[영상] 바사삭 감자칩도 안 부서졌다…로봇 유연성 높인 ‘소프트 밸브’

UNIST(울산과학기술원) 연구진이 로봇 유연성을 극대화할 수 있는 소프트 밸브를 개발했따. 소프트 밸브(가운데)는 늘어나는 힘이 우수하며 연결된 물체(오른쪽)를 자유자재로 작동시킨다. / 영상=UNIST(울산과학기술원)

국내 연구진이 부서지기 쉬운 물체를 쉽게 들어올릴 수 있는 로봇 부품을 개발했다. 이 부품은 늘어나는 힘이 좋아 로봇 손뿐만 아니라 착용형 팔꿈치 로봇에도 활용할 수 있을 전망이다.

20일 UNIST(울산과학기술원)에 따르면 김지윤 UNIST 신소재공학과 교수 등 공동 연구팀은 최근 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 로봇 유연성을 극대화하는 ‘소프트 밸브’ 기술을 공개했다.

소프트 밸브는 가느다란 튜브형 부품이다. 전깃줄과 유사한 형태다. 튜브 안은 공기로 채워졌으며 공기 유입과 유출에 따라 유연하게 작동한다. 무엇보다 늘어나는 길이를 스스로 감지하고, 그에 비례해 연결된 로봇을 유연하게 늘려준다.

연구팀은 튜브 안에 실을 넣고 프로그래밍해 공기 유입과 유출을 자유자재로 조절했다. 이어 해당 부품을 활용해 팔 굽힙 각도에 따라 자동으로 팔꿈치 힘이 증가하는 착용형 로봇을 개발했다. 이 로봇이 팔 근육 부담을 어느 정도 줄일 수 있는지도 지켜봤다.

그 결과 팔을 들어 올릴 때 근육에 가해지는 힘을 평균 63% 줄여 착용 부담을 덜었다. 무엇보다 소프트 밸브는 외부 힘만을 감지해 전기 없이 로봇을 구동시켰다. 전기 없이 움직일 수 있어 수중이나 스파크가 튀는 환경에서 안전하게 사용할 수 있다.

부드럽고 유연한 ‘소프트 밸브’를 투입해 만든 만능 집게. 무거운 물체부터 감자칩까지 얇은 물체를 쉽게 들어올리는 모습. / 영상=UNIST(울산과학기술원)

연구팀은 실제로 소프트 밸브를 활용해 만능 집게를 만들었고, 스파크가 튀는 환경과 물속에서도 정상 작동을 확인했다. 또 단단한 로봇 손으로는 쉽게 부서지는 감자칩부터 무겁고 부피가 큰 나무토막까지 정확히 집어내는 데 성공했다.

이 부품을 활용하면 전기 관련 부품까지 줄어들어 로봇 경량화에도 이점을 지닌다. 또 부품 1개당 800원에 불과해 대량 생산할 수 있다. 연구팀은 다양한 웨어러블 시스템 적용이 가능할 것으로 본다.

김지윤 교수는 “부드럽고 유연한 소프트 로봇 본체와 달리 자극 감지 센서나 구동 제어 부품은 여전히 딱딱한 전자 부품인 경우가 많았다”며 “이번 연구로 센서와 구동 제어 부품도 부드럽고 유연한 소재로 재탄생시켰다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 한국재료연구원, 한국산업기술평가관리원(KEIT) 등의 지원을 받아 수행됐다.

소프트 밸브를 활용한 탄성 중합체 구동기를 제어하는 모습. / 사진=UNIST(울산과학기술원)