May 27,2019

종이접기에서 영감 얻은 로봇 탄생

의료용 수술과 우주용 로봇 팔 적용

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종이접기에서 영감을 얻은 부드러운 로봇이 선보였다. 현재 특허 출원 중인 이 로봇은 유연한 특성을 활용해 공장의 조립 라인이나 수술 현장, 우주 공간에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

미국 케이스 웨스턴 리저브대 한인과학자인 이기주(Kiju Lee) 조교수(기계우주공학과) 팀은 종이로 디자인한 로봇을 구부림과 수축, 늘리기 및 비틀림이 가능한 3D 프린팅 모델로 전환시키는데 성공했다. 이 새로운 메커니즘에는 트위스터(TWISTER; TWISted TowEr Robot)란 이름이 붙었다. [관련 동영상]

이 교수팀은 이 로봇을 27일 캐나다 뱅쿠버에서 열린 ‘IEEE/RSJ 지능형 로봇과 시스템 국제회의’에서 발표했다.

종이접기에서 영감을 얻어 개발한 소프트 로봇인 TWISTER Credit: Russell Lee

종이접기에서 영감을 얻어 개발한 소프트 로봇인 TWISTER.   Credit: Russell Lee

강한 힘 가해지면 분산시켜 흡수

TWISTER는 일본 종이예술 작가 미호코 다시바나(Mihoko Tachibana)가 고안한 꼬여진 종이 타워에서 힌트를 얻었다. 이 종이로 만든 타워는 탑 구조를 형성하기 위해 여러 종이접기 부품을 사용했다. 종이 디자인이 이번 작업을 통해 로봇 공학과 제조분야에서 다양한 잠재적 응용제품에 맞게 재창조된 것.

이 교수팀은 종이로 접은 구조물을 사용한 초기 작업에서 세 개의 작은 타워 버전을 큰 타워의 끝에 추가해 마치 세 개의 손가락과 같이 물건을 움켜쥘 수 있도록 조작했다. 연구팀은 로봇이 달걀과 익은 과일을 집어서 옮기는 걸 보면서 과도한 힘이 가해지면 손가락이 여분의 힘을 분산, 변형시켜 흡수한다는 사실을 발견했다.

연구팀은 로봇의 이 같은 특성은 힘을 계산해 감지하거나 사람이 개입하지 않고도 안전에 대한 걱정 없이 모든 종류의 깨지기 쉬운 물체를 조작할 수 있는 잠재력이 있음을 증명한다고 설명했다.

로봇의 타워를 구성하는 부분들. Credit: Case Western Reserve Univ.

로봇의 타워를 구성하는 부분들. Credit: Case Western Reserve Univ.

형상기억합금 채용 고려 중”

이 교수는 최근 TWISTER 디자인을 3D 인쇄가 가능한 모델로 전환시켰다. 이 작업은 복잡한 종이접기로 만든 디자인을 3D 프린팅을 통해 실물로 구현할 수 있도록 했다.

이 교수는 “TWISTER가 강체 로봇과는 매우 다르다”고 말했다.

TWISTER는 삼각형, 육각형, 팔각형 등 규칙적인 다각형층으로 튜브 같은 모양의 타워를 형성한다. 로봇을 제어하기 위해 케이블을 이용한 작동방식을 사용했으나 형상기억합금을 채용하는 것과 같은 다른 방식들도 모색 중이다. 이 로봇 타워는 옆으로 기어서 움직일 수도 있다.

단단한 강체 로봇은 안전상의 이유로 제조 현장에서 대개 사람들과 분리돼 있다. 이 교수는 “트위스터는 연질 소재로 만들 수 있기 때문에 조립 라인에서 바로 사람 곁에서 작업을 해도 안전하다”고 말했다.

연구를 수행한 미국 케이스 웨스턴 리저브대 기계우주공학과 이기주 교수. Credit: Russell Lee

연구를 수행한 미국 케이스 웨스턴 리저브대 기계우주공학과 이기주 교수. Credit: Russell Lee

수술용 로봇과 우주용 로봇 팔로도 개발 예정

한편 이 교수와 의사들은 상처를 최소한으로 줄여서 수술하는 최소 침습적 미세 수술을 위해 로봇을 소형화해서 인체에 삽입하는 방법도 논의해 왔다. 이 교수는 “복부를 절개하지 않고 구멍을 내서 수술하는 복강경수술은 종종 단단한 부품들을 써야 하고 인체 밖에서 기구 제어를 위해 움직이면서 조직에 스트레스를 가한다”고 말했다.

인체 밖에서 기구를 움직이지 않고 로봇을 인체 안에 삽입해 목표 부위를 수술하면 그만큼 조직에 스트레스나 손상을 덜 준다는 것이다.

이 교수는 이와 함께 우주로봇 응용제품, 특히 우주 로봇 팔에 대해서도 연구해 왔다.

이 교수는 “우주로 물체를 띄워 보낼 때 크기가 크고 무게가 무거우면 로켓 발사 비용이 많이 든다”며, “이번에 개발한 로봇은 경직된 로봇 팔에 비해 완전히 접을 수 있을 뿐 아니라 가볍고 간편하다”고 강조했다.

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