中 중국과학기술대, '인간 손' 재현한 19 자유도 경량 로봇핸드 개발

 

 

 

 

 

중국과학기술대학(USTC, 中国科学技术大学) 연구팀이 19 자유도를 가진 로봇핸드 개발에 성공했다고 중국 언론 IT즈자가 5일 보도했다.

 

이번 연구에는 이 대학 장스우(张世武) 휴머노이드로봇연구원장, 왕류(王柳) 특임교수, 진후(金虎) 부교수, 쑨솨이솨이(孙帅帅) 특임 교수 등이 참여했다. 인간의 손 수준의 기능을 구현한 이 로봇핸드는 전세계적으로 수천만 명에 달하는 상지 절단 환자들의 손 기능 재활과 일상 생활에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 휴머노이드 로봇의 정교한 작업에도 활용될 수 있다.

 

이번 연구 성과는 지난 달 22일 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 '19 자유도의 민첩성과 인간 수준의 기능을 갖춘 경량형 로봇핸드(A lightweight prosthetic hand with 19-DOF dexterity and human-level functions)'라는 제목으로 게재됐다.

 

인간의 손은 23 자유도를 갖고 있으며, 무게가 인체의 약 1/150에 불과하다. 운동 기능 측면에서 보면 인체 운동 기능의 54%를 차지한다. 인간과 휴머노이드 로봇의 작업 능력을 보여주는 핵심 요소다.

 

기존 의수의 경우 전력 효율성이 떨어지고, 자유도와 무게 사이에서 이상적 균형을 찾는 게 어렵다. 인간의 손보다 무거운 의수를 착용하면 환자가 심한 불편감을 느낀다. 자유도도 10 미만이다. 제한된 움켜쥐기 기능만 가능하며 유연하지 못하다.

 

연구팀은 로봇핸드 개발 시 중량 대비 높은 출력을 보유한 형상기억합금(SMA)을 인공근육 구동 장치로 사용했다. SMA의 구동력을 증폭시키면서 전달 저항을 줄이기 위해 힘줄과 같은 전달 시스템을 설계했다.

 

 

 

▲ 로봇핸드로 다양한 손동작을 수행할 수 있다.

 

힘줄은 분리형 전달 특성을 바탕으로, 23세트의 센서 유닛이 손가락과 손목에 내장돼 정밀한 관절 움직임 제어를 가능케 한다. 냉각 모듈을 포함한 38개의 배열형 SMA 액추에이터 그룹이 통합돼 19 자유도 능동형 구동을 실현한다. 생체공학적 설계와 통합형 설계 덕분에 로봇핸드의 무게가 0.37kg에 불과하다. 머리 빗기, 글쓰기, 악수, 명함 주고 받기, 체스 두기 등 섬세한 조작 작업을 수행할 수 있다. 착용감과 높은 자유도, 정밀한 제어 기능을 지원한다.

 

이 로봇핸드는 60개 언어와 20개 방언을 지원하는 인간-로봇 상호작용 기능을 지원한다. 인식 정확도가 95%다. 가위 조작뿐 아니라 휴대전화 사용 및 수화 제스처도 할 수 있다.

 

유효정 robot3@irobotnews.com

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