노스캐롤라이나 주립대학교 팀은 이전에 인간이나 컴퓨터의 지시 없이 단순한 미로를 탐색할 수 있는 소프트 로봇을 만들었다.

노스캐롤라이나 주립대학교 기계항공우주공학과 부교수이자 논문 공동 교신 저자인 지 인(Jie Yin)은 “초기 작업에서 우리는 소프트 로봇이 매우 간단한 장애물 코스를 통과할 수 있다는 것을 입증했다”고 말했다. 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 관한 연구이다.

이미지 제공: 노스캐롤라이나 주립대학교

“하지만 장애물을 만나지 않으면 방향을 바꿀 수 없었다. 실제로 이는 로봇이 때때로 평행 장애물 사이를 앞뒤로 튕겨서 멈춰버릴 수 있음을 의미한다.       

“우리는 스스로 회전할 수 있어 구불구불한 미로를 통과할 수 있고 심지어 움직이는 장애물을 헤쳐 나갈 수도 있는 새로운 소프트 로봇을 개발했다. 그리고 이 모든 작업은 컴퓨터의 안내를 받는 것이 아니라 물리적 지능을 사용하여 수행된다.”

물리적 지능은 소프트 로봇과 같은 동적 객체를 의미하며, 이 객체의 동작은 컴퓨터나 인간의 개입에 의해 지시되기보다는 구조 설계와 재질에 따라 결정된다.

이전 버전과 마찬가지로 새로운 소프트 로봇은 리본 모양의 액정 엘라스토머로 만들어졌다. 주변 공기보다 더 뜨거운 섭씨 55도(화씨 131도) 이상의 표면에 로봇을 배치하면 표면에 닿는 리본 부분이 수축되고, 공기에 노출된 리본 부분은 수축된다. 이는 롤링 동작을 유도한다. 표면이 따뜻할수록 로봇이 더 빨리 굴러간다.

그러나 이전 버전의 소프트 로봇은 대칭 디자인을 갖고 있었던 반면, 새로운 로봇은 두 개의 뚜렷한 반쪽을 가지고 있다. 로봇의 절반은 직선으로 뻗은 꼬인 리본 모양이고, 나머지 절반은 나선형 계단처럼 스스로를 휘감는 좀 더 촘촘하게 꼬인 리본 모양이다.

이러한 비대칭 설계는 로봇의 한쪽 끝이 다른 쪽 끝보다 지면에 더 많은 힘을 가한다는 것을 의미한다. 바닥보다 입구가 더 넓은 플라스틱 컵을 생각해 보라. 테이블을 가로질러 굴리면 직선으로 굴러가는 것이 아니라 테이블을 가로질러 이동할 때 호를 만든다. 그 이유는 비대칭 모양 때문이다.

논문의 제1저자이자 박사후 연구원인 야오 자오(Yao Zhao)는 "우리가 개발한 새로운 로봇의 개념은 상당히 간단하다. 비대칭 설계로 인해 물체와 접촉하지 않고도 회전할 수 있기 때문이다."고 말했다.

“따라서 물체와 접촉할 때 방향을 변경하여 미로를 탐색할 수 있지만 평행한 물체 사이에 끼일 수는 없다. 대신 호 모양으로 움직일 수 있는 능력 덕분에 본질적으로 자유롭게 움직일 수 있다.”

연구원들은 움직이는 벽이 있는 미로를 포함하여 더 복잡한 미로를 탐색하고 신체 크기보다 좁은 공간을 통과할 수 있는 비대칭 소프트 로봇 설계의 능력을 시연했다. 연구원들은 금속 표면과 모래 위에서 새로운 로봇 디자인을 테스트했다.

"이 연구는 특히 소프트 로봇이 환경에서 열 에너지를 수확할 수 있는 응용 분야를 위한 소프트 로봇 설계에 대한 혁신적인 접근 방식을 개발하는 데 도움이 되는 또 다른 단계다."라고 지 인(Jie Yin) 말한다.

국립과학재단(National Science Foundation)이 이 연구를 지원했다.

출처: NC State