좁은 공간에서 정밀한 탐색을 위한 민첩한 마이크로로봇
중국 연구진은 빠르게 전진 및 후진할 수 있는 15mm 길이의 매우 민첩한 마이크로로봇인 BHMbot-B를 개발하여 좁고 제한된 공간을 탐색하는 데 이상적이다. 이 혁신적인 설계는 다양한 고급 기술을 결합하여 전례 없는 이동성과 적응력을 제공하여 대형 기계가 어려움을 겪는 환경에서 작업을 수행할 수 있도록 한다.
BHMbot-B는 고유한 제어 메커니즘을 통해 놀라운 다양성을 달성한다. 로봇의 전진 및 후진 움직임은 진동 모드 전환 제어로 알려진 프로세스를 사용하여 자석, 캔틸레버 및 연결 장치의 진동 움직임을 정렬함으로써 가능하다. 이를 통해 로봇은 모션 모드를 정밀하게 전환할 수 있어 까다로운 환경을 효율적으로 이동할 수 있다.
Beihang University의 연구팀은 BHMbot-B가 배터리, 무선 제어 회로 및 상당한 하중 지지 용량을 제공하는 두 개의 전자기 액추에이터와 같은 여러 핵심 구성 요소를 통합한다고 설명한다. 이 로봇은 전진 시 초당 18.0회(360mm/s), 후진 시 초당 16.9회(338mm/s)의 신체 길이를 달성하는 인상적인 속도를 보여준다. 따라서 BHMbot-B는 제한된 공간에서 빠른 이동이 필요한 작업을 위한 민첩하고 정밀한 도구이다.
대형 기계는 구조적 손상의 위험이 높은 검사 또는 막힘 제거와 같은 작업 중에 제한된 공간을 탐색하는 데 어려움을 겪는 경우가 많다. 마이크로 로봇은 빠른 움직임과 정밀한 선삭을 제공하는 솔루션으로 부상했다. 그러나 이러한 소형 로봇은 좁은 터널이나 막다른 골목에서 갇혀서 움직임을 계속할 수 없는 심각한 문제에 직면할 수 있다.
장애물을 만나면 본능적으로 물러나는 곤충과 달리, 대부분의 마이크로로봇은 미지의 제한된 환경을 탐색하는 데 중요한 기술인 효과적으로 뒤로 이동할 수 있는 능력이 부족하다. HAMR 로봇과 같은 이전 마이크로 로봇 설계는 전진 및 후진 이동을 가능하게 하기 위해 여러 액추에이터를 사용했지만 이러한 시스템은 복잡하고 무선으로 사용하기 위해 소형화하기가 어렵다.
대조적으로, BHMbot-B는 주파수 제어 진동을 사용하여 전진 및 후진 이동을 모두 가능하게 하는 더 간단하고 효율적인 솔루션을 도입한다. 이 혁신을 통해 로봇은 다양한 진동 모드 사이를 전환할 수 있어 회전하지 않고도 장애물을 탐색하고 방향을 바꿀 수 있는 유연성을 제공한다.
BHMbot-B는 전자기 액추에이터, 캔틸레버 및 4바 연결 시스템의 조합을 사용하여 작동한다. 캔틸레버는 코일에 교류가 가해지면 움직여 부착된 자석이 진동한다. 로봇의 앞다리는 이러한 진동에 반응하여 움직이므로 진동 모드에 따라 앞뒤로 스윙할 수 있다.
1차 진동 모드에서 캔틸레버와 자석이 같은 방향으로 움직이면 앞다리가 지면에 닿을 때 전방 마찰력이 생성되어 로봇을 앞으로 밀어낸다. 2차 진동 모드에서는 캔틸레버와 자석이 반대 방향으로 움직이기 때문에 앞다리가 평형 위치를 벗어나고 후방 마찰이 발생하여 로봇이 방향을 바꿀 수 있다.
연구팀에 따르면 고속 카메라 분석을 통해 전진 및 후진 움직임에 대한 뚜렷한 걸음걸이가 나타나 정밀한 제어와 운동학이 보장된다. 이 기능을 통해 BHMbot-B는 제한된 공간의 막다른 골목에서 복구하고 외부 도움 없이 탐색을 계속할 수 있다.
이 로봇은 전진할 때 초당 38.7신장(163Hz), 후진할 때 초당 44신장(680Hz)에 도달하는 놀라운 속도를 달성하다. 흥미롭게도, 후진 속도가 전진 속도보다 빠르는데, 이는 후진 이동 중에 더 효율적인 앞다리-지면 접촉 때문이다.
BHMbot-B의 두드러진 특징 중 하나는 인상적인 하중 지지력이다. 뒷다리에 작은 롤러가 장착된 이 로봇은 마찰을 최소화하고 더 무거운 하중을 운반할 수 있는 능력을 향상시킨다. BHMbot-B는 초당 3.2 몸 길이의 속도를 유지하면서 5.18g의 금속 기둥과 같이 자체 무게의 최대 32배에 달하는 물체를 운반할 수 있다. 또한 자신의 체중의 5배 이상을 지탱할 수 있어 좁은 공간에서 작업할 때 매우 효율적인 캐리어이다.
BHMbot-B는 유리, 모래 및 곡선 튜브를 포함한 다양한 표면에서 다용도로 사용할 수 있도록 설계되었다. 묶임 없이 앞뒤로 이동할 수 있으며 배터리, 자이로스코프 또는 마이크로 카메라와 같은 필수 장비를 운반할 수 있다. 따라서 사람의 접근이 어렵거나 불가능한 제한된 환경에서 실시간 데이터 전송 및 이미징에 이상적이다.
연구팀은 미래를 내다보며 환경 감지 및 자율 항행과 같은 추가 기능으로 BHMbot-B를 향상시킬 계획이다. 이러한 업그레이드는 복잡하고 예측할 수 없는 환경에서 성능을 향상시켜 의료 진단, 산업 검사 및 환경 모니터링과 같은 분야에서 잠재적 응용 분야를 확장할 것이다.
결론적으로, BHMbot-B는 제한된 공간에서 탁월한 민첩성, 고속 이동 및 인상적인 하중 지지 용량을 제공하는 마이크로 로봇 기술의 상당한 발전을 나타낸다. 진동 모드 전환을 사용하여 앞뒤로 이동할 수 있는 고유한 기능을 갖춘 이 제품은 까다로운 환경의 광범위한 응용 분야에 큰 가능성을 제공한다. (Impact Lab)
