과학자들이 거미의 관절에서 영감을 얻은 경량 로봇을 개발하다

독일의 마کس 플랑크 지능 시스템 연구소와 미국의 콜로라도 대학교 볼더의 과학자들은 거미의 관절 원리를 사용하여 새로운 경량 로봇을 개발했다.

연구 논문은 “거미 영감의 전기 유체 작동기”라는 제목으로 Advanced Science에 발표되었다.

거미는 종종 로봇공학 분야에서 영감을 주는 존재이며, 특히 사냥을 할 때 유체 작동 메커니즘을 통해 사지를 움직이는 것을 과학자들이 로봇에 구현하려고 한다.

이 원리를 사용하여 과학자들은 부피가 큰 부품이나 커넥터 없이 가동 가능한 로봇을 개발할 수 있었고, 이는 로봇의 무게를 줄이고 이동성과 속도를 높였다.

로봇은 사용된 경량 구조로 인해 10배 높이까지跳跃할 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=XtZSv7ZcoxY

SES 관절

과학자들은 로봇의 성능을 높이기 위해 거미 영감의 전기 유체 작동기(Spider-inspired Electrohydraulic Soft-actuated joints, SES 관절)를 사용했다. 이 관절은 다양한 방식으로 구성할 수 있으며, 거미 로봇 외부에서도 사용할 수 있다.

연구 논문에는 양방향 관절, 다중 분할 인공 사지, 3개의 손가락이 있는 그리퍼 등이介绍되어 있으며, 이들 모두가 유사한 특성을 가지고 있다. 경량, 단순하고 높은 성능을 보이며, 빠른 이동과 다양한 환경에서 상호 작용하는 로봇 시스템에 유용하다.

SES 관절은 이전에 팀이 인공 근육을 구축하기 위해 발명한 HASEL 기술을 기반으로 한다. SES 관절은 외골격 메커니즘을 모방하며, 이는 거미가 유체 작용력을 통해 사지를 확장하는 방식과 유사하다.

거미 영감 로봇 개발

과학자들은 먼저 얇은 플라스틱 필름으로 만든 유연한 포우치를 만들었고, 그 안에 유체 유전체를 채웠다. 전극을 포우치의 양쪽에 배치하고, 포우치는 작동기로서 작용하며, 유체 작용력은 전기적 힘을 통해 생성된다.

포우치는 회전 관절에 연결되어 있으며, 전극 사이에 고압을 가하면 유체 유전체가 포우치 안에서 이동하고 관절이 구부린다. SES 관절은 70도까지 회전할 수 있으며, 이는 높은 토크를 생성하며, 쉽게 초기 위치로 돌아갈 수 있다.

Christoph Keplinger는 마ックス 플랑크 지능 시스템 연구소의 로봇 재료 부서长이다.

“SES 관절은 매우 단순하고 경량이며, 로봇을 무겁게 하는 周辺 부품이 없다”고 Keplinger는 말했다. “많은 소프트 로봇 응용 분야에서 다재다능한 작동기가 필요하다. 이 거미 영감의 관절은 높은 기능성을 제공하며, 전력 소모가 적고, 제작이 쉽고 저렴하다. 이러한 특징은 로봇 설계에 중요하다. 로봇은 다양한 방식으로 이동하고, 다양한 물체를 조작할 수 있어야 하며, 이를 깨지 않고 할 수 있어야 한다.”

과학자들은 3개의 손가락이 있는 그리퍼를 사용하여 SES 관절의 다재다능성을展示했다. 그리퍼가 근육과 같은 구조를 사용했다면, 물체를 잡을 때 방해를 받았을 것이다. 그러나 SES 관절을 사용하면 훨씬 더 적은 공간이 필요하다.

Nicholas Kellaris는 논문의 첫 번째 저자이다.

“연구의 특징은 다양한 재료를 사용할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 칩스 가방을 만드는 플라스틱을 사용하여 포우치를 만들 수 있다”고 Kellaris는 말했다. “这样 우리는 다양한 기하학적 형태와 특정한 작동 특성을 가진 SES를 구현할 수 있다.”

Phillip Rothemund는 논문의 두 번째 저자이다.

“우리의 연구 목표는 거미 로봇을 만들기 위한 것이 아니었다”고 Rothemund는 말했다. “우리는 어떤 로봇에도 넣을 수 있는 최첨단의 활성 관절을 개발하고자 했다.”