Robot Caterpillar, 소프트 로봇공학의 이동에 대한 새로운 접근 방식 시연

Feb 24, 2024

노스 캐롤라이나 주립 대학의 연구원들은 좁은 공간에서 앞뒤로 움직이고 잠길 수 있는 애벌레 모양의 소프트 로봇을 시연했습니다. 애벌레 로봇의 움직임은 열을 사용하여 로봇이 구부러지는 방식을 제어하는 ​​새로운 패턴의 은나노와이어에 의해 구동되므로 사용자는 로봇을 어느 방향으로든 조종할 수 있습니다.

"애벌레의 움직임은 몸의 국부적 곡률에 의해 제어됩니다. 몸은 앞으로 당길 때와 뒤로 밀 때의 곡선이 다릅니다."라고 해당 연구에 대한 논문의 교신 저자인 Yong Zhu와 Andrew A. Adams는 말합니다. NC 주립대학 기계항공우주공학 석좌교수. “우리는 애벌레의 생체 역학에서 영감을 얻어 국부적인 곡률을 모방하고 나노와이어 히터를 사용하여 애벌레 로봇의 유사한 곡률과 움직임을 제어했습니다.

Zhu는 "두 가지 다른 방향으로 움직일 수 있는 소프트 로봇을 엔지니어링하는 것은 소프트 로봇 공학에서 중요한 과제입니다."라고 말했습니다. “내장된 나노와이어 히터를 사용하면 두 가지 방법으로 로봇의 움직임을 제어할 수 있습니다. 소프트 로봇의 가열 패턴을 제어하여 로봇의 어느 부분이 구부러지는지 제어할 수 있습니다. 그리고 가해지는 열의 양을 조절하여 해당 부분이 구부러지는 정도를 조절할 수 있습니다.”

Caterpillar-bot은 열에 노출되면 다르게 반응하는 두 개의 폴리머 층으로 구성됩니다. 바닥층은 열에 노출되면 수축됩니다. 열에 노출되면 최상층이 팽창합니다. 은 나노와이어 패턴이 폴리머 확장층에 내장되어 있습니다. 패턴에는 연구자가 전류를 적용할 수 있는 여러 리드 포인트가 포함되어 있습니다. 연구진은 서로 다른 리드 포인트에 전류를 가해 나노와이어 패턴의 어느 부분이 가열되는지 제어할 수 있고, 전류를 더 많거나 적게 가해 열의 양을 제어할 수 있다.

논문의 제1저자이자 NC State의 박사후 연구원인 Shuang Wu는 “우리는 애벌레 로봇이 스스로 앞으로 당기고 뒤로 밀 수 있다는 것을 입증했습니다.”라고 말했습니다. “일반적으로 우리가 적용한 전류가 많을수록 어느 방향으로든 더 빠르게 움직일 것입니다. 그러나 우리는 폴리머가 냉각될 시간을 주는 최적의 주기가 있다는 것을 발견했습니다. 즉, '근육'이 다시 수축하기 전에 효과적으로 이완될 수 있도록 하는 것입니다. 애벌레 로봇을 너무 빨리 순환시키려고 하면 신체가 다시 수축되기 전에 '이완'할 시간이 없어 움직임이 손상되었습니다.”

연구원들은 또한 로봇이 문 아래로 미끄러지도록 안내하는 것과 유사하게 사용자가 매우 낮은 간격에서 로봇을 조종할 수 있는 지점까지 애벌레 로봇의 움직임을 제어할 수 있음을 보여주었습니다. 본질적으로 연구원들은 전진 및 후진 동작을 모두 제어할 수 있을 뿐만 아니라 해당 과정의 어느 시점에서든 로봇이 위쪽으로 구부러지는 높이를 제어할 수 있었습니다.

Zhu는 “소프트 로봇의 구동 동작에 대한 이러한 접근 방식은 에너지 효율성이 매우 높으며 우리는 이 프로세스를 더욱 효율적으로 만들 수 있는 방법을 모색하는 데 관심이 있습니다.”라고 말했습니다. "추가적인 다음 단계에는 수색 및 구조 장치와 같은 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있는 센서 또는 기타 기술과 소프트 로봇 운동에 대한 이러한 접근 방식을 통합하는 것이 포함됩니다."

"분산 프로그래밍 가능 열 작동 기능을 갖춘 Caterpillar에서 영감을 받은 소프트 크롤링 로봇"이라는 논문이 오픈 액세스 저널인 Science Advances에 게재되었습니다. 이 논문은 NC State의 기계 및 항공우주 공학 부교수인 Jie Yin이 공동 집필했습니다. 홍야오예(Yaoye Hong) 박사 NC 주립대 학생; NC State의 박사후 연구원 Yao Zhao가 작성했습니다.

이 작업은 보조금 2122841, 2005374 및 2126072에 따라 국립 과학 재단의 지원으로 수행되었습니다. 국립 보건원(National Institutes of Health)에서 승인 번호 1R01HD108473으로 제공됩니다.

-선원-

편집자 참고 사항:연구 개요는 다음과 같습니다.

“분산 프로그래밍 가능한 열 작동 기능을 갖춘 Caterpillar에서 영감을 받은 소프트 크롤링 로봇”

저자: Shuang Wu, Yaoye Hong, Yao Zhao, Jie Yin 및 Yong Zhu, 노스캐롤라이나 주립대학교