만든 후에 계란 집기, 가위로 종이 자르기, 병에서 물 붓기, 윙너트(wingnut) 나사 고정 등 네가지 복잡한 작업에 적합한 맞춤형 매니퓰레이터를 제작했다.

연구진이 이들 매니퓰레이터를 테스트한 결과, 달걀을 잡는 매니퓰레이터는 계란을 깨트리거나 떨어뜨리지 않았고, 종이를 자르는 매니퓰레이터는 기존의 어떤 로봇 핸드보다 더 넓은 범위의 가위를 사용할 수 있었다.

이번 연구는 도요타연구소(TRI), DARPA(방위고등연구청), 아마존 로보틱스 리서치 어워드 등의 후원을 받아 이뤄졌다.