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스위스 EPFL, '헬리코이드' 구조 소프트 로봇 팔 개발전문 학술지인 ’npj 로보틱스‘에 논문 발표
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승인 2023.10.30  17:08:19
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▲EPFL과 TU델프트 공동 연구진이 개발한 소프트 로봇팔(사진=EPFL)

스위스 EPFL 산하 크리에이티브랩(CREATE lab)과 네덜란드 델프트공과대(TU델프트) 공동 연구팀이 코끼리 코와 문어의 촉수로부터 영감을 얻어 '헬리코이드(helicoid)' 구조의 새로운 소프트 로봇팔을 개발했다고 지난 26일 밝혔다.

이번 연구 성과는 네이처 계열 전문 학술지인 ’npj 로보틱스‘에 게재됐다. 연구팀은 이번에 개발한 상용 소프트 매니퓰레이터에 관한 특허도 신청했다.

조시 휴즈(Josie Hughes) EPFL 교수는 “새로운 구조물인 ‘트림드 헬리코이드(The trimmed Helicoid)'의 발명을 통해 우리는 제어, 동작 범위, 안전성 면에서 탁월한 능력을 갖춘 로봇 팔을 설계했다. 새로운 구조의 소프트 로봇팔은 ’분산되어 있는 액추에이션‘(복수의 액추에이터가 장치 전반에 걸쳐 있는 곳)'과 결합될 때 광범위한 움직임, 고정밀성을 가지며 인간과의 상호작용 시 본질적으로 안전한다”고 말했다.

연구팀에 따르면 기존의 로봇은 딱딱하기 때문에 섬세한 작업이나 긴밀한 인간 상호작용에 적합하지 않다. 이에 반해 EPFL과 델프트공과대 연구팀이 공동 개발한 소프트 로봇팔은 인간과의 안전한 상호작용과 넓은 범위의 작업에 대한 높은 적응력을 위해 설계됐다.

유연성과 정밀성의 전례없는 조합으로, 로봇 팔의 부드럽고 순응적인 특성은 인간과 로봇 간의 상호작용시 잠재적인 위험을 줄여준다. 이같은 특성은 의료, 노인 보호 등에 적용할 수 있는 가능성을 열어준다. 이 소프트 로봇팔은 다양한 모양과 표면에 적응할 수 있으므로 과일을 따거나 깨지기 쉬운 물건을 다루는 등 복잡한 작업에도 이상적이다. 인간과 로봇이 함께 작업하는 섬세한 조립라인, 농산물 수확 등 작업에도 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구의 핵심은 로봇 팔의 새로운 구조에 있다. 연구자들은 '헬리코이드'라고 부르는 스프링 나선형의 구조를 창의적으로 수정해 다양한 기능성을 부여했다. 얼핏 보기에 단순해 보이지만 연구팀은 이를 통해 나선형이 다른 방향으로 얼마나 유연해지는지 또는 얼마나 뻣뻣해지는지를 정확하게 조절할 수 있도록 만들었다. 헬리코이드의 모양을 조정함으로써, 안쪽 부분은 찌그러지는 것에 강하고 바깥 부분은 쉽게 휘어질 수 있을 정도로 충분히 유연하게 만들었다.

연구팀은 이 같은 특별한 설계 방식으로 이전에 볼 수 없었던 방식으로, 동작할 수 있는 소프트 로봇을 만들었다. 코끼리의 코나 문어의 촉수와 같은 자연에서 발견되는 재주와 부드러운 촉감을 보여준다는 게 연구팀 설명다.

조시 휴즈 교수는 "이 동물들을 관찰하고 새로운 구조를 개발함으로써, 우리는 자연에서 발견되는 동작의 범위와 통제를 모방하는 것을 목표로 하고 있다. 관찰한 것을 가시적인 결과로 바꾸기 위해 첨단 컴퓨터 모델링 기법을 사용했다”고 말했다. 그는 "자연으로부터의 예리한 관찰과 정확한 컴퓨터 모델링을 결합하는 것은 미래의 상업적 응용을 위한 소프트 로봇공학의 잠재력을 드러냈다. 이 소프트 로봇 팔이 기계가 인간의 필요를 깊이 지원하고, 보완하고, 이해하는 미래의 모범이 되기를 바란다"고 말했다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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