미국 아이오와 주립대(Iowa State University)의 연구자들이 개발한 부드러운 로봇 촉수는 집개미(house ant)와 같은 작은 곤충이라도 이들의 몸에 손상을 주지 않고 잡을 수 있다. 

진실로 아무런 해를 입히지 않는다. 부드러운 로봇 촉수는 죽이려는 동기 없이 개미를 올가미 밧줄로 잡을 수 있다. 이 로봇 촉수를 이용하여 작고 부서지기 쉬운 물체를 취급할 수 있다. 로봇 촉수는 단지 200마이크로미터의 반지름을 가지는 원형으로 스스로 감을 수 있는 부드러운 로봇을 형성할 것이다. 

이러한 연구 성과는 아이오와 주립대의 조교수인 김 재윤(Jaeyoun Kim) 연구팀이 개발한 것이다. 쉽게 변형될 수 있는 탄성중합체의 미세관이 이 로봇 촉수의 기본 구조가 되었다. 

이러한 연구 결과는 한 국제학술지(학술지명: Scientific Reports)에 “형상공학이 적용된 탄성중합체 미세관에 기초한 나선형의 굽힘 능력을 가지는 미세 로봇 촉수(Microrobotic tentacles with spiral bending capability based on shape engineered elastomeric microtubes)”라는 제목으로 발표되었다. 이러한 연구 성과는 로봇 개발을 한 단계 진전시킨 것이다. 구체적으로 연구팀은 효율적인 액추에이터를 요구하는 마이크로미터 규모의 유연 로봇 문제를 다루었다. 

연구팀은 미세 촉수가 열빙어(Mallotus villosus)의 작은 알(egg)을 감아서 잡고 유지할 수 있는 능력을 보여주는 광학 현미경 사진을 가지고 있다. 또한, 연구팀은 또 다른 미세 촉수가 개미를 잡아들고 있는 모습을 보여주는 광학 현미경 사진을 가지고 있다.

이러한 작은 유연 로봇은 어떠한 가치가 있을까? 이 로봇은 내시경 등을 이용한 미세 수술(microsurgery)에 유용할 수 있다. 올가미 밧줄로 잡는 운동과 로봇 촉수에 의하여 발휘되는 작은 힘은 예를 들어 수술 목표가 혈관을 통하여 도달하는 것처럼 혈관 내 수술에 유리할 수 있다.

오랫동안 과학자들은 더 많은 작업을 다루기 위하여 로봇을 더 날렵하고 더 유연하게 만드는 데에 관심을 가져왔다. 이는 일부 특수한 형태의 물체들을 잡는 데에 어려움을 겪는 종래의 파지용 로봇 턱에 대한 의존을 벗어나려는 것이다. 아이오와 주립대의 연구자들은 로봇을 더 날렵하고 유연하게 만들기 위하여 촉수 형태의 로봇 팔을 고려하였다. 

연구팀은 유연한 로봇을 만들기 위하여 공압관 액추에이터를 모사하였다. 현재까지 나선형으로 여러 번 감는 운동은 단지 센티미터 규모의 촉수에서 재현되었다. 밀리미터와 마이크로미터 규모에서 촉수는 단지 한 번의 감는 동작만을 수행할 정도로 굽어질 수 있었다. 

마이크로미터 규모의 유연 로봇은 정교한 미세 물체를 안전하기 다루는 장치로 활용될 수 있어 매우 유망하다. 그러나 이러한 유연 로봇이 더 널리 채택되기 위하여서는 쉽게 제작할 수 있고 더 높은 효율을 가지는 마이크로미터 규모의 액추에이터가 필요할 것이다. 

체내에서 진행되는 생체 의학적 조작과 같은 응용분야에서 로봇 팔을 마이크로미터 규모로 소형화하기 위한 연구 노력이 진행되고 있다. 그러나 마이크로미터 규모의 유연한 로봇을 위한 효율적인 액추에이터를 찾는 것은 어려운 일이다. 

큰 규모의 공압 액추에이터는 표면 주름이나 밸브와 같은 많은 하부 요소들을 가지고 있다. 이러한 구성 요소들을 마이크로미터 규모에서 똑같이 재현하는 것은 간단하지 않으며 또한 바람직한 것도 아니다. 

결과적으로 유연한 공압 액추에이터를 마이크로미터 규모로 성공적으로 실현하기 위하여서는 마이크로미터 규모에서 최적화된 새로운 설계 및 제조 기법을 조합하는 것이 요구된다. 

연구자들은 직접 벗기기(direct peeling)에 기초한 유연 식각 기법을 적용하였다. 또한, 연구자들은 굽힘을 나선형으로 여러 번 감는 것으로 증폭시키기 위하여 미세관에 형상 공학(shape engineering)을 적용하였다. 

그 결과 최대 200마이크로미터의 나선형 반지름을 가지는 유연한 로봇 촉수를 개발하였고, 이를 이용하여 부서지기 쉬운 작은 물체를 감아서 유지할 수 있었다. 이러한 나선형 미세 촉수 로봇 팔은 형상 공학 개념과 미세관 제조 기법과 함께 모두 이전에는 전례가 없던 것이었다고 연구자들이 설명하였다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』