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미 프린스턴대-노스캐롤라이나주립대, 애벌레 모양 소프트 로봇 개발분리, 결합 가능한 모듈식 디자인 채택
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승인 2024.05.09  16:48:21
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▲연구팀이 개발한 애벌레 모양 소프트 로봇

미국 프린스턴대와 노스캐롤라이나주립대 연구팀이 종이접기 기술과 현대적인 재료과학 기술을 결합해 애벌레 처럼 생긴 모듈식 소프트 로봇을 개발했다고 밝혔다. 애벌레 모양의 소프트 로봇은 몸을 수축하거나 팽창하면서 이동할 수 있다. 로봇은 작은 단위(세그먼트)로 나뉘거나 재결합할 수 있다.

연구팀에 따르면 일반적으로 소프트 로봇에 채택된 조종 장비는 로봇의 강성을 높이지만, 유연성을 줄인다. 이는 소프트 로봇의 이동 능력을 제한한다. 연구팀이 제안한 애벌레 모양의 모듈식 소프트 로봇은 조종 시스템을 로봇 내부에 설계해 이같은 문제들을 극복했다고 한다.

이번 연구 성과는 미 국립과학원 회보(PNAS)에 발표했다.(논문 제목:Modular Multi-degree-of-freedom Soft Origami Robots with Reprogrammable Electrothermal Actuation)

연구팀은 이 논문에서 어떻게 모듈식 원통형 세그먼트(segments)를 활용해 애벌레 모양의 소프트 로봇을 만들어냈는지 설명한다. 각각의 세그먼트들은 독립적으로 작동할 수 있으며, 더 긴 로봇 장치를 만들기 위해 결합할 수도 있다.

프린스턴대 박사후 연구원 투오 자오는 ”로봇이 이동 중에 결합하고 분리할 수 있는 능력 때문에 이 시스템은 하나의 로봇 또는 군집 로봇으로 작동할 수 있다“고 말했다. 또 "각각의 세그먼트들은 개별적인 단위가 될 수 있으며, 상호 커뮤니케이션을 통해 자석을 이용해 결합할 수 있다”고 설명했다.

연구팀은 "모듈형 소프트 로봇의 개념은 성장하고, 결함을 유지보수하고, 새로운 기능을 수행하는 미래 소프트 로봇에 대한 통찰력을 제공한다“고 말했다.

이 로봇은 접혀지거나 적응성이 있는 신축성 히터를 활용해 만들어졌다. 크레슬링 패턴이라고 불리는 종이접기(오리카미) 기반의 원통형 세그먼트 로봇은 각 세그먼트가 접혀지거나 꼬이면서 평평한 디스크 모양을 하거나 다시 원통형으로 확장된다. 이를 통해 로봇은 앞으로 기어가거나 방향을 전환할 수 있다.

연구팀은 가열하면 서로 다르게 수축하거나 팽창하는 두 가지 물질(액정 엘라스토머와 폴리이미드)을 사용해 크레슬링 패턴을 만들고, 은(銀) 나노와이어 네트워크로 만들어진 얇은 신축성 히터를 설치했다. 나노와이어 히터의 전류는 스트립을 가열하고, 두 물질의 서로 다른 팽창은 스트립에 접힘을 유도한다.

연구팀은 이 연구의 도전 과제 중 하나는 로봇의 세그먼트들이 접히거나 꼬인 동작을 만들어내는 제어 메커니즘이라고 밝혔다.

연구팀은 현재 개발된 소프트 로봇의 속도가 제한적이며, 향후 이동 능력을 확대하고 속도와 조향 능력을 모두 제고하기 위해 다양한 모양, 패턴 및 불안정성을 실험할 계획이라고 밝혔다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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