연성 로봇(soft robot)의 설계에 관한 한, 연구자들이 마침내 선을 없애는 데 성공하였다. 미국 하버드 대(Harvard University)의 위스 생체 모방 공학 연구소(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) 소속 연구자들이 최초로 선이 없는 연성 로봇을 만들었다. 이 연성 로봇은 4족 로봇으로 일어서서 걸을 수 있다. 

하버드 대 공학 및 응용과학 교수인 로버트 우드(Robert Wood) 연구실에서 일하고 있는 연구팀은 이전에 개발한 연성 로봇의 설계 규모를 키워서 등에 마이크로프로세서, 제어 시스템, 배터리 등 동작에 필요한 모든 장비를 가지고 다닐 수 있는 단일 로봇을 개발하였다. 연구팀에는 케빈 갤러웨이(Kevin Galloway), 마이클 카펠슨(Michael Karpelson), 보박 모사데그(Bobak Mosadegh), 로버트 셰퍼드(Robert Shepherd), 마이클 톨리(Michael Tolley), 마이클 웨너(Michael Wehner) 등이 포함된다. 이러한 연성 로봇의 설계는 2014년 8월 25일에 연성 로봇 관련 한 국제 학술지(명칭: Soft Robotics)에 온라인으로 발표되었다. 

“이전에 개발된 연성 로봇에는 모두 선이 있었다. 이러한 선은 일부 응용분야에서는 괜찮지만, 우리가 하고자 한 것은 로봇이 어떻게 생겨야 하는가에 대한 사람들의 관념에 도전하는 것이었다”고 위스 생체 모방 공학 연구소에서 재료학 및 기계공학 관련 연구자이며, 발표된 논문의 제1저자인 마이클 톨리가 말했다. “사람들이 로봇에 금속 및 경직된 재료를 사용하는 것은 모델링 및 제어가 더 쉽기 때문이다. 우리의 연구는 자연에서 영감을 얻었으며, 우리는 부드러운 재료도 로봇의 기초가 될 수 있음을 증명하고 싶었다”고 마이클 톨리가 덧붙였다. 

메모 수첩보다 작았던 이전의 연성 로봇과 비교하여 이번에 마이클 톨리와 동료 연구자들이 설계한 시스템은 길이가 0.5미터 이상이고, 등에 3.4킬로그램을 나를 수 있을 정도로 크다. 

그러나 설계 과정은 단지 더 작은 로봇의 규모를 키우는 것 이상의 것을 요구하였다. “마이크로프로세서, 제어기, 배터리 등과 같이 선 없이 이동하는데 필요한 기본적인 요소들을 로봇 자체에 설치하려고 생각하기 시작한 순간부터 이러한 부품을 가지고 다닐 수 있는 설계를 요구하였다”고 마이클 톨리가 말했다. “더 큰 압력을 다룰 수 있는 무언가를 생각해 내야 했다. 그래서 재료 선택에 난관이 있었고, 설계도 어려웠고, 제어하는 것도 도전과제였다”고 마이클 톨리가 전했다. 

새로운 선이 없는 로봇은 기본적인 요소들을 가지고 다니는 데 필요한 강도로 16psi(pounds per square inch: 제곱인치당 파운드)의 공기압력을 요구하였으며, 이는 많은 이전의 로봇 설계에서 사용된 7psi보다 2배 이상을 요구하는 것이었다. 이렇게 증가한 압력을 다루기 위하여 로봇은 더 질긴 재료로 만들어져야 했다. 

결국, 마이클 톨리와 동료 연구자들이 선택한 재료는 로봇의 무게를 줄이기 위하여 구형의 유리 미세구멍이 내재한 질긴 고무로 만들어진 실리콘 고무 복합체(composite silicone rubber)였다. 로봇의 바닥은 질기고 경량을 보장하기 위하여 케블라(Kevlar: 타이어나 다른 고무 제품의 강도를 높이는 데 쓰이는 인조 물질) 직물로 만들어졌다. 결과적으로 로봇은 다수의 극한 조건에서도 일어설 수 있었다. 

연구자들은 이 로봇을 눈 속에서 시험하고, 물속에 담그고, 불길 속에서 걷도록 하였으며, 심지어 자동차에 치이도록 하였다. 각각의 실험에서 로봇은 아무 탈 없이 일어났다. 비록 로봇의 속도를 높이고, 센서를 장착하는 것과 같이 아직 장애물이 남아 있지만, 선이 없는 연성 로봇을 개발한 것은 중요한 진전에 해당하며, 이것은 로봇이 어떻게 생겨야 하는가에 대한 개념뿐만 아니라 로봇을 어떻게 사용할지에 대한 개념을 근본적으로 바꿀 잠재력을 가진다고 마이클 톨리가 평가하였다. 

“우리의 상상력을 제한하는 것 가운데 하나는 공장 로봇이 함께하기에 너무 크고, 무섭고, 위험하다는 것이다. 일반인은 산업용 로봇이 작업하고 있는 공장에 걸어갈 수 없다. 그러나 연성 로봇은 본질적으로 덜 위험하며, 사람들은 이러한 연성 로봇과 더 상호작용할 수 있으며, 이러한 특성은 더 많은 기회를 제공할 것으로 생각한다”고 마이클 톨리가 강조하였다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』