▲ 소프트 4족 로봇이 도약하는 모습

美코넬대 연구팀이 내연기관으로 작동하는 소프트 4족 보행 로봇을 개발했다고 'IEEE 스펙트럼'이 15일 보도했다.

연구팀에 따르면 일반적으로 로봇에 장착되는 배터리는 조용하고 깨끗하며, 전기로 동작하는 로봇과 결합하는 것이 용이하다. 하지만 메탄올이나 부탄 같은 화학연료보다 에너지 밀도가 20배 내지 50배 정도 낮다. 많은 배터리를 탑재할 수 있는 큰 사이즈의 로봇들에게는 괜찮지만, 곤충 크기나 그 보다 작은 로봇들에게는 장착하는 게 쉽지 않다. 배터리뿐만 아니라 전기 액추에이터도 크기를 줄이는 게 매우 어렵다.

코넬대 연구팀은 전문 학술지인 ‘사이언스’에 발표된 논문(제목:Powerful, soft combustion actuators for insect-scale robots)에서 매우 작고 부드러운 내연 기관의 소규모 액추에이션 문제에 관해 다루고 있다.

연구팀은 메탄 증기와 산소를 소프트 연소실에 주입하고, 여기에 약간의 불꽃을 일으켜 불을 붙였다. 그러자 0.5밀리초 만에 연소실의 상부가 피스톤처럼 위로 부풀어 올라 1초당 100회 반복했다. 이 사이클을 통해 9.5 뉴톤의 힘을 생성했다.

▲ 액추에이터의 구조

연구팀은 이 액추에이터 2개를 결합해 강력한 힘을 발휘할 수 있는 소프트 4족 보행 로봇을 개발했다. 액추에이터의 무게는 325mg에 불과하다. 미국 페니 동전의 4분의 1 크기다. 연료, 연료를 혼합해 전달하는 시스템, 스파크 발생기의 전기공급원 등 관련 부품의 대부분이 오프보드(off-board) 상태이기 때문에 가능하다는 설명이다. 이런 것들이 없어도 액추에이터는 용해되지 않고 높은 주기의 주파수에서 연속적으로 동작을 수행할 수 있다는 것이다.

연구팀은 이 액추에이터가 작동하는 방식에 내재된 폭력성에도 불구하고, 실제로 내구성이 매우 높으며, 성능 저하 없이 75만 사이클 이상 연속적으로 작동할 수 있다고 추정했다.

연구팀이 공개한 동영상에 따르면, 이 소프트 4족 보행 로봇은 아주 소형임에도 불구하고 강력한 힘을 발휘하면서 빠르게 이동할 수 있으며 자신의 키에 수십배에 달하는 높이까지 도약할 수 있다.