로봇공학 분야에서 주목할 만한 발전으로 ETH Zurich와 Max Planck Institute for Intelligent Systems의 연구원들이 새로운 로봇 다리를 공개했습니다 생물학적 근육을 그 어느 때보다 더 밀접하게 모방하는 것입니다. 이 혁신은 거의 70년 동안 모터 구동 시스템에 의존해 온 기존 로봇 공학에서 크게 벗어났습니다.
로버트 카츠슈만과 크리스토프 케플링거가 이끄는 협력적 노력의 결과, 에너지 효율성, 적응성, 반응성에서 놀라운 능력을 보여주는 로봇 팔다리가 탄생했습니다. 이 발전은 특히 더 생생하고 다재다능한 기계적 움직임이 필요한 분야에서 로봇 공학의 풍경을 잠재적으로 바꿀 수 있습니다.
이 개발의 중요성은 단순한 기술적 참신함을 넘어섭니다. 이는 복잡한 실제 환경과 보다 효과적으로 탐색하고 상호 작용할 수 있는 로봇을 만드는 데 있어 중요한 단계를 나타냅니다. 이 근육 구동 다리는 생물의 생체 역학을 보다 밀접하게 복제함으로써 수색 및 구조 작업부터 인간-로봇 협업의 보다 미묘한 상호 작용에 이르기까지 다양한 응용 분야에 새로운 가능성을 열어줍니다.
혁신: 전기 유압 액추에이터
이 혁신적인 로봇 다리의 핵심은 연구팀이 HASEL이라고 명명한 전기 유압 액추에이터입니다. 이 혁신적인 구성 요소는 인공 근육으로 기능하여 다리에 고유한 기능을 제공합니다.
HASEL 액추에이터는 얼음을 만드는 데 사용되는 것과 비슷한 오일이 채워진 플라스틱 백으로 구성되어 있습니다. 각 백은 양쪽에 전극 역할을 하는 전도성 소재로 부분적으로 코팅되어 있습니다. 이 전극에 전압이 가해지면 정전기로 인해 서로 끌어당기는데, 이는 풍선이 머리카락에 문질러진 후 달라붙는 것과 유사합니다. 전압이 증가함에 따라 전극이 더 가까이 당겨져 백 내부의 오일을 밀어내고 전체적으로 수축시킵니다.
이 메커니즘은 근육과 같은 쌍의 움직임을 허용합니다. 한 액추에이터가 수축하면 그 대응물이 확장되어 생물학적 시스템에서 신근과 굴곡근의 조정된 동작을 모방합니다. 연구자들은 고전압 증폭기와 통신하는 컴퓨터 코드를 통해 이러한 움직임을 제어하여 주어진 순간에 어떤 액추에이터가 수축하거나 확장되어야 하는지 결정합니다.
모터에 의존하는 기존 로봇 시스템과 달리(200년 된 기술) 이 새로운 접근 방식은 로봇 작동의 패러다임 전환을 나타냅니다. 기존의 모터 구동 로봇은 종종 에너지 효율성, 적응성 및 복잡한 센서 시스템의 필요성 문제에 어려움을 겪습니다. 반면 HASEL 구동 다리는 이러한 과제를 새로운 방식으로 해결합니다.
장점: 에너지 효율성, 적응성, 단순화된 센서
전기 유압식 다리는 모터 구동식 다리에 비해 뛰어난 에너지 효율성을 보여줍니다. 예를 들어, 굽은 자세를 유지할 때 HASEL 다리는 상당히 적은 에너지를 소모합니다. 이러한 효율성은 열 화상에서 분명히 나타나며, 모터 구동 시스템에서 생성되는 상당한 열에 비해 전기 유압식 다리에서 최소한의 열이 발생합니다.
적응성은 이 새로운 디자인의 또 다른 주요 장점입니다. 다리의 근골격계는 고유한 탄력성을 제공하여 복잡한 사전 프로그래밍 없이도 다양한 지형에 유연하게 적응할 수 있습니다. 이는 다양한 표면과 충격에 본능적으로 적응할 수 있는 생물학적 다리의 자연스러운 적응성을 모방합니다.
아마도 가장 인상적인 점은 HASEL 구동 다리가 복잡한 센서 시스템에 의존하지 않고도 높은 점프와 빠른 조정을 포함한 복잡한 동작을 수행할 수 있다는 것입니다. 액추에이터의 고유한 특성 덕분에 다리가 장애물을 자연스럽게 감지하고 반응할 수 있어 전반적인 설계가 간소화되고 실제 응용 프로그램에서 실패 지점이 줄어들 가능성이 있습니다.
응용 프로그램 및 미래 잠재력
근육으로 구동되는 로봇 다리는 생체 모방 공학에서 가능한 것의 경계를 넓히는 역량을 보여줍니다. 높은 점프를 수행하고 빠른 움직임을 실행하는 능력은 보다 역동적이고 민첩한 로봇 시스템의 잠재력을 보여줍니다. 복잡한 센서 배열 없이 장애물을 감지하고 반응하는 다리의 능력과 결합된 이러한 민첩성은 미래의 응용 분야에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다.
소프트 로봇 분야에서 이 기술은 기계가 섬세한 물체와 상호 작용하거나 민감한 환경을 탐색하는 방식을 개선할 수 있습니다. 예를 들어, 카츠슈만은 전기 유압 액추에이터가 고도로 맞춤화된 그리퍼를 개발하는 데 특히 유리할 수 있다고 제안합니다. 이러한 그리퍼는 공과 같은 견고한 물체를 다루는지, 계란이나 토마토와 같은 깨지기 쉬운 물건을 다루는지에 따라 그립 강도와 기술을 조정할 수 있습니다.
연구자들은 더 멀리 내다보며 구조 로봇 분야에서 잠재적인 응용 분야를 구상합니다. 카츠슈만은 이 기술의 미래 반복이 재난 시나리오에서 까다로운 지형을 탐색할 수 있는 4족 보행 또는 휴머노이드 로봇의 개발로 이어질 수 있다고 추측합니다. 그러나 그는 그러한 응용 분야가 현실이 되기까지는 상당한 작업이 남아 있다고 지적합니다.
도전과 더 광범위한 영향
획기적인 특성에도 불구하고 현재의 프로토타입은 한계에 직면해 있습니다. 카츠슈만이 설명하듯이, “전기 모터가 달린 보행 로봇과 비교했을 때, 우리 시스템은 여전히 제한적입니다. 다리는 현재 막대에 부착되어 있고, 원을 그리며 점프하며 아직 자유롭게 움직일 수 없습니다.” 이러한 제약을 극복하여 완전히 이동 가능한 근육 구동 로봇을 만드는 것은 연구팀의 다음 주요 장애물입니다.
그럼에도 불구하고, 로봇 분야에 대한 이 혁신의 더 광범위한 영향은 과장될 수 없습니다. Keplinger는 인공 근육과 같은 새로운 하드웨어 개념의 변형적 잠재력을 강조합니다. “로봇 분야는 고급 제어 및 머신 러닝으로 빠르게 발전하고 있습니다. 반면, 똑같이 중요한 로봇 하드웨어의 발전은 훨씬 적었습니다.”
이 개발은 로봇 설계 철학의 잠재적인 변화를 알리는 신호로, 딱딱하고 모터 구동 시스템에서 더 유연하고 근육과 같은 액추에이터로 이동합니다. 이러한 변화는 더 에너지 효율적이고 적응력이 있을 뿐만 아니라 인간 상호 작용에 더 안전하고 생물학적 움직임을 더 잘 모방할 수 있는 로봇으로 이어질 수 있습니다.
결론
ETH 취리히와 Max Planck Institute for Intelligent Systems의 연구자들이 개발한 근육 구동 로봇 다리는 생체 모방 공학에서 중요한 이정표를 세웠습니다. 이 혁신은 전기 유압 액추에이터를 활용하여 로봇이 기계보다 살아있는 생물처럼 움직이고 적응하는 미래를 엿볼 수 있게 해줍니다.
이 기술을 사용하여 완전히 이동하고 자율적인 로봇을 개발하는 데는 여전히 과제가 남아 있지만, 잠재적인 응용 분야는 광범위하고 흥미진진합니다. 더욱 민첩한 산업용 로봇에서 재난 지역을 탐색할 수 있는 민첩한 구조 기계에 이르기까지, 이 획기적인 기술은 로봇에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있습니다. 연구가 진행됨에 따라, 우리는 기계적과 생물학적 경계가 모호해지는 패러다임 전환의 초기 단계를 목격하고 있을 수 있으며, 이는 앞으로 몇 년 동안 로봇을 설계하고 상호 작용하는 방식에 혁명을 일으킬 수 있습니다.
게시물 근육 구동 로봇공학: 생체모방 공학의 새로운 전선 처음 등장 유나이트.AI.