인공지능(AI)이 급속히 진화하면서 과학자들은 사람 닮은 로봇 연구에 더욱 집착한다. 로봇이 사람에 가까워질 수록 인간과 유사한 형태와 동작이 가능하고 사람들과 더 쉽게 상호작용이 가능해서다. 또 그래야 사람 역할을 보다 완벽히 대체하고, 로봇 적용의 한계를 극복할 수 있다.
과학자들이 최근 자연에서 영감을 얻거나 생체 모방을 통한 청색기술로 인간과 유사한 기능을 갖춘 로봇 개발에 한껏 열을 올리고 있다. 특히 사람과 가까운 로봇을 만들기 위해 사람을 모방하는 추세가 뚜렷하다. 심지어 이젠 사람의 근육의 특성까지 모방하는 상황이 됐다.
미국 노스웨스턴대 연구팀이 최근 사람의 근육을 모방해 수축과 팽창이 자유자재로 가능한 소프트 액추에이터를 개발, 전문저널 ‘어드밴스드 인텔리전트 시스템즈(Advanced Intelligent Systems)'에 연구 논문을 게재해 주목된다. 논문 주제는 '선형 서보 구동 모션을 위한 유연하고 설계된 소프트 로봇 액추에이터'(A flexible, architected soft robotic actuator for linear, servo-driven motion)이다.
연구팀은 기존의 소프트 로봇의 성장을 저해하는 주된 요인이 딱딱하고 진정한 움직임의 자유를 방해하는 액추에이터에 있다고 보고, 수축 팽창이 동시에 일어나는 인간 근육에서 영감을 얻어 소프트 액추에이터 개발에 목표를 뒀다.
인간 근육과 유사한 액추에이터를 개발만 한다면 살아있는 유기체처럼 행동하고 보다 유연하게 움직이는 로봇을 만들 수 있다는 판단에서다.
연구팀은 특히 기존의 로봇엔지니어들이 확장 및 수축이 가능한 액추에이터에만 집중하고 강성은 거의 고려하지 않고 있다는 점에 주목했다. 그래서 더 많은 힘을 생성하고 신체가 그 힘을 더 효율적으로 전달하는데 개발의 초점을 뒀다.
첫번째 연구 단계는 유닛 본체를 3D프린팅하는 것이었다. 구부리고 비틀릴 수 있으면서도 필요할 때 압력을 견딜 수 있는 구조를 찾아야 했기 때문이다. 일반적인 3D프린팅 액추에이터 재료는 유연하지 않았기에 더 너은 소재도 필요했다.
고민 끝에 연구팀은 널리 쓰이는 열가소성 폴리우레탄을 소재로 사용, 신축성이 있고 필요한 경우 비틀림 토크를 처리할 수 있는 저비용의 액추에이터를 만드는데 성공했다.
여기에 서보에 의해 가해지는 토크에 따라 늘어나거나 구부러질 수 있는 동작이 가능하도록 로봇크롤러를 고안했다. 벌레처럼 유연하게 움직이며 복잡한 환경을 탐색하기 위한 필수조건이었다.
연구팀은 이어 6축 로드셀, 선형 가이드, 단일 서보를 통합하여 인간의 이두박근과 유사한 토크와 모션을 생성했다. 장치는 소프트 샤프트와 동일한 고무 재질로 만든 결과 500g무게의 물체를 단 한번의 실패도 없이 5천회를 들어올리는 데 성공했다.
26cm 길이의 원통형 벌레를 닮은 소프트로봇이 인공 이두박근을 이용해 분당 32cm의 속도로 유연하게 기어가며 굴곡진 트랙을 통과하고 무거운 물체를 들어올리는 동작을 완벽히 시연한 것이다.
연구팀은 이번 연구가 소프트로봇 시장의 확장과 발전에 상당한 영향을 미칠 것으로 보고있다. 특히 개발 비용이 매우 낮아서 로봇에 맡길 작업은 많지만 비용 문제로 사용이 제한된 다영한 분야에 응용될 것으로 기대했다.
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