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종이 접기를 이용한 초소형 로봇
  • 고제성(기계) 교수
  • 승인 2018.04.28 14:47
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로봇이라고 하면 많은 사람들이 떠올리는 이미지가 있다. 튼튼한 두 다리로 서서 로봇 팔로 무거운 물건을 들어올리거나 빠르게 움직이며 사람이 하는 일을 대신하는 모습을 떠올리기 마련이다. 하지만 최근 로봇 연구의 새로운 트랜드로 다양한 재료, 제작 방법으로 로봇을 만드는 연구가 활발히 진행 중이다. 싸고, 쉽게 로봇을 만들어 누구나 로봇을 가지거나 직접 만들 수 있는 기술을 개발 한다거나, 부드럽고 말랑말랑한 재료를 이용하여 사람과 상호 작용, 교감할 수 있는 소프트 로봇을 개발하여 로봇을 좀 더 사람 가까이 사용할 수 있도록 하는 연구를 하는 것이다.

여기서는 로봇에 대한 새로운 접근 중에 종이접기를 이용한 로봇을 소개해 주고자 한다. 어려서부터 누구나 곤충이나 여러 가지 모양의 물건들을 종이접기로 만들어 본 경험이 있을 것이다. 신기하게도 평면의 종이를 접다보면 3차원의 원하던 형상이 만들어져 접은 본인도 놀랐던 경험이 있을 것이다. 그리고 종이비행기를 생각해보면 종이를 접어 하늘을 나는 비행기를 만들 수도 있다. 그래서 로봇 또한 평면의 기본 재료를 접어서 원하는 형태의 로봇 구조를 만드는 것이 불가능하지는 않을 것이라고 쉽게 생각할 수 있을 것이다. 물론 기존의 로봇 구조를 종이접기로 만들기 위한 설계 기술은 많은 부분 새로 개발이 되어야 할 것이다.

종이접기 개념의 로봇은 장단점이 뚜렷하다고 할 수 있다. 우선 평면의 얇은 재료를 접어서 만들기 때문에 완성된 로봇의 무게가 아주 작다. 무게가 작으면 빠르게 움직이는데에도 유리할 것이다. 그리고 2차원 평면에서 설계가 되기때문에 다양한 그리고 늘리거나 줄이기가 용이하다. 평면에서 접혀 조립이 되기 때문에 작은 구조를 만들어도 접어서 완성을 하여 조립하기가 편하다. 그리고 좀더 전문적인 부분으로 작은 크기에서의 기계 시스템은 마찰력에 의한 손실이 크다. 손목시계의 작은 파트들의 정밀 가공이 필요한 이유도 움직임에서 마찰을 최소화 시키기 위한 부분이 많을 것이다. 접어서 움직이는 로봇은 접히는 부분의 탄성력은 있지만, 마찰이 없다고 할 수 있다. 따라서 마찰에 의해 소모되는 에너지를 줄일 수 있어 특히 작은 로봇에 알맞은 방법이라고 할 수 있을 것이다.

단점으로는 단단한 금속 덩어리로 만드는 것 보다는 큰 힘을 견디지 못한다. 그리고 아직은 구동시키기 위한 구동기의 제한이 많다. 오랜 시간 개발된 전기모터를 접어서 만들지는 못하기 때문이다. 이러한 한계를 극복하기 위한 연구가 여러 학교, 연구소에서 이루어지고 있다.

이러한 장점을 최대로 이용할 수 있고, 그 효용성을 보여주기 위한 최근의 연구로, ‘MiliDelta robot’ 이 있다. 밀리미터 수준의 작은 델타로봇이다. 델타로봇은 70년대 로봇공학자가 개발한 빠르게 움직일 수 있는 로봇인데, 초코렛 공장에서 빠르게 초코렛바를 옮길 수 있도록 설계되었다. 움직이는 부분의 무게를 최대한 줄이고 무거운 구동부를 고정부에 배치해서 기존의 로봇 보다 빠르게 움직이도록 설계한 로봇이다. 이 로봇의 설계 목적에 종이접기 로봇 개념을 도입하여 초소형 델타로봇을 만든 것이다. 이로봇은 1초에 75회 움직일 수 있을 정도로 빠른 구동 속도를 보여주었고, 2차원 설계에서 접어서 만들어 조립 공정을 간소화 시킬 수 있었다.

종이접기 기반의 로봇이 이러한 장점을 이용할 수 있는 좋은 분야에 맞게 개발 된다면 기존의 로봇의 한계를 뛰어 넘을 수 있는 좋은 대안으로 자리 잡을 수 있을 것이다. 마지막으로 한 마디 덧붙이자면, 이렇게 새로운 개념을 기존의 기술과 접목하여 또 다른 가능성을 만들어 나간다는 것이 대학 연구의 주요 역할이 될 수도 있을 것이라 생각한다.

고제성(기계) 교수  jskoh@ajou.ac.kr

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