美 스탠포드대 연구팀이 '스프링-클러치' 구조의 에너지 리사이클링 액추에이터를 개발했다고 20일 밝혔다.

연구팀에 따르면 전통적인 의미의 전기 모터는 제어하는 게 쉽지만 매우 복잡한 동작 수행 시 많은 전기 에너지를 소비한다. 스프링은 전기 에너지를 소비하지 않고 토크를 생성할 수 있지만 수동적인 특성을 지니고 있으며, 전기 에너지를 기계적인 움직임으로 변환할 수 없다. 제어하는 것이 쉽지 않다.

스탠포드대 연구팀이 개발한 액추에이터는 다양한 작업을 효율적으로 수행하기위해 스프링과 클러치를 활용한다. 연구 논문 수석 저자인 스티브 콜린스 교수는 "우리의 액추에이터는 많은 전기를 쓸데 없이 소비하기 보다는 전기 모터를 매력적으로 만드는 ‘제어능력(controllability)‘ 등을 포기하지 않고, 지속적으로 모터의 효율을 높이기위해 클러치를 사용한다"라고 말했다.

연구팀은 ‘전자흡착(electroadhesive)’ 클러치를 활용해 스프링을 빠르고, 효율적으로 제어할 수 있도록 했다. 액추에이터 내 스프링 제어를 위해 2개의 전자 흡착 클러치를 적용했다. 전기 흡착식 클러치는 스프링을 빠르고 효율적으로 결합 및 해제하는 데 핵심적인 역할을 한다. 고무 스프링은 2개의 클러치 사이에 끼워진다. 하나의 클러치는 스프링과 조인트를 연결해 모터를 보조하며, 또 다른 클러치는 스프링을 늘어난 위치에 고정시킨다. 클러치는 스프링에 부착된 전극과 프레임 또는 모터에 부착된 전극, 두 개로 구성되어 있다. 연구팀은 "그것들은 가볍고, 작고, 에너지 효율적이다. 또한 빠르게 켜고 끌 수 있다“고 말했다.

액추에이터는 6개의 동일한 클러치 스프링으로 모터의 능력을 증강시켰다. 테스트 결과 증강된 모터는 표준 전기 모터보다 최소 50% 적은 전력을 사용했으며, 전력 소비를 최대 97% 줄인 것으로 나타났다.

연구팀은 이번 연구 성과를 전문 학술지인 ‘사이언스 로보틱스’에 발표했다.(논문 제목: Elastic Energy-Recycling Actuators for Efficient Robots)