▲ 로즈 그리퍼를 이용해 딸기와 버섯을 수확하고 있다.

일본 이시카와현에 위치한 국립대학인 호쿠리쿠선단과학기술대학원대학(北陸先端科学技術大学院大学, JAIST) 호아잉반 교수팀은 버섯, 딸기 등 부서지기 쉬운 물체를 잡을 수 있는 혁신적 소프트 로봇 그리퍼인 ‘로즈(ROSE·ROtation-based Squeezing grippEr)’를 개발했다고 테크엑스플로어가 보도했다.

연구팀은 “로즈는 장미의 개화 상태에서 영감을 받아 파지 동작을 생성할 수 있다. 고유의 주름 현상을 활용해 농장에서 과일 수확 작업을 수행하는 등 물체를 부드럽게 잡을 수 있다” 고 말했다.

호아잉반 교수는 “기존 그리퍼와 달리 로즈는 다양한 모양, 크기, 질감을 가진 여러 농산물에 적응하기 위해 복잡한 제어 및 계획 전략을 필요로 하지 않는다”고 설명했다. 시뮬레이션 모델을 채택, 로즈의 파지 메카니즘을 완전히 이해하고 최적화했다고 밝혔다.

이번 연구 성과는 학술 전문지인 ‘인터내셔날 저널 오브 로보틱스 리서치’에 발표됐다.(논문 제목:Soft yet secure: Exploring membrane buckling for achieving a versatile grasp with a rotation-driven squeezing gripper)

로즈는 얇고 부드러운 두 개의 탄성체(엘라스토머) 층으로 형성된 컵 모양의 챔버로 구성되어 있으며 내부 층과 외부 층이 분리되어 있다. 외부 모터를 사용해 내부 층만 회전시키면 전체 층에 변형이 발생한다. 내부 층의 비틀림 운동은 외층과 내층 사이에 변형률 불일치를 초래하고 안쪽에 주름이 형성된다. 이같은 독특한 주름 형성 메커니즘은 로즈의 중심 공간을 오그라들게 만들고, 중심 공간 내에 존재하는 물체를 부드럽게 잡을 수 있도록 해준다.

▲ 로즈의 내부 구성

▲ 로즈의 주름 형성 메카니즘

연구팀은 시뮬레이션 모델을 통해 주름 형성 과정을 연구했다. 시뮬레이션 결과 두께, 직경, 높이 등 다양한 기하학적 특징 사이의 상관관계가 밝혀졌다. 특히 로즈의 적절한 피부 두께 분포, 층 간의 분리가 파지 성능에 상당한 영향을 미친다는 사실을 발견했다.

연구팀은 선형 분포와 비선형 분포라는 두 가지 두께 분포 전략을 테스트해 로즈의 파지 성능을 크게 향상시켰다고 밝혔다. 시뮬레이션 결과는 다양한 실험을 통해 검증되었으며, 기존 그리퍼가 수행하기 어려운 작업을 수행하는 로즈의 능력을 검증했다고 연구팀은 밝혔다.

연구팀은 로즈를 활용해 딸기와 버섯을 수확하는 과정을 시연했다. 여러 번의 시험에서 작물을 수확하는 데 높은 성공률을 보였다고 한다.