비틀린 로봇, 인간이나 소프트웨어 없이 복잡한 미로를 탐색한다

노스 캐롤라이나 주립 대학교와 펜실베니아 대학교의 연구자 팀은 인간의 개입이나 컴퓨터 소프트웨어 없이 복잡한 환경을 탐색할 수 있는 소프트 로봇을 개발했다.

제목이 “Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments”인 이 논문은 국립 과학 아카데미 저널에 발표되었다.

물리적 지능을 보여주다

지은이는 연구 논문의 공동 저자이며 노스 캐롤라이나 주립 대학교의 기계 및 항공 우주 공학 부교수이다.

“이 소프트 로봇은 ‘물리적 지능’이라는 개념을 보여준다. 즉, 구조적 설계와 스마트 재료가 소프트 로봇이 다양한 상황을 탐색할 수 있게 하는 반면, 계산적 지능은 아니다”라고 지은이는 말했다.

소프트 로봇은 비틀린 리본 모양의 액정 엘라스토머로 구성되었다. 리본을 최소 55도 섭씨의 표면에 올려놓으면 리본의 일부가 수축한다.同時에 공기에 노출된 리본의 일부는 동일하게 유지된다. 이것은 회전 운동을 일으키며, 표면이 더 따뜻해질수록 로봇이 더 빠르게 회전한다.

“이전에는 매끄러운 측면의 막대기를 사용하여 이 작업을 수행했지만, 그 모양에는 한 가지 단점이 있다. 즉, 물체와 충돌하면 단순히 자리에서 회전한다”고 지은이는 말했다. “우리가 만든 비틀린 리본 모양의 소프트 로봇은 인간이나 컴퓨터의 개입 없이 장애물을 협상할 수 있다.”

소프트웨어 없이 탐색하기

로봇은 두 가지 방법으로 이를 수행한다. 리본의 한 끝이 물체와 충돌하면 약간 회전하여 장애물을 돌아간다. 로봇의 중앙 부분이 물체와 충돌하면 “스냅”한다. 즉, 저장된 변형 에너지의 빠른 방출로 인해 리본이 약간 점프하여 재정렬된 후 착륙한다. 리본은 장애물을 협상할 수 있는 올바른 방향을 찾을 때까지 한 번 이상 스냅할 수 있다.

“이 sentido, 많은 사람들이 집에서 사용하는 로봇 청소기와 유사하다”고 지은이는 말했다. “그러나 우리는 컴퓨터 프로그래밍 없이 환경에서 에너지를 추출하여 작동하는 소프트 로봇을 만들었다.”

야오 자오(Yao Zhao)는 논문의 첫 번째 저자이자 노스 캐롤라이나 주립 대학교의 박사 후 연구원이다.

“로봇이 장애물을 협상할 수 있게 하는 두 가지 동작, 즉 회전과 스냅은 경사로 작동한다”고 자오는 말했다. “리본의 중앙에 물체가 닿으면 가장 강한 스냅이 발생한다. 그러나 리본의 중앙에서 멀어질수록 스냅의 강度는 약해진다. 리본의 길이의 마지막 5분의 1까지 스냅이 발생하지 않는다.”

연구자 팀은 리본 모양의 로봇이 다양한 미로와 같은 환경을 탐색할 수 있음을 보여주는 여러 실험을 수행했다. 또한 소프트 로봇이 사암과 같은 사면의 경사를 오르거나 내릴 수 있으므로 사막 환경에서 효과적으로 작동할 수 있음을 보여주었다.

“이것은 흥미롭고 재미있게 보이지만, 무엇보다도 자연 환경에서 열 에너지를 수확하고 복잡한, 비정형적인 환경을 자율적으로 협상할 수 있는 소프트 로봇을 설계하는 방법에 대한 새로운 통찰력을 제공한다”고 지은이는 말했다.

이 논문은 또한 노스 캐롤라이나 주립 대학교의 박사 과정 학생인 인딩 치(Yinding Chi), 야오예 홍(Yaoye Hong), 얀빈 리(Yanbin Li)와 함께 펜실베니아 대학교의 재료 과학 및 공학 교수인 슈 양(Shu Yang)이 공동 저술했다.