전자 장치가 없는 로봇 개발, 수질 상태 모니터링에 기여할 수 있을 것

듀크 대학교의 한 팀의 엔지니어가 새로운 전자 장치가 없는 소프트 로봇을 개발했으며, 이는 미래에 환경 조건을 모니터링하는 데 큰 역할을 할 수 있습니다. 이 로봇은 도마뱀 모양을 하고 있으며, pH, 온도, 오일의 존재와 같은 환경 조건에 반응하면서 물 위를 가로지를 수 있습니다.

새로운 원리 증명은 3월 25일에 저널 Advanced Intelligent Systems에 자세히 설명되어 있습니다.

소프트 로봇은 계속해서 발전하고 개선되고 있으며, 그들은 유연성으로 인해 중요성이 커지고 있습니다. 그들은 생물학적 조직과 같은 섬세한 물건을 다룰 수 있으며, 다른刚性 로봇보다 더 좁은 공간에 들어갈 수 있습니다.

이 아이디어의 책임자는 생물의학 공학, 기계 공학 및 재료 과학, 정형 외과 교수인 Shyni Varghee입니다.

Vardham Kumas는 Varghese의 연구실에서 박사 과정 학생이며, 이 논문의 첫 번째 저자입니다.

“저는 공항에서 Shyni로부터 전자 장치가 없는 소프트 로봇을 만들기 위한 아이디어를 받았습니다. 이 로봇은 그들의 그룹이 과거에 발명한 자가 치유 가능한 하이드로겔을 사용하여 반응하고 자동으로 움직일 수 있습니다.”라고 Kumar는 말했습니다. “그러나 그 이메일이 전부였으며, 몇 일 동안 저는 다시 그녀로부터 소식을 듣지 못했습니다. 그래서 그 아이디어는 조금 방치되어 있었는데, 저에게 충분한 시간이 있을 때까지 그 아이디어를 추구할 수 있었습니다.”

자가 치유 가능한 하이드로겔

2012년, Varghese의 연구실은 pH의 변화에 반응하는 자가 치유 가능한 하이드로겔을 개발했습니다. 산도의 변화는 하이드로겔에 새로운 결합을 형성하며, 이는 pH가 원래 수준으로 돌아오면逆转됩니다.

Varghese의 새로운 아이디어 중 하나는 이 하이드로겔을 소프트 로봇에 사용하여 물 위를 가로지르면서 다른 곳의 pH 변화를 감지하는 것입니다. 그녀는 이 loại 로봇을 개발하기 위해 연구실에서 방법을 찾고자 했습니다. 이 로봇은 자율적인 환경 센서로 작동할 수 있습니다.

Varghese의 연구실에서 박사 후 연구원인 Ung Hyun Ko와 함께 Kumar는 파리 모양의 소프트 로봇을 설계했습니다. 여러 시도를 한 후, 팀은 도마뱀 모양을 결정했으며, 이는 공기 압력을 통해 제어할 수 있는 내부 미세 채널을 갖추고 있었습니다.

소프트 로봇의 몸은 약 2.25 인치 길이이고, 날개의 길이는 1.4 인치입니다. 알루미늄 몰드에 실리콘을 부어 구운 후 소프트 리소그래피를 사용하여 내부 채널을 만들었습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=bTjZQMvagJ8&t=2s

DraBot

결과적으로 개발된 소프트 로봇은 DraBot이라고 명명되었습니다.

“전자 장치 없이 공기 압력 제어를 사용하여 긴 거리에서 DraBot을 제어하는 것이 어려웠습니다.”라고 Ko는 말했습니다. “그것이 가장 어려웠던 부분이었습니다.”

DraBot은 날개의 공기 압력을 제어하며, 미세 채널을 통해 공기를 앞 날개로 보내고, 뒤 날개로 향하는 구멍을 통해 공기가 빠져나갑니다. 두 날개가 모두 아래로 향하면 DraBot은 움직이지 않습니다. 그러나 두 날개가 모두 위로 향하면 앞으로 이동합니다.

연구진은 또한 더 많은 제어를 제공하기 위해 풍선 작동기를 개발했으며, 이는 로봇의 몸 근처에 있는 뒤 날개의 아래에 위치합니다. 풍선 작동기가 부풀면 날개가 위로 구부러지며, 연구진은 어느 날개의 위치를 변경함으로써 로봇의 이동 방향을 제어할 수 있습니다.

“우리는 DraBot을 제어할 수 있었을 때 기뻤습니다. 그러나 그것은 살아있는 것과 같습니다.”라고 Kumar는 말했습니다. “살아있는 것들은 단순히 움직일 뿐만 아니라, 그들의 환경에 반응합니다.”

연구진은 자가 치유 가능한 하이드로겔을 사용하여 한쪽 날개의 앞 부분을 칠하여 DraBot이 물의 pH 변화를 감지할 수 있도록 했습니다. 만약 물이 너무 산성이라면, 한쪽의 앞 날개와 뒤 날개가 함께 붙어 로봇이 원을 그리며 움직입니다. pH가 원래 수준으로 돌아오면 하이드로겔이 다시 분리되어 로봇이 명령에 반응할 수 있습니다.

연구진은 또한 온도 반응 물질을 추가하여 DraBot이 물 위를 가로지르며 오일을 흡수할 수 있도록 했습니다. 오일의 색에 따라 스펀지의 색이 변하며, 물의 온도가 너무 높으면 로봇의 날개의 색도 변합니다.

새로운 개발은 미래에 환경 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 이러한 로봇은 담수 산성화, 오일 유출, 적조, 산호 백화와 같은 문제를 조기 감지할 수 있습니다.