노스캐롤라이나 주립대학교와 펜실베니아 대학교의 연구원 팀은 인간의 개입이나 컴퓨터 소프트웨어 없이 복잡한 환경을 탐색할 수 있는 소프트 로봇을 개발했다.

"비정형 환경에서 소프트 지능형 자율 로봇을 위한 비틀림"이라는 제목의 논문이 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재되었다.

신체 지능 시연

Jie Yin은 연구 논문의 교신저자이자 NC State의 기계 및 항공 우주 공학 부교수이다.  

Yin은 "이 소프트 로봇은 '물리적 지능'이라는 개념을 보여준다. 이는 구조적 설계와 스마트 재료를 통해 소프트 로봇이 다양한 상황을 탐색할 수 있다는 의미이다."고 말한다.

소프트 로봇은 꼬인 리본 모양의 액정 엘라스토머로 구성되었다. 섭씨 55도 이상인 표면에 리본을 놓으면 표면에 닿는 리본 부분이 수축한다. 동시에 공기에 노출되는 리본 부분은 그대로 유지된다. 이로 인해 롤링 동작이 발생하고 표면이 따뜻해지면 로봇이 더 빠르게 롤링된다.

Yin은 "이는 매끄러운 면의 막대를 사용하여 이전에 수행했지만 그 모양에는 단점이 있다. 물체를 만나면 제자리에서 회전하기만 하면 된다."라고 말한다. "우리가 꼬인 리본 모양으로 만든 부드러운 로봇은 사람이나 컴퓨터의 개입 없이 이러한 장애물을 협상할 수 있다."

소프트웨어 없이 탐색 구현

로봇은 두 가지 방법으로 이를 수행할 수 있다. 리본의 한쪽 끝이 물체를 만나면 약간 회전하여 장애물 주위를 기동한다. 로봇의 중앙 부분이 물체를 만나면 "찰칵"하고 저장된 변형 에너지가 빠르게 방출되어 리본이 약간 점프하고 착지하기 전에 방향이 바뀐다. 리본은 장애물을 통과할 수 있는 올바른 방향을 찾기 전에 두 번 이상 스냅할 수 있다.

"이런 점에서 많은 사람들이 집에서 사용하는 로봇 청소기와 비슷하다."라고 Yin은 말한다. "우리가 만든 소프트 로봇을 제외하고는 환경에서 에너지를 끌어오고 컴퓨터 프로그래밍 없이 작동한다."

Yao Zhao는 논문의 제1저자이자 NC State의 박사후 연구원이다.

Zhao는 "로봇이 장애물을 협상할 수 있도록 하는 회전 및 스냅이라는 두 가지 동작은 경사로에서 작동한다."라고 말한다. “물체가 리본 중앙에 닿을 때 가장 강력한 스냅이 발생한다. 그러나 물체가 중심에서 멀리 떨어진 리본에 닿으면 리본이 여전히 스냅되며 덜 강력하다. 그리고 중앙에서 멀어질수록 스냅이 덜 두드러져 리본 길이의 마지막 5분의 1에 도달할 때까지 스냅이 전혀 생성되지 않는다.”

연구원 팀은 리본 모양의 로봇이 다양한 미로 같은 환경을 탐색할 수 있는 방법을 보여주는 여러 실험을 수행했다. 그들은 또한 소프트 로봇이 느슨한 모래의 경사면을 오르내리기 때문에 사막 환경에서 효과적으로 작동할 수 있음을 보여주었다.

"이것은 흥미롭고 흥미롭게 볼 수 있지만 더 중요한 것은 자연 환경에서 열 에너지를 수확하고 도로 및 거친 사막과 같은 복잡하고 구조화되지 않은 환경을 자율적으로 협상할 수 있는 소프트 로봇을 설계할 수 있는 방법에 대한 새로운 통찰력을 제공한다는 것이다."고 Yin이 말한다.

이 논문은 또한 NC State Ph.D.가 공동 저술했습. 학생 Yinding Chi, Yaoye Hong 및 Yanbin Li; 펜실베니아 대학의 재료 과학 및 공학 교수인 Joseph Bordogna 교수인 Shu Yang도 있다.