▲CMU가 개발한 소프트 로봇은 보행 동작에서 수영 동작으로 원활하게 전환할 수 있다.(사진=CMU)

대부분 동물들은 필요하다면 몸을 변화시키지 않고도 걷기, 점프, 기어가기, 수영 등 동작 간에 부드럽게 전환할 수 있다. 하지만 대부분 로봇들은 그렇지 못하다.

미 카네기멜론대(CMI) 연구팀이 여러 동작 간에 끊김없이, 원활하게 전환할 수 있는 소프트 로봇을 개발했다고 14일(현지 시각) 밝혔다. 예를 들어 걷기에서 수영으로, 또는 기어가기에서 구르기로 동작을 부드럽게 전환할 수 있다.

CMU 컴퓨터과학 인간-컴퓨터 상호작용 연구소 디네스 파텔 박사후 연구원은 “우리는 복잡하게 장치를 추가하지 않고 다양한 작업을 수행하고 환경에 적응할 수 있는 로봇을 개발하기 위해 자연으로부터 영감을 얻었다"고 말했다. 그는 ”우리가 개발한 쌍안정(bistable) 액추에이터는 단순하고 안정적이며 내구성이 있다. 이번 연구로 동적이고 재구성 가능한 소프트 로보틱스 연구에 대한 토대를 마련했다"고 말했다.

연구팀은 형상기억합금(SMA) 스프링을 포함해 3D프린터로 제작한 소프트 고무를 활용해 쌍안정 액추에이터를 제작했다. 이 액추에이터에 전류가 흐르면 수축하면서 구부러진다. 연구팀은 액추에이터나 로봇의 모양을 바꾸기 위해 ‘쌍안정 동작’(bistable motion)을 사용했다. 로봇의 모양이 바뀌면 다른 전류가 흐를 때까지 안정적인 상태를 유지한다.

예를 들어, 연구팀이 제작한 한 로봇은 2개의 쌍안정 액추에이터로 만들어진 휴대폰 크기의 몸체 모서리에 4개의 곡선 액추에이터를 부착했다. 육상에서는 곡선 액추에이터가 다리 역할을 하면서 로봇이 걸을 수 있도록 해준다. 또한 물 속에선 쌍안정 액추에이터가 로봇의 모양을 변화시켜 곡선 액추에이터가 프로펠러 역할을 할 수 있도록 해준다.

연구팀은 이번 연구 성과를 바탕으로 2개의 다른 로봇을 만들었다. 한 대의 로봇은 기어가기와 점핑이 가능하고, 또 다른 로봇은 기어가기와 구르기 동작을 끊김없이 수행할 수 있다.

이번 연구 성과는 전문 학회지인 ‘어드밴스드 머티리얼 테크놀로지스’ 표지 논문(제목:Highly Dynamic Bistable Soft Actuator for Reconfigurable Multimodal Soft Robots)으로 실렸다.