- KAIST·美 칼텍·싱가포르 NTU 공동연구, 시각·촉각 갖춘 소프트로봇 구현

- 장애물 피하고 물체 집어 운반까지 OK, 좁고 위험한 공간 원격작업 기대

원격 제어와 시각 및 촉각 피드백을 활용한 비틀봇의 양방향 피드백 기반 작업 수행.[KAIST 제공]
원격 제어와 시각 및 촉각 피드백을 활용한 비틀봇의 양방향 피드백 기반 작업 수행.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 사람의 손가락 움직임에 따라 걷고, 방향을 바꾸고, 물건까지 집어 옮기는 ‘딱정벌레 로봇’이 등장했다.

KAIST는 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 미국 캘리포니아공과대학교(칼텍), 싱가포르 난양공과대학교(NTU) 연구팀과 공동으로 인공근육 기반 소프트로봇 ‘비틀봇(BeetleBot)’을 개발했다고 13일 밝혔다.

비틀봇은 딱정벌레의 다리와 큰턱 구조를 모방한 소형 로봇이다. 기존 소프트로봇이 움직임과 감지 기능을 별도로 구현하는 데 그쳤다면 비틀봇은 인공근육을 이용한 보행과 물체 집기, 시각·촉각 감지, 사용자 제어 기능을 하나로 통합했다.

핵심은 실제 생체근육처럼 수축하는 인공근육이다. 연구팀은 열을 받으면 수축하는 고분자 소재인 액정탄성체(LCE)를 3D 프린팅해 인공근육을 제작했다. 여기에 전기로 열을 발생시키는 구동 장치를 결합해 로봇의 다리를 움직이도록 했다.

각 다리에 배치된 인공근육의 작동 순서를 조절하면 앞으로 걷거나 좌우로 방향을 바꿀 수 있다.

딱정벌레가 먹이를 붙잡는 큰턱을 본뜬 집게에도 인공근육과 압력센서를 적용했다. 인공근육이 수축하면 집게가 물체를 붙잡고, 압력센서는 물체와의 접촉 상태를 감지한다.

특히 눈길을 끄는 것은 손가락만으로 로봇을 조종할 수 있다는 점이다.

연구팀은 손가락을 굽히거나 펼 때 전기저항이 변하는 신축성 센서 패치를 개발했다. 패치 내부의 탄소나노튜브(CNT)가 손가락 움직임에 따라 전기 신호를 발생시키면 이를 전진, 좌회전, 우회전, 물체 집기 등 네 가지 명령으로 변환한다.

이 명령은 블루투스를 통해 로봇에 전달된다. 사용자는 로봇에 장착된 소형 카메라로 주변 영상을 확인하고, 집게에 부착된 압력센서로 물체를 제대로 잡았는지 파악할 수 있다.

구동·감지·제어 기능이 통합된 소형 소프트로봇과 로봇 제어용 손가락 센서 패치.[KAIST 제공]
구동·감지·제어 기능이 통합된 소형 소프트로봇과 로봇 제어용 손가락 센서 패치.[KAIST 제공]

로봇이 감지한 정보를 다시 사용자에게 전달하고, 사용자는 이를 바탕으로 다음 동작을 결정하는 ‘양방향 피드백’ 시스템을 구현한 것이다.

연구팀은 실제로 비틀봇이 장애물을 피해 목표 물체에 접근한 뒤 집게로 물체를 잡아 다른 장소로 운반하는 데 성공했다.

이번 기술은 산업 설비의 좁은 틈이나 사람이 직접 들어가기 어려운 공간을 점검하고 작은 부품이나 시료를 회수하는 원격작업에 활용될 가능성이 있다.

다만 실제 산업 현장에 투입하기 위해서는 인공근육의 구동 속도와 에너지 효율, 내구성, 전원 공급 및 통신 안정성 등을 개선해야 한다.

연구팀은 향후 저온에서도 빠르게 작동하는 인공근육을 개발하고, 시각·촉각 정보를 로봇의 동작 제어에 반영하는 기술을 고도화할 계획이다.

김상욱 KAIST 교수는 “이번 연구는 인공근육의 움직임과 감각, 사용자 제어를 하나의 시스템으로 연결해 소프트로봇의 활용 가능성을 넓힌 성과”라며 “사람이 접근하기 어려운 공간에서도 작업할 수 있는 소프트로봇 발전에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 8월 19일자에 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com