점도는 소프트 로봇의 복잡한 동작을 가능하게 합니다

Nov 20, 2023

앤드류 코셀리

Kirstin Petersen 조교수가 이끄는 코넬 연구진 팀은 소프트 로봇이 보다 복잡한 동작을 수행할 수 있도록 하는 새롭고 간단한 유체 구동 액추에이터 시스템을 설계했습니다. 팀은 이전에 로봇의 움직임을 방해했던 바로 그 점, 즉 점성을 활용하여 이를 수행했습니다.

연구실에서는 기계적인 반사 신경과 환경을 활용하는 능력을 통해 로봇의 인지 능력과 행동을 "뇌"에서 신체로 옮기는 방법을 모색해 왔습니다. 명시적인 계산의 필요성을 줄임으로써 로봇은 더욱 단순해지고, 더욱 강력해지고, 제조 비용도 저렴해질 수 있습니다.

"소프트 로봇은 매우 단순한 구조를 가지고 있지만 강성 로봇보다 훨씬 더 유연한 기능을 가질 수 있습니다"라고 Petersen은 말했습니다. "그들은 일종의 궁극적인 구현 지능형 로봇입니다. 요즘 대부분의 소프트 로봇은 유체 구동입니다. 과거에 사람들은 엘라스토머와 같은 기능을 로봇 소재에 내장하여 비용 대비 추가 효과를 얻을 수 있는 방법을 살펴보았습니다. 대신에 우리는 유체가 해당 재료와 상호 작용하는 방식을 활용하여 더 적은 비용으로 더 많은 작업을 수행할 수 있는 방법을 스스로에게 물었습니다."

전통적으로 소프트 로봇의 유체 구동 액추에이터는 균일하게 가압된 유체가 엘라스토머 블래더 또는 벨로우즈를 통해 흐를 때 작동합니다. 주요 문제점은 액추에이터의 내부 흐름이 점성인 경우 압력이 다르게 균등화되어 액추에이터의 움직임이 느려지고 로봇이 느려지는 것입니다.

Petersen의 팀은 일련의 엘라스토머 벨로우즈를 가느다란 튜브와 연결하고 한 쌍의 평행 기둥으로 작동하며 모두 폐쇄 시스템으로 연결했다는 점을 제외하고 유사한 템플릿에서 시작했습니다. 이 방법을 사용하면 적대적인 동작이 가능합니다. 작은 튜브는 점도를 유발하여 압력을 고르게 분산시켜 액추에이터를 다양한 뒤틀림과 동작 패턴으로 구부립니다. 보통은 그게 문제가 되겠지만, 팀은 이를 장점으로 전환했습니다.

수석 저자인 Yoav Matia는 단일 유체 입력을 통해 액추에이터의 가능한 동작을 예측할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 입력 압력, 형상, 튜브 및 벨로우즈 구성이 이를 어떻게 달성하는지 예측할 수 있는 전체 설명 모델을 개발했습니다.

Matia는 "오늘날의 불활성 구조 재료의 역할은 미래의 기계에서는 매우 달라질 것입니다."라고 말했습니다. "재료, 제조 공정, 시스템을 지배하는 물리적 현상에 유기적인 물질에 기관 및 계산을 내장하여 물리적 메커니즘과 내부 아키텍처를 통해 독립적으로 작동할 수 있도록 하는 데 있습니다. 이 작업은 제어를 나타내는 새로운 확장 가능한 프레임워크를 나타냅니다. 그렇지 않으면 불활성 구조 물질이 그 자체로 작용하는 경우 물질에 의한 물질의 작용입니다."

기술을 시연하기 위해 팀은 초당 0.05 신체 길이로 웅크리고 걷는 2개의 주사기 펌프가 위에 있는 6개의 다리가 있는 소프트 로봇을 만들었습니다.

소프트 로봇 설계 자동화

구부리고 비틀 수 있는 부드러운 로봇을 설계하는 데 도움이 되는 도구

Petersen은 "우리는 미래의 응용을 위해 이러한 액추에이터를 설계할 수 있는 전체 방법을 자세히 설명했습니다."라고 말했습니다. "예를 들어, 액추에이터가 다리로 사용될 때 우리는 한 세트의 튜브를 건너는 것만으로도 매우 넓은 자세를 가진 타조와 같은 보행에서 코끼리와 같은 트로트로 이동할 수 있음을 보여줍니다."

"이것은 기본적으로 소프트 로봇공학의 완전히 새로운 하위 분야입니다."라고 그녀는 덧붙였습니다. "그 공간을 탐험하는 것은 매우 흥미로울 것입니다."

다음은 명확성과 길이를 위해 편집된 Petersen과의 Tech Briefs 인터뷰입니다.

기술 개요: 점도를 사용하게 된 계기는 무엇인가요?

피터슨: 소프트웨어 로봇은 무한한 자유도가 유용한 특정 응용 분야, 즉 무한한 방식으로 이동할 수 있는 능력, 물체 주위를 안전하게 이동할 수 있는 능력, 측면에서 규정을 준수할 수 있는 능력에 정말 유리한 새로운 종류의 로봇입니다. 외부적인 혼란이나 그런 것들 말이죠.