한국과학기술원(KAIST) 연구진이 협소한 공간에서 정밀한 원격 작업을 할 수 있는 로봇을 개발했다. '딱정벌레'를 모사해 인공근육과 카메라, 촉각센서를 결합했다. 특히 손가락에 연결한 센서로 로봇을 조종하고, 로봇 상황도 사용자에게 전달되게 했다.
KAIST는 김상욱 신소재공학과 교수팀이 미국 캘리포니아공대(칼텍) 웨이 가오 교수팀, 싱가포르 난양공대(NTU) 히로타카 사토 교수팀과 함께 '비틀봇'을 개발했다고 13일 밝혔다.
연구진은 생체근육처럼 수축하는 인공근육으로 로봇을 걷게 하고 물체를 잡도록 설계했다. 여기에 카메라와 압력센서, 손가락에 부착하는 신축성 센서 패치를 연계해 사용자가 로봇 주변 상황과 물체 접촉 정보를 확인하며 조종케 했다.
먼저 딱정벌레 다리 근육과 관절 움직임 관계를 분석하고, 이를 비틀봇 인공근육 배치와 다리 구조에 반영했다. 열을 받으면 수축하는 고분자 소재 '액정탄성체(LCE)'를 3D 프린팅 해 인공근육을 제작하고, 전기로 열을 발생시키는 구동 모듈을 결합했다. 각 부위 인공근육을 독립적으로 움직이고, 작동 순서를 조절해 전진과 방향 전환 움직임을 구현했다.
또 딱정벌레 집게 모양 큰턱을 본떠, 부드러운 물성의 '소프트 그리퍼'를 만들었다. 여기에 인공근육과 압력센서를 결합해 물체를 잡고 접촉 상태를 감지하도록 했다.
인공근육이 수축하면 집게가 물체를 잡고, 압력센서는 물체와 접촉시 압력을 감지한다. 물체가 센서를 누르면 내부 전극 간격과 전기적 특성이 달라지는 원리로 접촉 상태를 확인한다.
로봇 조종에는 손가락 움직임에 따라 전기저항이 달라지는 신축성 센서 패치를 사용했다. 손가락을 굽혀 패치가 늘어나면 내부 탄소나노튜브(CNT) 전도 경로가 변하면서 저항 신호가 달라진다.
사용자는 로봇에 탑재된 소형 카메라로 주변 영상을 확인하고, 집게의 압력센서가 보내는 정보로 물체와의 접촉 상태를 살필 수 있다. 사용자와 로봇 간 양방향 피드백을 구현한 것이다.
김상욱 교수는 “칼텍 등과의 공동연구를 바탕으로 사람이 접근하기 어려운 공간에서도 작업할 수 있는 소프트로봇 발전에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
제1저자인 김인호 성균관대 교수는 “향후 인공근육 구동 속도와 에너지 효율을 높이고 감각 정보를 활용한 제어 기술을 고도화해, 다양한 환경에서 작업할 수 있는 소프트로봇으로 발전시키겠다”고 밝혔다.
연구결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스' 8월 19일자에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
