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- 조립 필요 없는 소프트 보행 로봇 개발, 3D 프린터 사용해 58시간 만에 로봇을 한번에 인쇄
- 로봇은 탄성이 있는 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 만들어져, 가격은 20유로 미만
- 6개 다리를 가진 로봇은 "등"에 부착한 작은 CO2 가스 실린더로 구동
- 제조가 쉽고 비용이 저렴하며 오프로드와 수륙 양용으로도 이동이 가능

가스 구동 로봇이 자율적으로 걸어간다
3D 프린팅 로봇, 육지와 물위를 이동한다.

일체형 주조:
전자 부품이 없는 로봇은 가스 압력만으로 움직이며 조립이 필요하지 않다. 3D 프린터로 간단히 인쇄하면 된다. 여섯 개의 다리를 가진 플라스틱 로봇은 언덕이나 계곡뿐만 아니라 물속에서도 걸을 수 있다. 따라서 연구진은 저렴하고 제조하기 쉬운 로봇은 재난 구호나 심지어 방사능으로 오염된 지역에서도 활용될 수 있다고 보고했다. 

▲ 가스 카트리지를 닫으면 소프트봇이 바닥에 평평히 놓다. © David Baillot/University of California San Diego

소프트 로봇, 소위 '소프트봇'은 점점 더 로봇 엔지니어들의 연구 주제가 되고 있다. 소프트봇은 종종 부드러운 폴리머로 만들어지고 압력 차이를 통해 움직이므로 무척추동물의 구조와 추진력을 모방한다. 연구자들은 보통 이 로봇을 사용하기 전에 먼저 조립해야 한다.

나사가 필요 없다

캘리포니아 샌디에이고 대학의 이첸 즈하이(Yichen Zhai)가 이끄는 연구팀은 조립이 필요 없는 소프트 보행 로봇을 개발했다. 연구원들은 시중에서 판매되는 3D 프린터를 사용해 58시간 만에 로봇을 한 번 인쇄했으며, 각 부품을 조립하거나 나사로 고정할 필요가 없었다.

▲ 자율 주행 로봇의 디지털 모노리식 제작을 위한 워크플로. 공압 진동 제어 회로가 내장되어 있다. A) 공압 회로와 B) 다리 액추에이터의 개념적 설계는 원하는 기능에 따라 정의된다. Pneu-net은 공압 네트워크를 의미한다. C) 그런 다음 이러한 개념적 설계를 기반으로 3D 구성 요소를 생성하고 Eulerian Paths를 사용하여 인쇄할 수 있는 모노리식 로봇의 단일 CAD 표현으로 결합했다. [37] D) 로봇은 원샷 모노리식 공정에서 데스크톱 3D 프린터로 제작됐다. E) 제작 후 로봇은 일정 압력 공기 공급 장치에 연결되면 즉시 걸을 준비가 된다. (D)와 (E)의 스케일 막대는 5cm를 나타낸다. www.advancedsciencenews.com www.advintellsyst.com Adv. Intell. Syst. 2025, 2400876 2400876 (3 of 13) © The Author(s). Wiley-VCH GmbH에서 발행한 Advanced Intelligent Systems

로봇은 탄성이 있는 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 만들어졌다. 캘리포니아 샌디에이고 대학의 수석 저자인 마이클 톨리(Michael Tolley)는 "이것은 기계를 만드는 완전히 새로운 방식이다"고 말했다. "이 로봇은 연구자들이 일반적으로 사용하는 기존의 딱딱한 구성 요소로 제작되지 않았다." 게다가 로봇의 가격도 비교적 저렴하다. 소프트봇 한 대를 생산하는 데 드는 비용은 약 18.50유로에 해당한다.

바위와 물 위를 6개의 다리로 걸어 다닌다.

6개 다리를 가진 로봇은 엔지니어들이 "등"에 부착한 작은 CO2 가스 실린더로 구동된다. 압력 조절기의 도움으로 가스가 소프트봇의 "본체"로 일정한 압력으로 흘러 들어가 프로토타입이 약 1분 동안 움직일 수 있다.

가스는 진동 밸브를 통해 각각 3개씩 있는 2세트의 다리로 번갈아 가며 보내진다. 이러한 압력 변화로 인해 다리가 늘어나고 구부러지며, 소프트봇은 막대기 곤충처럼 소위 삼각대 보행 방식으로 움직인다. 로봇 다리는 위, 아래, 앞, 뒤로 4자유도로 움직일 수 있어 직선으로 가능한 한 안전하게 기어갈 수 있다.

연구팀은 "여섯 개 다리 설계 덕분에 로봇이 2cm 거리의 ​​장애물을 안정적으로 들어 올릴 수 있었다"고 보고했다. "한 실험에서 로봇은 모래와 바위가 많은 땅에서 18도 경사를 30초 만에 73cm 올라갔다." 영상에서 볼 수 있듯이 소프트봇은 전자 부품이 없이 조림돼 물위와 물속에서 작동한다. 가스는 측면에서 거품이 부글부글 거품 형태로 나온다.

전자제품이 고장난 곳에

즈하이(Zhai)와 그의 동료들이 설명했듯이, 제조가 쉽고 비용이 저렴하며 오프로드와 수륙 양용으로도 이동이 가능하기 때문에 3D로 인쇄한 여섯 개의 다리를 가진 로봇은 재난 구호나 환경 모니터링에 활용될 수 있다.

가스 구동 덕분에 이 로봇은 전자 구동식 로봇보다 더 어려운 지형에서 사용할 수 있었다. 연구원들은 "진동 밸브의 견고성은 전자 장치를 사용하기 쉽지 않은 시나리오에서 잠재적으로 응용될 수 있음을 나타낸다"고 설명했다. “예를 들어, 스파크 점화, 물로 인한 단락 또는 방사선 노출의 위험이 있는 지역.”

다음으로, 이첸 자이의 팀은 로봇에 압축가스를 저장하는 방법을 찾고자 한다. 그러면 가스 카트리지가 더 필요하지 않을 것이다. 또한 엔지니어들은 로봇에 그리퍼를 장착하거나 재활용 가능하거나 생분해성 소재를 사용하는 방법을 모색하고 있다.
(Advanced Intelligent Systems, 2025: doi: 10.1002/aisy.202400876)
출처: University of California San Diego

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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