밀리미터 크기의 로봇, 자성 필드를 이용해 제어한다

싱가포르 난양 기술 대학(NTU Singapore)의 과학자들은 자성 필드를 이용해 제어하는 밀리미터 크기의 로봇을 개발했습니다. 이러한 로봇은 매우 유연하고 민첩한 조작을 수행할 수 있으며, 의학 및 제조와 같은 분야에서 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

이 연구는 5월에 과학 저널 Advanced Materials 에 발표되었습니다.

기존 소형 로봇을 기반으로 하는 기술

미니어처 로봇은 자성 미세 입자를 생체 적합성 폴리머에 삽입하여 만들어졌습니다. 이러한 폴리머는 인간에게 유해하지 않은 물질입니다. 로봇은 자성 필드가 적용될 때 원하는 기능을 수행하도록 프로그래밍되어 있습니다.

새로운 기술은 이전의 소형 로봇을 기반으로 하여 6개의 자유도(DoF)에서 최적화된 이동 능력을 추가했습니다. 이는 3개의 공간 축을 따라 이동하고 그 축을 중심으로 회전하는 것을 의미합니다.

연구자들은 이미 6개의 자유도 미니어처 로봇을 개발했습니다. 그러나 새로운 버전은 6번째 자유도에서 43배 더 빠르게 회전할 수 있습니다.ただし, 그 방향이 정확하게 제어되어야 합니다.

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로봇의 구성에 사용된 ‘연성’ 물질로 인해 기계적인 특성을 복제할 수 있습니다. 예를 들어, 한 로봇은 수영할 수 있고, 다른 로봇은 미니어처 물체를 정밀하게 집고, 놓을 수 있습니다.

의학 및 항공 우주 공학 학교의 루름 구오 잔(Lum Guo Zhan) 조교수는 이 연구의 주요 저자입니다.

루름 교수에 따르면, 주요 발전은 자성 필드의 세 번째이자 마지막 주요 벡터의 발견에 크게 의존합니다. 이전에는 적용된 자성 필드는 두 개의 주요 벡터로만 정의되었습니다.

“제 팀은 이 작업을 통해 6개의 자유도 동작을 갖는 미니어처 로봇의 기본 작동 원리를 발견하려고 했습니다. 이러한 미니어처 로봇의 물리학을 완전히 이해함으로써, 우리는 이제 그들의 동작을 정확하게 제어할 수 있습니다. 또한, 제안된 제조 방법을 사용하면 existing 기기에 비해 51~297배 더 큰 6개의 자유도 토크를 생성할 수 있습니다. 따라서, 우리의 발견은 소형 로봇 기술에 있어 중요한 발전입니다.”라고 루름 조교수는 말했다.

미니어처 로봇은 약 한 粒의 쌀 크기입니다. 따라서, 큰 로봇이 접근할 수 없는 협소하고 폐쇄된 공간에 접근할 때 유용합니다. 이는 특히 의학 분야에서 유용합니다.

로봇은 원격으로 조작자가 제어할 수 있으며, 제어 컴퓨터에서 실행되는 프로그램에 의해 제어됩니다. 프로그램은 전자석 코일 시스템에 의해 생성되는 자성 필드의 강도와 방향을 변경합니다.

의학 분야에서, 미니어처 로봇은 뇌와 같은 특정한 장기를 접근할 수 있습니다. 그러나, 이러한 방식으로 적용되기 전에 많은 테스트와 조정이 필요합니다.

이 연구의 공동 저자로는 기계 및 항공 우주 공학 학교의 박사 과정 학생인 Xu Changyu와 Yang Zilin이 있습니다.

“수술 외에도, 우리의 로봇은 임상 진단을 위한 랩-온-CHIP 장치를 조립하는 데에도 유용할 수 있습니다. 이는 여러 실험실 공정을 하나의 칩에 통합하여 수행할 수 있습니다.”라고 그들은 말했다.

로봇 테스트

연구 팀은 실험실 실험에서 로봇을 테스트하고 그들의 민첩성과 속도를 입증했습니다.

메두사 모양의 로봇을 사용하여, 팀은 물에 부유한 상태에서 좁은 개구를 통해 수영하는 로봇을 제어했습니다. 이 실험은 로봇이 동적이고 불확실한 환경에서 장벽을 협상할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 미래에, 이러한 로봇이 의학 분야에서 목표를 가진 응용 프로그램에 사용될 수 있음을 의미합니다.

미니어처 로봇은 기존의 미니어처 로봇 중에서 가장 빠른 회전 속도를 기록했습니다.

연구 팀은 로봇을 더 작게 만들고, 몇 百 微미터 크기로 줄이려고 합니다. 또한, 그들은 궁극적으로 완전히 자율적인 로봇을 만들고 싶습니다.