카네기 멜론의 연구원들은 걷기에서 수영으로 원활하게 전환할 수 있는 소프트 로봇을 만들었다. 이미지 출처: 카네기 멜론 대학교

매우 역동적인 쌍안정 소프트 액추에이터를 사용하면 다양한 이동이 가능하다. 많은 동물들이 광범위한 조정이나 재구성 없이도 걷기, 뛰기, 기고, 수영 사이를 원활하게 전환할 수 있다.

반대로 대부분의 로봇은 할 수 없다. 그러나 카네기 멜론 대학교의 연구원들은 걷기에서 수영으로 또는 기어가기에서 굴리기와 같은 이동 모드 사이를 원활하게 전환할 수 있는 소프트 로봇을 개발했다.

"우리는 액추에이터나 복잡성을 추가하지 않고도 다양한 작업을 수행하고 환경에 적응할 수 있는 로봇을 개발하기 위해 자연에서 영감을 받았다."고 Dinesh K. Patel은 말했고 그는 컴퓨터 사이언스 대학의 인간-컴퓨터 상호작용 연구소에 있는 모핑 물질 연구실의 박사 후 연구원이다.

"우리의 쌍안정 액추에이터는 단순하고 안정적이며 내구성이 있으며 역동적이고 재구성 가능한 소프트 로봇 공학에 대한 향후 작업의 토대를 마련한다."

쌍안정 액추에이터는 액추에이터가 구부러지는 수축을 통해 전류에 반응하는 형상 기억 합금 스프링이 포함된 3D프린팅된 부드러운 고무로 만들어진다. 팀은 이 쌍안정 동작을 사용하여 액추에이터 또는 로봇의 모양을 변경했다. 로봇이 모양을 바꾸면 다른 전하가 로봇을 이전 구성으로 다시 변형시킬 때까지 안정적이다.

카네기 멜론 공과대학 기계공학과 교수인 카멜 마지디(Carmel Majidi)는 “동물이 걷기에서 수영, 기어가기, 점프로 전환하는 방식을 일치시키는 것은 생체에서 영감을 받은 소프트 로봇 공학에 있어 큰 도전이다”고 말했다.

예를 들어, 팀이 만든 한 로봇에는 두 개의 쌍안정 액추에이터로 구성된 휴대폰 크기의 본체 모서리에 부착된 네 개의 곡선형 액추에이터가 있다. 육지에서는 구부러진 액추에이터가 다리 역할을 하여 로봇이 걸을 수 있다. 수중에서 쌍안정 액추에이터는 로봇의 모양을 변경하여 곡선형 액추에이터를 이상적인 위치에 배치하여 프로펠러 역할을 하여 수영할 수 있도록 한다.

“육상을 걸으려면 다리가 있어야 하고, 물에서 헤엄치려면 프로펠러가 있어야 한다. 각 환경에 맞게 설계된 별도의 시스템으로 로봇을 구축하면 복잡성과 무게가 추가된다.”고 미시간 대학교의 로봇 공학 조교수이자 Majidi의 전 Ph.D. 학생인 Xiaonan Huang이 말했다. "우리는 효율적인 로봇을 만들기 위해 두 환경 모두에 동일한 시스템을 사용한다."

팀은 두 개의 다른 로봇을 만들었다. 하나는 기어가고 점프할 수 있고 다른 하나는 기어다니고 구를 수 있는 애벌레와 알약 벌레에서 영감을 받았다.

액추에이터는 모양을 변경하는 데 100밀리초의 전하만 필요하며 내구성이 뛰어나다. 팀은 한 사람이 액추에이터 중 하나에 자전거를 몇 번 타게 하고 내구성을 입증하기 위해 로봇의 모양을 수백 번 변경했다.

미래에 로봇은 구조 상황이나 바다 동물 또는 산호와 상호 작용하는 데 사용될 수 있다. 액추에이터에 열 활성화 스프링을 사용하면 환경 모니터링, 햅틱, 재구성 가능한 전자 장치 및 통신 분야의 응용 분야를 열 수 있다.

HCII의 쿠퍼-시겔 조교수이자 모핑 물질 연구실의 책임자인 Lining Yao는 "이와 같은 에너지 효율적이고 다재다능한 로봇이 유용할 수 있는 흥미롭고 흥미로운 시나리오가 많이 있다."라고 말했다.