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듀크 대학교의 엔지니어 팀은 미래에 환경 조건을 모니터링하는 데 큰 역할을 할 수 있는 새로운 전자제품이 없는 소프트 로봇을 개발했습니다. 로봇은 잠자리의 모양을 하고 있으며, pH, 온도, 오일의 존재와 같은 환경 조건에 반응하면서 물 위를 가로 질러 이동할 수 있습니다.
새로운 증명은 3월 25일에 Advanced Intelligent Systems 저널에 자세히 설명되어 있습니다.
소프트 로봇은 계속 발전하고 개선되고 있으며, 그들의 다용도성으로 인해 중요성이 증가하고 있습니다. 그들은 생물학적 조직과 같은 섬세한 물체를 다룰 수 있으며, 다른剛性 로봇보다 더 좁은 공간에 들어갈 수 있습니다.
이 아이디어를 생각해낸 샤이니 버지스는 듀크 대학교의 생물의학 공학, 기계 공학 및 재료 과학, 정형외과 교수입니다.
바르담 쿠마스는 버지세의 연구실에서 박사 과정 학생이며 논문의 첫 번째 저자입니다.
“나는 샤이니로부터 공항에서 전자제품이 없는 소프트 로봇을 만들기 위한 아이디어를 받았는데, 그 로봇은 과거에 그룹이 발명한 자가 회복되는 하이드로겔을 사용하여 반응하고 자율적으로 이동할 수 있습니다.” 쿠마르는 말했다. “하지만 그 이메일은 그 정도였고, 몇 일 동안 샤이니로부터 다시 이메일을 받지 못했습니다. 그래서 아이디어는 조금 방치되어 있었는데, 나는 그것을 추구할 수 있는 충분한 자유 시간을 갖게 된 후에야 샤이니는 그것을 시도해 볼 수 있다고 했습니다.”
자가 회복되는 하이드로겔
2012년, 버지세의 연구실은 pH의 변화에 반응하는 자가 회복되는 하이드로겔을 개발했습니다. 산도의 변화는 하이드로겔에 새로운 결합을 형성하며, 이것은 pH가 원래 수준으로 돌아오면 반대로 됩니다.
버지세의 새로운 아이디어 중 하나는 소프트 로봇에 하이드로겔을 사용하여 다양한 지역에서 pH의 변화를 감지하면서 물 위를 가로 질러 이동할 수 있도록 하는 것이었습니다. 그녀는 자율적인 환경 센서와 같은 로봇을 개발하는 방법을 찾고자 했습니다.
버지세의 연구실에서 박사 후 연구원인 웅 현 코와 함께 쿠마르는 파리 모양의 소프트 로봇을 설계했습니다. 여러 시도 끝에 팀은 잠자리의 모양을 결정했으며, 그것은 내부 미세 채널 네트워크로 공기 압력을 통해 제어할 수 있었습니다.
소프트 로봇의 몸은 약 2.25 인치 길이이고, 날개폭은 1.4 인치입니다. 그것은 알루미늄 몰드에 실리콘을倒은 다음 구운 후 만들어졌습니다. 소프트 리소그래피는 실리콘 튜브에 연결된 내부 채널을 만들기 위해 사용되었습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=bTjZQMvagJ8&t=2s
드라봇
결과적으로 만들어진 소프트 로봇은 드라봇이라고 명명되었습니다.
“드라봇을 전자제품 없이 자가 작동기를 사용하여 장거리에서 공기 압력 제어에 반응시키는 것이 어려웠습니다.” 코는 말했다. “그것이 확실히 가장 어려운 부분이었습니다.”
드라봇은 날개에 들어오는 공기 압력을 제어하며, 미세 채널은 공기를 앞 날개로 옮깁니다. 그것은 뒤 날개의 구멍을 통해 빠져나옵니다. 드라봇은 뒤 날개의 두 개가 모두 아래로 향하면 이동하지 않습니다. 그러나 두 개의 날개가 모두 위로 향하면 앞으로 이동합니다.
팀은 또한 더 많은 제어를 제공하기 위해 풍선 작동기를 개발했으며, 그것은 로봇의 몸 근처에 있는 뒤 날개의 아래에 위치합니다. 풍선이 부풀면 날개가 위로 말리고, 연구자들은 위로 또는 아래로 향하는 날개의 방향을 변경하여 로봇이 어디로 가야 하는지 제어할 수 있습니다.
“우리는 드라봇을 제어할 수 있었을 때 기뻤지만, 그것은 살아있는 것에 기반을 두고 있습니다.” 쿠마르는 말했다. “살아있는 것들은 단순히 스스로 움직이지 않습니다. 그것들은 환경에 반응합니다.”
팀은 하이드로겔을 사용하여 한 세트의 날개를 그려서 드라봇을 물의 pH의 변화를 감지할 수 있도록 했습니다. 물이 너무 산성인 경우, 한쪽의 앞 날개가 뒤 날개와 결합하여 로봇이 원을 그리며 이동하게 됩니다. pH가 정상 수준으로 돌아오면 하이드로겔이 반대로 작용하여 날개가 다시 분리되고 드라봇이 명령에 완전히 반응할 수 있습니다.
연구자들은 또한 온도 반응 물질을 추가하여 드라봇이 물 위를 가로 질러 이동하고 스폰지로 오일을 흡수할 수 있도록 했습니다. 스폰지의 색상은 오일의 색상에 따라 달라지며, 물이 너무 따뜻하면 로봇의 날개도 색상이 변경됩니다.
새로운 개발은 미래에 환경 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 이러한 로봇은 담수 산화, 지질학적으로 민감한 지역에 영향을 미치는 것을 감지할 수 있습니다. 또한 오일 유출을 조기에 감지하거나 적조와 산호 백화의 초기 징후를 감지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
