UNIST 신소재공학부의 김지윤 교수팀이 개발한 '소프트 로봇'인 불가사리 로봇.© 뉴스1

기존의 단단한 재료·구조와 달리 튼튼하면서도 유연한 로봇을 만드는 기술이 UNIST 연구팀에 의해 개발됐다.

UNIST 신소재공학부의 김지윤 교수팀은 유연하면서도 강인한 '소프트 로봇' 제작 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.건축물에 쓰는 복잡한 텐세그리티 구조(tensegrity structure)를 쉽게 구현할 수 있는 방법을 고안해 움직일 수 있는 '불가사리' 로봇을 제작하는데 성공한 것이다.

텐세그리티 구조는 무게를 견딜 수 있는 '강인한 재료'와 실처럼 팽팽하고 '유연한 재료'가 씨줄과 날줄처럼 엉켜 있는 구조로 강한 강도와 유연성을 모두 얻을 수 있다는 장점이 있어 건축물에 주로 쓰인다.

최근에는 간병 로봇이나 애완용 로봇 등 사람과 함께하는 이러한 로봇은 부드럽고 유연한 특성이 있어야 하기 때문에 유연한 재료로 만들어진 소프트 로봇에 대한 관심이 높다. 하지만 소프트 로봇을 만들 때 재료 자체의 부드러운 특성에만 의존하면 복잡한 로봇의 구동 시스템을 구현하기 힘들다.

김지윤 교수팀은 강인하면서도 유연한 텐세그리티 구조를 다양한 소프트 로봇 디자인에 적용 할 수 있는 제품 제작 방식 개발했다.

연구팀은 3D 프린팅 기법과 물에 녹을 수 있는 수용성 희생틀(Sacrificial mold)을 이용해 복잡한 텐세그리티 구조를 구현하는 방법을 고안했다.

3D 프린터를 이용해 큰 하중을 견딜 수 있는 재료(압축재)와 희생틀을 프린팅 한 뒤 희생틀 내부에 유연한 재료(인장재)를 삽입하는 방식이다.

연구팀은 개발된 구조체 제작방식과 설계 기법을 이용해 정육면체(cube), 도넛(toroid), 삼각기둥(prism) 등 다양한 형상의 텐세그리티 구조를 제작했다.

또 만들어진 텐세그리티 구조체를 기본 모듈로 사용해 5개의 다리가 달린 전기로 구동하는 불가사리 로봇을 조립해 앞으로 걷거나 움직이는 방향을 바꾸는 동작이 가능하다. 

여기에 외부 자극으로 스스로 움직이는 스마트 소재를 적용하면 스스로 움직는 불가사리 로봇도 만들 수 있다.

김지윤 교수는 "텐세그리티 구조의 특성을 이용하면 재료만으로는 만들기 어렵고 자연계에 존재하지 않는 독특한 기계적 물성을 갖는 다양한 메타 구조체를 만들 수 있다"며 "이번 연구로 다양한 형상과 기능을 갖는 유연하고 강인한 블록을 쉽게 만들 수 있어 소프트 로봇 개발에 큰 도움이 될 것"이라고 기대했다.

한국연구재단(NRF)과 한국산업기술평가관리원의 지원을 받은 이번 연구는 로봇 분야의 가장 권위 있는 학술지인 'Science Robotics'에 8월 26일자로 온라인 게재됐다.


kky060@news1.kr