노스 캐롤라이나 주립 대학이 해파리 로봇을 개발해냈다. (사진. NC State)
노스 캐롤라이나 주립 대학(이하 NC State)과 템플 대학교의 공학 연구자들이 실제 해협을 능가 할 수 있는 해파리에서 영감을 얻은 소프트 로봇을 개발했다. 이들은 이전 연구에서 치타 영감을 얻은 소프트 로봇을 만드는 데 중점을 두어왔다. 그러나 해당 로봇은 매우 빠르지만, 여전히 뻣뻣한 내부 척추를 가진 바 한계가 있었다.
이에 연구진들은 내부 척추 없이 완전히 부드러운 로봇을 만들어냈다. 이들은 동일한 탄성 중합체의 두 개가 결합된 층으로 새로운 소프트 로봇을 제작, 한 층의 중합체에 미리 응력을 가하거나 신장시켰다. 또한 두 번째 층은 사전 응력을 받지 않았으며 공기 채널을 포함했다.
관계자는 “우리는 공기를 채널 층으로 펌핑함으로써 로봇을 유연하게 만들 수 있었다”라며, “프리스트레스된 층의 상대적 두께를 제어함으로써 그 플렉스의 방향 역시 제어할 수 있었다”고 전했다.
작동 방식은 중간층이라 불리는 제3응력이 없는 층과 결합될 때, 프리-스트레싱된 층은 특정 방향으로 이동하기를 원한다. 예를 들어 두 방향으로 잡아 당겨서 사전 응력을 받은 폴리머 스트립 조각이 있을 수 있는데, 프리스트레스된 재료를 중간층에 부착한 후 최종 결과는 찌푸린 얼굴과 같이 아래로 구부러지는 이중층 스트립이 될 것이다. 프리스트 레이싱된 층이라고도 하는 이 이중층 스트립이 공기 채널을 갖는 층보다 얇으면 공기가 채널 층으로 펌핑됨에 따라 찌푸린 곡선이 미소 곡선으로 구부러지게 된다. 그러나 프리-스트레스된 층이 채널 층보다 두껍다면 공기가 채널 층으로 펌핑됨에 따라 찌푸림이 점점 더 뚜렷해지게 된다.
실제로 이 간단한 예는 연구팀이 만든 소프트 로봇 중 하나인 소프트 크롤러를 설명할 수 있다. 그것은 몸을 컬링하는 애벌레 곤충과 흡사한데, 저장된 에너지를 빠르게 방출하면서 앞으로 점프한다. 이보다 더 복잡한 해파리 로봇은 프리스트레스된 디스크와 같은 층은 네 방향으로 뻗어 있고, 채널 층은 링형 공기 채널로 구성된다. 최종 결과는 해파리처럼 보이는 돔으로 형성된다.
해파리 로봇이 이완될 때 돔은 얕은 그릇처럼 구부러진다. 아울러 공기가 채널 층으로 펌핑 될 때 돔은 빠르게 구부러져 물을 밀어 내고 스스로 추진하게 된다. 실험 테스트에서 해파리 로봇의 평균 속도는 초당 53.3밀리미터로, 연구자들이 조사한 3가지 해파리 종 중 어느 것도 초당 평균 30밀리미터보다 빠르지 않은 것으로 나타났다.
