코끼리 코를 기반으로 한 바이오닉 로봇 팔
- 기술 / 문광주 기자 / 2023-04-09 13:12:18
3'10" 읽기
- 형상 기억 금속으로 만들어진 인공 근육은 로봇을 정확하고 효율적으로 만든다.
- 오늘날의 기술 구성 요소보다 훨씬 가볍고 유연한 부드러운 로봇 도구를 가능케 해
지금까지 대부분의 로봇은 견고한 금속 구조물이며 특히 공장에서 사용되는 산업용 로봇에 해당된다. 정교한 제어 기술 덕분에 그들은 이미 매우 정확하고 학습할 수 있지만, 순전히 질량과 경도 때문에 사람들에게 여전히 위험을 초래할 수 있다. 충돌조차도 고통스러운 부상을 초래할 수 있다. 이러한 이유로 지금까지 산업용 로봇과 사람은 대부분 별도의 장소에서 작업했다.
모델로 코끼리 코
다른 방법이 있다. Saarland University의 Stefan Seelecke가 이끄는 팀은 중금속 구조가 필요하지 않은 로봇 팔을 개발했다. 새로운 바이오닉 로봇 팔의 모델은 자연의 독창적인 구조인 코끼리 코였다. 매우 강하고 인체 전체보다 많은 근육을 가지고 있으며 섬세한 움직임을 할 수 있고 매우 민감하다. Seelecke는 "이 성공적인 모델은 수백만 년에 걸쳐 성숙하고 실제로 입증되었다"고 설명했다.
몸통을 기반으로 하는 새로운 로봇 팔은 매우 유사한 방식으로 작동한다. 동물과 마찬가지로 로봇 몸통에는 뼈가 없다. 즉, 단단한 금속 프레임이 없다. 결과적으로 그는 특정 방향으로만 움직일 수 있는 부피가 큰 관절에 묶이지 않는다. 바이오닉 로봇 트렁크는 인공 근육의 능숙한 상호 작용을 통해서만 이동성을 얻는다. 모든 방향으로 유연하게 구부리거나, 그리퍼의 도움으로 물체를 운반하거나, 정밀한 인장력과 압축력을 발휘할 수 있다.
형상기억합금을 근육으로
이것은 소위 형상 기억 합금인 니켈-티타늄 와이어로 만들어진 인공 근육에 의해 가능하다.
이 금속 합금은 항상 원래 모양을 "기억"하면서 확장, 구부림 또는 수축할 수 있다. "니켈-티타늄 합금의 이러한 특성은 상변환을 기반으로 한다"고 Seelecke는 설명했다. "예를 들어 전기가 흐를 때 전선이 따뜻해지면 격자 구조가 바뀌고 근육처럼 수축한다.“
형상기억합금으로 만들어진 수많은 머리카락처럼 가는 와이어가 로봇 트렁크를 위해 함께 묶여 있다. 이것은 수축을 더 빠르고 강하게 만든다. “와이어는 알려진 모든 구동 메커니즘 중 가장 높은 에너지 밀도를 가지며 높은 인장 강도를 나타낸다. 이를 통해 우리는 가장 작은 공간에 강력한 드라이브 기술을 수용할 수 있다.
금속으로 만들어진 "신경“
와이어 묶음의 상호 작용은 굴곡 및 확장 근육과 같은 흐르는 움직임 시퀀스를 생성한다. 분할은 바이오닉 로봇 팔에 추가적인 안정성과 움직임의 자유를 제공한다. 여러 와이어 묶음이 특정 간격으로 일련의 둥글고 얇은 플라스틱 디스크를 통과하여 묶음을 고정하고 추가적인 안정성을 제공한다. 연구원들은 이러한 세그먼트 중 몇 개를 함께 배치했으며 그 조각은 코의 끝으로 갈수록 작아진다.
인공 근육의 움직임은 전기 자극에 의해 매우 정밀하게 제어될 수 있다. 인공 근육은 시스템의 신경 역할도 한다. 연구원들은 추가 센서 없이 어떤 움직임도 수행할 수 있도록 트렁크를 빠르고 정밀하게 제어할 수 있다. 트렁크 개발자인 Yannik Goergen은 "와이어가 변형될 때마다 전기 저항이 변경되며 정확한 측정값을 할당할 수 있다"며 "이런 식으로 우리는 와이어 묶음이 현재 어느 위치에서 변형되었는지 정확히 알 수 있고 감각 데이터도 읽을 수 있다"고 설명했다.
다양하게 확장 가능하고 다재다능함
이 팀은 하노버 박람회에서 처음에는 길이가 약 30cm에 불과한 생체 공학 로봇 팔의 첫 번째 프로토타입을 선보였다. "이 기술은 확장 가능하며 대형 산업용 로봇에도 적용된다"고 Seelecke는 강조했다. 몸통은 다양한 움직임 시퀀스를 수행하도록 훈련할 수 있는 적응형 알고리즘에 의해 제어된다. 애플리케이션에 따라 로봇 트렁크의 팁에 그리퍼 또는 카메라 시스템과 같은 추가 기능을 장착할 수도 있다.
Seelecke는 "우리의 지능형 재료 시스템은 오늘날의 기술 구성 요소보다 훨씬 가볍고 유연한 유연하고 부드러운 로봇 도구를 가능하게 한다"고 말한다. “모터, 유압 장치 또는 압축 공기가 필요하지 않지만 비교적 적은 전력으로 작동한다. 이것은 이 로봇 기술을 지속 가능하고 비용 효율적이며 조용하게 작동하게 한다.”
출처: Universität des Saarlandes / 독일 자를란트 대학
- 형상 기억 금속으로 만들어진 인공 근육은 로봇을 정확하고 효율적으로 만든다.
- 오늘날의 기술 구성 요소보다 훨씬 가볍고 유연한 부드러운 로봇 도구를 가능케 해
코끼리 코를 기반으로 한 바이오닉 로봇 팔
형상 기억 금속으로 만들어진 인공 근육은 로봇을 정확하고 효율적으로 만든다.
단단한 금속 대신 지능형 와이어:
코끼리의 몸통을 모델로 한 로봇 팔은 산업용 로봇을 더 정확하고 가볍고 인간에게 더 안전하게 만들 수 있다. 로봇에는 단단하고 견고한 금속 프레임이 필요하지 않기 때문이다. 대신 인공 근육과 신경 역할을 하는 형상 기억 합금 니켈-티타늄으로 만든, 가는 와이어로 구성된다. 가는 철사 구조에도 불구하고 바이오닉 로봇 팔은 큰 힘을 발휘할 수 있으므로 공장에서 사용하기에 적합하다.
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| ▲ 눈에 잘 띄지 않는 것처럼 보이지만 많은 일을 할 수 있다. 코끼리 몸통 모델을 기반으로 한 바이오닉 로봇 팔의 프로토타입은 30cm에 불과하지만 어떤 크기로도 확장할 수 있다.© Oliver Dietze |
지금까지 대부분의 로봇은 견고한 금속 구조물이며 특히 공장에서 사용되는 산업용 로봇에 해당된다. 정교한 제어 기술 덕분에 그들은 이미 매우 정확하고 학습할 수 있지만, 순전히 질량과 경도 때문에 사람들에게 여전히 위험을 초래할 수 있다. 충돌조차도 고통스러운 부상을 초래할 수 있다. 이러한 이유로 지금까지 산업용 로봇과 사람은 대부분 별도의 장소에서 작업했다.
모델로 코끼리 코
다른 방법이 있다. Saarland University의 Stefan Seelecke가 이끄는 팀은 중금속 구조가 필요하지 않은 로봇 팔을 개발했다. 새로운 바이오닉 로봇 팔의 모델은 자연의 독창적인 구조인 코끼리 코였다. 매우 강하고 인체 전체보다 많은 근육을 가지고 있으며 섬세한 움직임을 할 수 있고 매우 민감하다. Seelecke는 "이 성공적인 모델은 수백만 년에 걸쳐 성숙하고 실제로 입증되었다"고 설명했다.
몸통을 기반으로 하는 새로운 로봇 팔은 매우 유사한 방식으로 작동한다. 동물과 마찬가지로 로봇 몸통에는 뼈가 없다. 즉, 단단한 금속 프레임이 없다. 결과적으로 그는 특정 방향으로만 움직일 수 있는 부피가 큰 관절에 묶이지 않는다. 바이오닉 로봇 트렁크는 인공 근육의 능숙한 상호 작용을 통해서만 이동성을 얻는다. 모든 방향으로 유연하게 구부리거나, 그리퍼의 도움으로 물체를 운반하거나, 정밀한 인장력과 압축력을 발휘할 수 있다.
형상기억합금을 근육으로
이것은 소위 형상 기억 합금인 니켈-티타늄 와이어로 만들어진 인공 근육에 의해 가능하다.
이 금속 합금은 항상 원래 모양을 "기억"하면서 확장, 구부림 또는 수축할 수 있다. "니켈-티타늄 합금의 이러한 특성은 상변환을 기반으로 한다"고 Seelecke는 설명했다. "예를 들어 전기가 흐를 때 전선이 따뜻해지면 격자 구조가 바뀌고 근육처럼 수축한다.“
형상기억합금으로 만들어진 수많은 머리카락처럼 가는 와이어가 로봇 트렁크를 위해 함께 묶여 있다. 이것은 수축을 더 빠르고 강하게 만든다. “와이어는 알려진 모든 구동 메커니즘 중 가장 높은 에너지 밀도를 가지며 높은 인장 강도를 나타낸다. 이를 통해 우리는 가장 작은 공간에 강력한 드라이브 기술을 수용할 수 있다.
금속으로 만들어진 "신경“
와이어 묶음의 상호 작용은 굴곡 및 확장 근육과 같은 흐르는 움직임 시퀀스를 생성한다. 분할은 바이오닉 로봇 팔에 추가적인 안정성과 움직임의 자유를 제공한다. 여러 와이어 묶음이 특정 간격으로 일련의 둥글고 얇은 플라스틱 디스크를 통과하여 묶음을 고정하고 추가적인 안정성을 제공한다. 연구원들은 이러한 세그먼트 중 몇 개를 함께 배치했으며 그 조각은 코의 끝으로 갈수록 작아진다.
인공 근육의 움직임은 전기 자극에 의해 매우 정밀하게 제어될 수 있다. 인공 근육은 시스템의 신경 역할도 한다. 연구원들은 추가 센서 없이 어떤 움직임도 수행할 수 있도록 트렁크를 빠르고 정밀하게 제어할 수 있다. 트렁크 개발자인 Yannik Goergen은 "와이어가 변형될 때마다 전기 저항이 변경되며 정확한 측정값을 할당할 수 있다"며 "이런 식으로 우리는 와이어 묶음이 현재 어느 위치에서 변형되었는지 정확히 알 수 있고 감각 데이터도 읽을 수 있다"고 설명했다.
다양하게 확장 가능하고 다재다능함
이 팀은 하노버 박람회에서 처음에는 길이가 약 30cm에 불과한 생체 공학 로봇 팔의 첫 번째 프로토타입을 선보였다. "이 기술은 확장 가능하며 대형 산업용 로봇에도 적용된다"고 Seelecke는 강조했다. 몸통은 다양한 움직임 시퀀스를 수행하도록 훈련할 수 있는 적응형 알고리즘에 의해 제어된다. 애플리케이션에 따라 로봇 트렁크의 팁에 그리퍼 또는 카메라 시스템과 같은 추가 기능을 장착할 수도 있다.
Seelecke는 "우리의 지능형 재료 시스템은 오늘날의 기술 구성 요소보다 훨씬 가볍고 유연한 유연하고 부드러운 로봇 도구를 가능하게 한다"고 말한다. “모터, 유압 장치 또는 압축 공기가 필요하지 않지만 비교적 적은 전력으로 작동한다. 이것은 이 로봇 기술을 지속 가능하고 비용 효율적이며 조용하게 작동하게 한다.”
출처: Universität des Saarlandes / 독일 자를란트 대학
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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