소프트 로봇이 손상을 감지하고 스스로 복구한다

코넬대학교의 엔지니어 팀이 언제, 어디서 손상되었는지를 감지한 뒤 즉시 스스로 복구하는 소프트 로봇을 개발했다.

이 연구인 “Autonomous self-healing optical sensors for damage intelligent soft-bodied systems”는 Science Advances에 발표되었다.

로봇의 내구성과 민첩성 향상

롭 셰퍼드는 기계·항공우주공학 부교수다.

그는 “우리 연구실은 로봇이 더 많은 기능을 갖추고 더 오래 작동할 수 있도록 항상 내구성과 민첩성을 높이려 한다”며 “로봇을 오랫동안 작동시키면 손상이 쌓인다. 그렇다면 로봇이 그 손상을 복구하거나 처리하도록 하려면 어떻게 해야 할까?”라고 말했다.

그의 Organic Robotics Lab은 소프트 로봇과 관련 부품에 사용할 수 있는 신축성 광섬유 센서를 개발했다. 이 센서는 피부와 착용형 기술 등 다양한 용도로 활용할 수 있다.

셰퍼드에 따르면 자가 복구 능력을 갖추기 위한 첫 단계는 로봇이 무언가를 고쳐야 한다는 사실을 인식하게 하는 것이다. 연구팀은 이를 위해 광섬유 센서와 LED 조명을 결합해 로봇 표면의 미세한 변화를 감지하는 혁신적인 기술을 만들었다.

센서는 수소 결합을 포함하는 폴리우레탄-우레아 엘라스토머와 결합되어 빠른 복구를 가능하게 한다. 강도를 높이는 이황화 결합 교환 반응도 일어난다.

SHeaLDS 자가 복구 시스템

이 새로운 시스템으로 동적 감지를 위한 자가 복구 광 도파관인 SHeaLDS를 만들었다. 이를 통해 외부 개입 없이 실온에서 절단 부위를 스스로 복구하는 손상에 강한 소프트 로봇을 구현할 수 있다.

연구진은 다리가 네 개인 불가사리 모양의 소프트 로봇에 SHeaLDS를 설치했다. 이어 피드백 제어 기능을 장착하고 다리 하나를 여섯 번 찔렀다. 로봇은 손상을 감지하고 각각의 절단 부위를 약 1분 만에 스스로 복구했으며, 감지된 손상에 따라 보행 방식을 자율적으로 조정할 수 있었다.

이 소재는 매우 튼튼하고 저항성이 높지만 파괴되지 않는 것은 아니다.

셰퍼드는 “인간의 살과 비슷한 특성이 있다. 화상이나 산, 열로 인한 손상은 잘 낫지 않는다. 화학적 특성이 바뀌기 때문이다. 하지만 절단 부위는 잘 복구할 수 있다”고 말했다.

연구팀은 이제 SHeaLDS를 촉각 사건을 인식하는 머신러닝 알고리즘과 통합해 자가 복구 피부를 갖춘 내구성 높은 로봇을 만들 계획이다. 같은 피부로 주변 환경을 감지하고 다양한 작업을 수행할 수도 있다.