연구자들, 부드러운 근육을 가진 강력한 로보비 개발

하버드 대학교의 하버드 미크로로봇 연구소(哈佛微型机器人实验室)와 와이스 연구소(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)에서 연구자들은 부드러운 인공 근육으로 구동되는 로보비(RoboBee)를 개발했습니다. 이 미크로로봇은 벽에 충돌하거나 땅에 떨어지거나 다른 로보비와 충돌해도 손상되지 않습니다. 로봇공학 분야에서 큰 성과를 이루어낸 로보비는 부드러운 액추에이터로 구동되는 최초의 미크로로봇으로, 제어된 비행을 달성했습니다.

유펑 첸(Yufeng Chen)은 이 논문의 첫 번째 저자이며, 하버드 대학교의 전 연구생이자 포스닥입니다.

첸은 “미크로로봇 분야에서 부드러운 액추에이터를 사용하여 이동할 수 있는 로봇을 만들기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. 그러나 많은 사람들이 비행 로봇에 이러한 액추에이터를 사용할 수 있을지에 대해 회의적입니다. 왜냐하면 이러한 액추에이터의 전력 밀도는 충분하지 않으며, 제어하기도 어렵기 때문입니다. 그러나 우리의 액추에이터는 높은 전력 밀도와 제어 가능성을 가지고 있어 호버링 비행을 달성할 수 있습니다.”

이 연구는 네이처에 발표되었습니다.

발생한 문제

연구자들은 전력 밀도와 관련된 문제를 해결해야 했습니다. 그들은 데이비드 클라크(David Clarke) 교수의 연구실에서 개발된 전기 구동 부드러운 액추에이터를 사용했습니다. 부드러운 액추에이터는 강한 절연 특성을 가진 다이엘렉트릭 엘라스토머를 사용하여 만들어집니다. 전기장이 적용되면 다이엘렉트릭 엘라스토머가 변형됩니다.

전극 전도성을 개선한 후, 액추에이터는 500 헤르츠에서 작동할 수 있게 되었습니다. 이는 이전에 사용된刚性 액추에이터와 유사합니다.

부드러운 액추에이터의 또 다른 문제는 시스템이 불안정해질 수 있다는 것입니다. 이를 해결하기 위해 연구자들은 경량 에어프레임을 개발했습니다. 이것은 액추에이터가 구부러지지 않도록 방지하기 위한 수직 제한 스레드를 포함합니다.

비행 능력

소형 로봇에서, 부드러운 액추에이터는 쉽게 교체되고 조립될 수 있습니다. 연구자들은 다양한 비행 능력을展示하기 위해 여러 가지 소프트 파워 로보비 모델을 개발했습니다.

한 모델에는 두 개의 날개가 있으며, 땅에서 이륙할 수 있습니다. 그러나 이 모델은 추가적인 제어가 없습니다. 네 개의 날개와 두 개의 액추에이터를 가진 모델은 혼잡한 환경에서 비행할 수 있습니다. 로보비는 단일 비행에서 여러 충돌을 피할 수 있습니다.

엘리자베스 파렐 헬블링(Elizabeth Farrell Helbling)은 하버드 대학교의 전 연구생이며, 이 논문의 공동 저자입니다.

헬블링은 “소형, 저중량 로봇의 한 가지 장점은 외부 충격에 대한 내성이 높다는 것입니다. 부드러운 액추에이터는 전통적인 구동 전략보다 충격을 더 잘 흡수할 수 있습니다. 이것은 검색 및 구조 임무를 위한 잔해를 통과하는 것과 같은 잠재적인 응용 분야에서 유용할 것입니다.”

또 다른 모델은 여덟 개의 날개와 네 개의 액추에이터를 가진 로보비입니다. 이것은 제어된 호버링 비행을 수행할 수 있으며, 이것은 부드러운 파워로 구동되는 비행 미크로로봇에 의한 최초의 시도입니다.

다음은 무엇인가?

연구자들은 현재 소프트 파워 로보비의 효율성을 향상시키고 있습니다. 아직 전통적인 비행 로봇에 비해 많이 뒤처져 있습니다.

로버트 우드(Robert Wood)는 하버드 대학교의 찰스 리버 교수이며, 와이스 연구소의 핵심 교수입니다. 그는 또한 이 논문의 공동 저자입니다.

우드는 “근육과 같은 특성과 전기 활성화를 가진 부드러운 액추에이터는 로봇공학 분야에서 큰 도전입니다. 만약 우리는 고성능 인공 근육을 개발할 수 있다면, 우리는 어떤 로봇을 만들 수 있을지 상상할 수 없습니다.”