전자기기를 사용하지 않고 가압 공기만으로 걷는 소프트 로봇을 개발--거북이의 움직임에서 영감

샌디에이고 캘리포니아대 연구팀은 전자기기를 사용하지 않고 가압공기로만 작동하는 4족 보행 소프트웨어 로봇을 개발했다.

거북이처럼 번갈아 발을 내밀며 리드미컬하게 움직일 수 있다.완구 전용의 저가격 로봇이나, 전자기기를 이용할 수 없는 MRI나 광산 샤프트에 이용할 수 있다.

연구결과는 2021년 2월 17일자 Science Robotics에 게재되었다.

소프트 로봇은 인간 가까이에서 안전하게 작동하고 환경에도 적응하기 쉬워 매우 주목을 받고 있다.

가압공기로 동작하는 소프트 로봇은 지금까지도 개발되었지만, 그 대부분은 어떠한 전자기기를 필요로 하고 있다.

회로기판을 비롯해 밸브나 펌프는 로봇의 뇌와 신경 시스템을 구성하는 부품이지만 일반적으로는 크고 비싸며 시스템을 복잡하게 만든다.

거기서 연구팀은 가볍고 저비용의 공기압 시스템으로 제어할 수 있는 4족 보행의 로봇을 개발했다.

로봇에게는 부드러운 튜브와 밸브를 내장하고 장애물을 감지하는 접촉식 소프트센서도 탑재한다.

제어 및 이동 시스템 등 모든 기능에 필요한 것은 일정한 가압 공기뿐이다.

4개의 다리에는 각각 3개의 원통형 챔버가 근육 다발처럼 합쳐져 3개의 자유도를 가질 수 있다.

다리는 인버터로서 일하는 3개의 소프트 밸브를 고리 모양으로 연결한 링 오실레이터와 연동하고 있다.

챔버에 가압공기를 차례로 주입함으로써 로봇은 발끝을 회전시키면서 바닥을 보행한다.

소프트 밸브는 2극 쌍투 스위치로 기능하여 발의 회전 방향을 반전시킬 수 있으므로 전방위로 걸음을 진행할 수 있다.

https://youtu.be/X5caSAb4kz0

링 오실레이터는 예를 들면, 인간이 리드미컬하게 걸을 때 일하는 척추로부터의 신경 반응에 의해서 구동하는 중추 패턴 발생기(CPG)의 기능을 모방하고 있다.

또 거북이처럼 대각선에 있는 2개의 다리를 짝을 이뤄 동시에 움직여 제어를 간략화할 수 있었다.

여기에 간단한 소프트센서를 장착해 물체가 센서에 접촉하면 밸브 스위치가 반전돼 반자율적으로 반대 방향으로 움직일 수 있다.

앞으로는 다양한 장애물을 피하면서 울퉁불퉁한 지면을 보행할 수 있도록 해야겠다는 생각을 하고 있다.

그러기 위해서는 보다 세련된 센서 네트워크와 가압 공기 시스템이 필요할 것이다.

'본 연구는 완전 자율형으로 전자기기가 불필요로 하는 보행 로봇의 실현을 향한 기본적이면서 중요한 첫걸음이 될것이다'라며 필두 저자 Dylan Drotman씨는 말하고 있다.

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