로봇 꿀벌: 연구자들이 완전히 전방향 비행 로봇 개발

세계 최초로 워싱턴 주립 대학교(Washington State University, WSU)의 연구자들은 모든 방향에서 안정적인 비행이 가능한 로봇 꿀벌, 즉 Bee++를 설계하였다. 이는 로봇 공학 분야에서 혁신적인 디자인과 복잡한 제어 알고리즘의 결합으로 가능해진 것으로, 인공 수분부터 환경 모니터링 및 탐색 구급 작업에 이르기까지 다양한 잠재적인 응용 분야를 가지고 있다.

Bee++ 프로토タイプ은 4개의 탄소 섬유와 마일러 날개와 4개의 경량 작동기 각각이 날개를 제어하는 것으로 구성되어 있으며, 이는 로봇 공학 분야에서 중요한 발전이다. 이는 비행하는 곤충에서 관찰되는 6개의 자유도 운동을 달성한 최초의 로봇이다. 네스토르 오 페레즈 아란시비아(Néstor O. Pérez-Arancibia) 박사와 그의 연구팀은 이 연구 결과를 IEEE Transactions on Robotics에 발표하였으며, IEEE 국제 로봇 및 자동화 회의에서 연구 결과를 발표하였다.

“연구자들은 30년 이상 인공 비행 곤충을 개발하려고 시도해 왔다”고 페레즈 아란시비아는 말했다. 이러한 작은 로봇을 만드는 데에는 독특한 디자인뿐만 아니라 곤충의 뇌가 작동하는 방식을 모방하는 고급 제어기 개발이 필요하다. “로봇 디자인과 제어의 결합”이라고 그는 강조하며, 이러한 작은 로봇을 위한 ‘인공 뇌’를 만드는 것이 중요하다고 덧붙였다.

여러 가지 제한을 극복하다

WSU 팀의 첫 번째 창작물은 두 개의 날개가 있는 로봇 꿀벌이었다. 그러나 그것은 움직임에 제한이 있었다. 이러한 제한을 극복하기 위해 페레즈 아란시비아와 그의 박사 과정 학생들은 2019년에 날개가 네 개인 로봇을 만들었다. 로봇은 다양한 패턴으로 날개를 구동하여 복잡한 기동을 수행할 수 있었다.

그러나 요 방향 제어를 구현하는 것은 상당한 도전이었다. “요 방향을 제어할 수 없으면 매우 제한적”이라고 페레즈 아란시비아는 말했다. 요 방향을 제어할 수 없으면 로봇이 제어를 잃고 충돌한다는 것을 설명하며, 모든 방향의 운동이 회피 기동 또는 물체 추적에 중요하다고 강조하였다.

곤충에서 영감을 얻은 팀은 날개가 기울어진 평면에서 구동되는 디자인을 도입하였다. 또한 날개 구동 빈도를 100번에서 160번으로 증가시켰다. “해결책의 일부는 로봇의 물리적 디자인이었고, 우리는 또한 로봇이 무엇을 해야 하는지 알려주는 새로운 제어기 디자인을 발명하였다”고 그는 추가로 말했다.

95mg의 무게와 33mm의 날개폭을 가진 Bee++는 실제 꿀벌보다 크고 현재 약 5분 동안 자율 비행만 가능하다. 그러나 이러한 제한은 팀의 기운을 꺾지 않았다. 그들은 기어와 수면 기동 로봇을 포함한 다양한 종류의 곤충 로봇을 개발하고 있다.

Bee++의 개발은 생체 모방과 혁신의 가치의體現으로, 다양한 기관의 지원을 받았다. 국가 과학 재단, DARPA, WSU 재단, 및 WSU의 Cougar Cage 프로그램을 통해 팔루스 클럽이 지원하였다. 이러한 개척적인 작업으로 로봇 공학의 미래는 밝고, 더욱 혁신적인 발전이 예상된다.