날아다니는 로봇이 빛을 내는 기술 개발

매사추세츠 공과 대학의 연구팀은 불빛을 내는 소프트 액추에이터를 개발하여 날아다니는 로봇이 빛을 내는 기술을 개발했습니다. 이 기술은 로봇의 날개에 인공 근육을 사용하여 로봇이 비행 중에 빛을 내는 것을 가능하게 합니다.

이 연구는 IEEE Robotics and Automation Letters에 발표되었습니다.

이 기술은 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 로봇은 구조 작전에서 생존자를 찾고 다른 로봇에게 도움을 요청할 수 있습니다.

추적 및 통신 활성화

미소형 로봇은 종이 클립보다 조금 더 무거울 뿐이며, 빛을 내는 기능은 로봇이 실험실 밖에서 독자적으로 비행할 수 있도록 도와줍니다. 그러나 로봇의 무게로 인해 센서를 탑재할 수 없으므로 연구자들은 적외선 카메라를 사용하여 로봇을 추적해야 합니다. 그러나 연구팀은 로봇이 내는 빛을 사용하여 스마트폰 카메라 3개를 사용하여 로봇을 추적하는 새로운 방법을 개발했습니다.

케빈 첸은 전기공학 및 컴퓨터 과학부의 D. Reid Weedon, Jr. 조수교수이며, Research Laboratory of Electronics의 Soft and Micro Robotics Laboratory의 책임자입니다.

“대형 로봇은 블루투스, 무선 등의 다양한 도구를 사용하여 통신할 수 있습니다. 그러나 작은 로봇의 경우, 새로운 통신 방식을 생각해야 합니다. 이것은 실외 환경에서 로봇을 비행시키는 중요한 단계입니다.”

미소형 로봇의 발광

연구팀은 인공 근육에 미세한 전기 발광 입자를 삽입하여 로봇이 빛을 내는 것을 가능하게 했습니다. 이 기술은 로봇의 비행 성능에 영향을 미치지 않습니다.

연구팀은 이전에 로봇의 날개를 구동하는 소프트 액추에이터를 개발한 바 있습니다. 이 액추에이터는 엘라스토머와 카본 나노튜브 전극의 초박层을 교대로 쌓아 올린 후 구형으로 말아 만듭니다. 전압을 가하면 전극이 엘라스토머를 압축하여 날개가 구동됩니다.

발광 액추에이터를 만들기 위해 연구팀은 엘라스토머에 전기 발광 입자를 삽입해야 했습니다. 그러나 이는 쉽지 않은 작업이었습니다.

연구팀은 먼저 빛을 차단하지 않는 전극을 개발해야 했습니다. 이를 위해 투명한 카본 나노튜브를 사용했습니다. 그러나 이러한 나노튜브를 사용하여도 아연 입자는 강한 전기장과 높은 주파수를 필요로 했습니다. 전기장은 아연 입자의 전자를 들뜨게 하여 광자를 방출하게 합니다. 강한 전기장을 생성하기 위해 높은 전압을 가해 로봇을 구동했습니다. 이 과정으로 입자가 빛을 내는 것을 가능하게 했습니다.

“일반적으로 전기 발광 물질은 에너지 소모가 크지만, 우리는 비행에 필요한 전기장을 사용하여 거의 무료로 전기 발광을 얻을 수 있습니다. 새로운 구동이나 전선이 필요하지 않습니다. 약 3%의 에너지만 더 소모하면 빛을 내는 것이 가능합니다.”

연구팀은 아연 입자를 추가하면 액추에이터의 품질이 저하된다는 것을 발견했습니다. 따라서 아연 입자는 엘라스토머의 상위층에만 혼합되었습니다. 이는 액추에이터의 무게를 약 2.5% 증가시켰지만, 비행 성능에는 영향을 미치지 않았습니다.

“엘라스토머 층의 품질을 유지하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 아연 입자를 추가하는 것은 엘라스토머 층에 먼지를 추가하는 것과 같습니다. 여러 가지 접근 방식을 시도하고 많은 테스트를 거쳐 액추에이터의 품질을 유지할 수 있는 방법을 찾았습니다.”

아연 입자의 화학적 조성을 조절하여 빛의 색상을 변경할 수 있습니다. 연구팀은 오렌지, 녹색, 파란색 입자를 만들었습니다. 각 액추에이터는 하나의 색상만을 내보냅니다.

연구팀은 또한 마스크를 사용하여 액추에이터에 다색 및 패턴을 만드는 것을 가능하게 했습니다.

운동 추적 시스템

다음 단계는 액추에이터의 기계적 특성과 빛의 강도를 측정하는 것이었습니다. 이를 위해 특별히 설계된 운동 추적 시스템을 사용하여 아이폰 카메라를 사용하여 각 전기 발광 액추에이터를 추적했습니다. 컴퓨터 프로그램은 로봇의 위치를 추적했습니다.

“우리는 추적 결과가 매우 좋다는 것을 자랑스럽게 생각합니다. 우리는 비싼 하드웨어를 사용하지 않았으며, 결과는 최고 수준의 추적 시스템과 매우 유사했습니다.”

연구팀은 이제 로봇을 실시간으로 추적할 수 있는 운동 추적 시스템을 개발하고, 로봇이 비행 중에 빛을 켜고 끌 수 있도록 하려 합니다.