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생체모방로봇
  • 고제성(기계) 조교수
  • 승인 2017.10.12 00:08
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자연계에는 공학적으로 설명하기 어렵고, 만들어내기 힘든 구조, 재료, 운동 성능을 가진 생물들이 많이 존재합니다. 물 위에서 자유롭게 이동하고 뛰어오르기도 하는 소금쟁이, 눈에 잘 보이지도 않는 크기의 몸으로 아주 높이 뛰어오르는 벼룩, 작은 날개로 자유롭고 빠르게 날라다니는 벌 등 일반적으로 많이 볼 수 있는 생물이지만 공학적으로 구현하기 힘든 크기, 형태로 놀라운 움직임을 보이고 있습니다. 이러한 생물들과 같은 로봇을 현재 공학적인 기술로는 만들기 힘듭니다. 우선 기존의 로봇 구조 요소들은 생물과 크게 다릅니다. 생물들은 다양한 특성의 재료들이 다양한 모양으로 적재적소에 배치되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 이러한 생물의 장점을 최대한 이용하기 위해서는 생체조직과 유사한 복합적인 특성을 가진 신소재가 필요하게 됩니다. 섬유강화 플라스틱, 리퀴드메탈, 형상 기억 합금 등 기존의 금속, 플라스틱 재료가 가지고 있지 않은 특성을 가진 스마트 재료를 이용하여 생체 조직과 유사한 물성을 구현할 수 있습니다. 그리고 이러한 물질을 이용하여 로봇을 만들기 위해서는 그에 맞는 제조 공정 또한 새롭게 요구되게 됩니다. 삼차원 절삭 공정을 이용한 로봇 요소 제작에서 벗어나, 적층, 코팅, 정밀 레이져 등 새로운 접근의 제조 공정을 이용하여 로봇을 만들어야 합니다. 재료와 공정이 새롭게 개발되고 기존의 설계 방법으로는 이러한 새로운 접근이 힘들어지게 되어 로봇의 설계 또한 바뀌게 되었습니다. 종이접기를 하듯이 접어서 구조를 만드는 것입니다. Origami라고 하는 국제 표준 용어는 일본어에서 나온 종이접기의 국제 표준 용어 입니다. Origami 구조를 이용하여 다양한 크기의 로봇을 쉽게 만들 수 있게되고, 새로운 재료를 더욱 편리하게 사용할 수 있게 된 것입니다.

로봇의 제작과 더불어, 로봇 소형화의 큰 걸림돌중 하나는 파워 문제입니다. 얇고 작은 구조의 제작 및 구동 기술의 발전하고 가능성이 높아지는 상황에서 그러한 작고 얇은 베터리가 가능하느냐는 또 다른 질문이 생겼습니다. 베터리가 작아지면 그에따라 용량도 줄어 들고, 1~2분 정도의 짧은 시간동안만 무선으로 구동이 될 수 있었던 것이 현실이었습니다. 최근 발표된 Science Robotics 논문에서는 이러한 큰 파워 문제를 무선 파워 송신 기술로 극복해 보자는 시도가 발표 되었습니다. 두 코일 사이의 전자기 유도를 통해 로봇에는 작은 코일 만으로 비교적 큰 파워를 무선으로 얻을 수 있는 가능성을 보여 준 것입니다. 따라서 로봇이 작아지고 얇아져도 앞으로 무선으로 파워를 인가하여 소형 로봇 응용 가능성을 한층 높인 연구라 할 수 있을 것입니다.

이와 같이 복합 재료, 합금 재료, 압전 소자 등 새로운 재료와 그에 따른 새로운 재조 공정을 로봇 제작에 도입하여 쉽게 작은 크기의 로봇을 제작하고, 초소형 전력 및 전자 기술을 개발하여 초소형 로봇 연구 개발 환경을 만들 수 있도록 하는 연구가 활발히 학계에서 진행 중에 있습니다. 곤충 크기의 로봇은 크기도 작고, 에너지 소모도 작아 여러대의 로봇이 군집을 이루어 하나의 큰 로봇으로 할 수 없는 넓은 재난 현장의 세밀한 수색과 같은 일을 수행할 수 있을 것이라 기대하고 있습니다.

고제성(기계) 조교수  .

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