■ 연구성과

- <사이언스 로보틱스> 표지 게재

서울대학교 공과대학(학장 차국헌)은 기계항공공학부 조규진(45) 교수 연구팀이 종이접기 기술을 활용한 ‘드론 로봇 팔(가제트 로봇 팔)’을 개발했다고 14일 밝혔다. 해당 연구는 <사이언스 로보틱스> 최신판 표지를 장식했다.

조 교수 연구팀(공동 1저자: 김석준 연구원∙이대영 박사 후 과정, 공동 저자: 정광필 서울과학기술대학교 기계∙자동차공학과 교수, 교신저자: 조규진 교수, 디자이너: 송정률 연구원)은 로봇 팔에 락커를 이용한 ‘가변 강성 메커니즘(Variable Stiffness Mechanism)’을 접목하고, 와이어 한 줄로 쉽게 접고 펼 수 있도록 설계해, 종이접기 구조의 실제 활용 가능성을 한 단계 끌어올렸다.

딱지처럼 가볍고 얇게 접히면서도 자동우산처럼 펼쳐지고 금방 단단해 진다. 그간 종이접기 로봇이 구조적인 한계로 인해 무게를 감당하기 어렵고 쉽게 구동하기 어려웠던 약점을 즉각적으로 극복할 수 있는 기술이다.

가변 강성 메커니즘은 서로 수직하게 놓인 ‘접는 선’이 서로의 움직임을 제약할 수 있다는 종이접기 원리에서 착안한 것이다. 이를 활용하면, 30g이 되지 않는 육면체 구조(40X40X100mm)가 최대 12kg의 압축력을 버틸 수 있다. 반면, 와이어를 잡아당기면 쉽게 락커가 해제돼 육면체 구조를 납작하게 접을 수 있다.

공개된 동영상에서 드론은 접혀 있던 로봇 팔을 아래로 쭉 펼쳐 좁은 계곡에 떨어진 물체를 집고, 나뭇가지 사이를 근접 촬영한다. 로봇을 쓰지 않을 때는 작게 접어 편리하게 이동 및 운반할 수 있게 하고, 필요할 때 펼치면 힘을 발휘한다. 공간과 무게라는 로봇의 두 가지 제약을 획기적으로 극복한 것. 특히 공간과 무게의 제약이 가장 극심한 드론에 로봇 팔을 달아 효과를 극대화했다. 이 성과는 드론만이 아닌 다른 로봇이나 구조물에도 적용 가능하며, 극지, 사막, 바닷 속이나 우주 같은 극한 상황에서도 활용할 수 있을 것으로 보인다.

조 교수는 “소프트 로봇은 유연한 움직임에 비해 큰 힘을 지탱하지 못하는 한계가 있었다. 이 로봇 팔에는 소프트 로봇과 하드 로봇의 중간인 가변 강성이라는 기술을 활용해, 평소에는 유연하게 접혔다가 필요하면 단단해지도록 했다. 소재도 부드러운 패브릭과 특수 처리된 단단한 PET 필름의 복합재로 만들었다”고 소개했다.

Q: 와이어 하나로 어떻게 로봇 팔을 쉽게 접고 펼 수 있나요?

A: 로봇 팔 내부에 설계된 와이어 경로 덕분입니다. 하나의 와이어로 순차적으로 가변 강성 메커니즘을 해제하고 그 후에 팔을 접도록 경로를 설계하였습니다. 와이어를 당기면 가변 강성 메커니즘을 해제하는 힘과 팔을 접는 힘이 동시에 발생합니다. 하지만 락커가 설치되어 있는 동안에는 팔을 접는 힘은 락커에 의해 상쇄되어 사라지고 가변 강성 메커니즘만이 해제됩니다. 그 후 팔이 접히게 되는 것이죠. 이러한 와이어 기반 구동은 확장이 쉬운 장점이 있습니다. 한 개의 모듈에도 적용이 가능하고, 영상과 같이 일곱 개 모듈을 연결한 긴 팔도 와이어 하나로 구동이 가능합니다. 와이어를 풀면 로봇 팔 내부에 설치된 고무밴드로 인해 모듈이 펴지고, 자석에 의해 락커가 설치됩니다.

조규진 교수는 누구?

인간중심소프트로봇기술연구센터(ERC)장. 2014년 소프트로봇과 생체모사로봇 설계 분야 성과를 인정받아 '국제로봇학회 젊은 연구자상(IEEE RAS Early Career)'을 받았다. 2015년 서울공대 최초로 <사이언스> 저널에 실린 '소금쟁이 로봇'을 개발했다. 2016년에는 전미과학진흥협회(AAAS) 연례대회에서 장애인의 일상생활을 돕는 장갑형 소프트로봇 '엑소 글로브 폴리(Exo-Glove Poly)'를 공개해 화제를 모았다. 같은 해 4월, 이탈리아 피사에서 세계 최초로 열린 ‘소프트로봇챌린지’에서 ‘스누맥스’로 우승했다. (끝)

[논문]

링크: https://www.dropbox.com/sh/2eyw2mhbb9ujk99/AACM-DE7MAcUUiETaDW0VB5ua?dl=0

[사진]

링크: https://www.dropbox.com/sh/otuxrc4dy1ow2lm/AADfACw3Bkkt9pmExGTcX4ypa?dl=0

[동영상]

링크: https://youtu.be/GW7D3CjQd-g

[문의사항]

서울대학교 기계항공공학부 조규진 교수 / 02-880-1703 / 010-5616-1703 / kjcho@snu.ac.kr

서울대학교 공과대학 대외협력실 이동하 팀장 / 02-880-9148 / 010-8249-2174 / lee496@snu.ac.kr

▲ 드론 로봇 팔을 지켜보는 이대영 박사 후 연구원과 김석준 연구원

▲ 로봇 팔을 개발한 서울대학교 연구진.

(왼쪽부터) 송정률 디자이너, 이대영 박사 후 연구원, 김석준 연구원, 조규진 기계항공공학부 교수

▲ 컴퓨터 그래픽으로 구현한 드론과 종이접기 로봇 팔

▲ 종이접기 로봇 팔을 접은 상태로 비행하는 드론

▲ 종이접기 로봇 팔을 펼쳐 드론이 접근하기 힘든 틈 사이의 물체를 잡는 모습

▲ 종이접기 로봇 팔을 펼치고 비행하는 드론

▲ 종이접기 로봇 팔을 펼쳐 나뭇가지 틈 사이를 촬영하는 모습