연구자들이 곤충에서 영감을 얻은 로봇 그리퍼를 만들었다
많은 부드러운 로봇 그리퍼는 물고기 지느러미의 굽힘에서 영감을 얻었다. 이들은 물체를 감싸 붙잡기 위해 물체 주위로 휘어지는 삼각형 부품을 포함한다. 이 부품들에는 90도 각도로 배치된 가로 빔이 있어 그리퍼가 물체를 감싸는 데 도움을 준다.
이러한 기존 그리퍼는 물체를 들어 올리는 데 많은 힘이 필요하고, 깨지기 쉬운 물체를 으깨지 않고 다루지 못하는 경우도 많다. 덴마크 남부대학교 오덴세 캠퍼스의 포라만테 마눈퐁이 이끄는 다섯 개 대학의 연구진은 곤충이 걷고 물체를 붙잡는 방식에서 영감을 얻어 새로운 로봇 그리퍼 제작 방법을 개발하고 있다.
오덴세의 국제 연구팀은 90도 각도의 가로 빔 대신, 곤충의 접착 패드와 같이 10도 또는 30도 각도로 빔을 배치했다. 이 빔들의 기울기를 바꾼 결과, 연구진은 그리퍼가 물체를 더 잘 감싸고 20% 적은 힘으로 들어 올릴 수 있다는 사실을 확인했다.
“많은 동물이 유연한 패드나 발로 표면에 달라붙거나 고정될 수 있다는 것은 알려져 있다. 곤충의 패드는 기울기가 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 그립의 각도 변화를 다룬 이전 연구는 있었지만, 프레임 내부의 다양한 가로 빔 각도가 미치는 영향을 자세히 조사한 연구는 없었다.”
물체를 잡는 데 더 적은 힘을 쓰면 그리퍼가 음식과 같이 더 섬세한 물체를 으깨지 않고 다룰 수 있다. 연구진이 90도 또는 120도 각도의 빔을 가진 그리퍼를 시험했을 때, 물체를 들어 올리는 데 훨씬 더 많은 힘이 필요했다.
새로운 그리퍼는 로봇의 보행도 개선했다. 돌과 같은 울퉁불퉁한 표면이나 걸을 수 있는 파이프처럼 둥근 표면을 만나도, 로봇은 복잡한 제어 없이 상황에 대응할 수 있었다. 그리퍼는 로봇이 걷는 표면을 쉽게 감싸는 물갈퀴와 비슷하다.
마눈퐁 연구팀은 곤충의 접착 패드에서 영감을 받았지만, 로봇공학의 발전을 위해 자연에서 답을 찾는 연구자는 그들만이 아니다.
2020년 12월, 조지아 공과대학교 공학대학의 연구진은 콩 덩굴에서 영감을 받은 로봇 그리퍼를 개발했다. 이 부드러운 그리퍼는 공압 제어 하나만으로 작동해 작업이 간단하다. 또한 그리퍼의 탄력 있는 줄기에는 광섬유 센서가 있어 들어 올리는 물체와 외부 방해 요소를 감지할 수 있다.
“여러 디자인을 시도했지만 결과가 만족스럽지 않았고, 몇 년 전 우리 정원에서 키웠던 콩이 떠올랐다. 이 식물은 다른 식물이나 밧줄을 아주 단단히 붙잡을 수 있다. 그래서 덩굴식물을 간단히 조사해 보았고, 자연이 만든 좋은 디자인이니 우리가 연구해 볼 만하다고 생각했다”
2020년 11월, 시드니 뉴사우스웨일스대학교(UNSW Sydney) 연구진은 코끼리 코에서 영감을 받은 그리퍼를 만들었다. 이 부드러운 조직 그리퍼는 무겁고 깨지기 쉬운 물체를 다루도록 설계되었다.
연구진은 이 다목적 기술이 깨지기 쉬운 물체를 다루는 농업, 식품 산업, 과학 및 자원 탐사 분야에서 널리 쓰일 수 있다고 주장했다. 인명 구조 작업이나 개인용 보조 기기에도 활용될 수 있다고 했다.
탄 included 응옥 도 박사는 이렇게 말했다. "우리의 새로운 부드러운 조직 그리퍼는 얇고 평평하며 가볍고, 튜브 안의 펜처럼 좁은 공간에서도 다양한 물체를 잡고 꺼낼 수 있습니다. 이 장치에는 실시간 고급 힘 센서도 있는데, 이는 기존 설계보다 15배 민감하며 작업 대상을 손상시키지 않도록 필요한 잡는 힘을 결정합니다. 또한 열로 작동하는 메커니즘이 있어 그리퍼 몸체를 유연한 상태에서 단단한 상태로, 또는 그 반대로 바꿀 수 있어 다양한 모양과 무게의 물체를 잡고 들 수 있습니다. 그리퍼 자체 무게의 최대 220배까지 가능합니다."
오덴세 연구팀은 부드러운 그리퍼만으로 자신들의 그리퍼 모델을 시험했다. 다음 과제는 더 가혹한 환경에서도 견딜 수 있을 만큼 그리퍼를 강하게 만드는 것이다.
"다양한 기계적 해결책과 호환되는 로봇 발과 그리퍼 설계는 여러 기반에서 올바른 접촉과 파지를 개선하기 위해 개발되었습니다. Fin Ray 구조가 그중 하나입니다. Fin Ray 효과는 이미 제안되고 사용되었지만, 프레임 내부의 다양한 가로대 각도가 미치는 영향에 대한 자세한 연구는 이루어지지 않았습니다", 연구에 따르면 밝혔다.
과학자들에 따르면, 접촉 면적이 넓고 에너지 효율이 높으며 내구성이 뛰어난 점 등을 고려할 때, 10도 기울어진 비표준 가로대를 가진 Fin Ray 모델은 특정 기하학적 매개변수의 제약 안에서 다른 모델들에 비해 최적의 절충안을 제공한다.
