軟性 로봇의 성능을 높이는 유연한 펌프

스위스 로잔 연방 공과 대학(Ecole Polytechnique Fedérale de Lausanne)의 과학자들은 자율적인 軟性 로봇, 경량 외골격, 스마트 의류의 성능을 높이는 미니어처 펌프를 개발했다.

현재 대부분의 軟性 로봇은 실리콘, 고무, 신축성 폴리머로 만들어진다. 전통적인 로봇과 달리 軟性 로봇은 복잡한 환경에서 더 효율적으로 움직이고, 취약한 물건을 다루고, 로봇-인간 연결에서 사용될 수 있다. 이러한 로봇은 재활 외골격과 로봇 의류와 같은 분야에서 사용된다. 軟性-바이오 타입 로봇은 궁극적으로 인간보다 더 안전하게 원격 및 위험한 환경을 탐색할 수 있을 것이다.

현재의 軟性 로봇에는 중요한 영역으로 유체를 밀어 넣는 데 사용되는剛性 있고 소음이 많은 펌프가 포함되어 있다. 이것은 軟性 로봇의 이동성과 자율성을 펌프와 튜브로 제한한다.

스위스 로잔 연방 공과 대학의 軟性 트랜스듀서 연구소(LMTS)와 지능형 시스템 연구소(LIS), 그리고 일본 도쿄의芝浦工業大学의 연구자들은 이러한 새로운 개발을 담당했다. 두 그룹은 전적으로 軟性 펌프를 개발한 최초의 연구자들이다. 새로운 펌프는 약 1그램의 무게를 가지며, 완전히 무음이고, 매우 적은 에너지를 사용한다. 전력은 2cm x 2cm의 회로와 재충전 가능한 배터리에서 공급된다. 이 새로운 펌프는 또한 테더의 필요성을 제거할 수 있다.

LMTS의 디렉터인 Herbert Shea는 새로운 기술에 대해 말했다.

“더 큰 로봇을 구동하려면 여러 펌프를 연결한다”고 Shea는 말했다. “우리는 이것을 軟性 로봇 분야의 패러다임 전환으로 간주한다”.

연구자들은 Nature에 발표된 논문에서 자신의 연구 결과를 발표했다.

軟性 펌프를 사용할 수 있는 또 다른 방법은 스마트 의류를 통해 유체를 순환시키는 것이다. 이는 유체를 얇고 유연한 튜브에 담아 의류 안에埋め込는 방식으로 작동한다. 이는 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 유체를 이동시켜 신체의 특정 영역을 냉각 또는加熱할 수 있다. 외과 의사, 운동 선수, 파일럿과 같은 많은 전문가들이 이 기술의 혜택을 받을 수 있다.

새로운 軟性 펌프는 “현재 슈퍼컴퓨터와 같은 시스템에서 냉각 유체를 순환시키는 데 사용되는 물리적 메커니즘을 기반으로 한다”고 한다. 펌프의 레이아웃에는 직경 1mm의 튜브형 채널이 포함되어 있으며, 내부에는 인쇄된 전극이 있다. 펌프 내부에는 유전체 유체가 포함되어 있다. 전압을 적용하면 전극에서 유체로 전자가 흐르고, 일부 분子は 전기적으로 충전된다. 이러한 분子は 다른 전극에 끌리며, 유체를 튜브를 통해 끌고 간다. LMTS의 박사 후 연구원인 Vito Cacucciolo는 “전기장을 조정하여 흐름을 가속할 수 있지만, 완전히 무음으로 유지할 수 있다”고 말했다.

이 기술은 이미 일부 분야에서 테스트되고 있다. 연구자들은 로봇 손가락에 펌프를 성공적으로 구현했으며, 일본의 Suzumori 연구소와 협력하여 유체 구동형 인공 근육과 유연한 외골격을 개발 중이다.

연구자들은 또한 새로운 기술을织物 장갑에 적용했다. 장갑에는 유체를 운반할 수 있는 튜브가 포함되어 있으며, 이는 장갑의 다양한 영역을 냉각 또는加熱하는 데 사용될 수 있다. “그것은 집의 난방 및 냉방 시스템과 비슷하게 작동한다”고 Cacucciolo는 말했다.

이 새로운 기술은 계속해서 발전할 것이며, 다양한 분야의 회사들이 관심을 보일 가능성이 있다. 이미 일부 회사들이 초기에 관심을 보였다. 새로운 軟性 로봇과 유연한 펌프는 많은 로봇-인간 인터페이스 제품을 개발하는 데 도움이 될 수 있다.