中 동북대학, 치타 동작 모방한 '생체공학 압전 로봇' 개발

 

 

 

▲압전 로봇의 동작 궤적 이미지

 

중국 랴요닝시 선양에 위치한 동북대학(东北大学, Northeastern University) 연구팀이 치타가 달리는 동작을 모방해 ‘H자형’ 생체공학 압전 로봇 'H-BPR'을 개발했다고 밝혔다.

 

연구팀은 이번 연구 성과를 전문 학술지(Journal of Bionic Engineering)에 발표했다.(논문 제목:Design and Performance Test of an H-shaped Bionic Piezoelectric Robot Based on the Standing Wave Principle)

테크엑스플로어 보도에 따르면, 이 로봇은 기계적 압력을 받으면 전하를 생성하는 압전 재료를 기반으로 만들어졌다. 연구팀은 “압전 로봇은 전압 차동 구동 방식으로 직선 운동, 선회 운동, 반경이 다른 회전 운동을 구현한다”고 말했다. 이 로봇의 무게는 38g이며, 크기는 150 × 80 × 31mm³이다.

 

이 압전 로봇은 3개의 압전 빔으로 연결된 4개의 다리를 가지고 있다. 이 로봇은 치타의 달리는 모습을 모방하기 위해 압전 빔의 굽힘 진동을 활용해 네 개의 다리를 주기적으로 움직인다.

 

 

 

▲ 차타의 달리는 동작을 모방한 압전 로봇의 원리를 설명하는 이미지

 

연구팀은 “먼저 압전 로봇의 동역학 및 운동학을 분석하여 압전 로봇 다리 끝에 있는 한 지점의 궤적을 구하고, 압전 로봇의 운동 원리를 분석한 다음, 유한 요소 해석 소프트웨어를 사용해 압전 로봇의 모달 해석과 하모닉 응답 해석을 수행했다”고 말했다.

 

연구팀이 개발한 시스템은 압전 재료의 파동을 이용해 움직이는 다른 로봇에 비해 설계가 간단하고 제작이 용이하다고 한다. 전압을 조정하여 동작과 회전 반경을 조정할 수 있기 때문에 더 넓은 범위의 움직임을 생성할 수 있다고 연구팀은 주장했다.

 

연구팀은 작은 짐을 운반할 수 있는 압전 로봇 시제품을 개발했으며, 향후 소형 센서나 카메라를 결합해 로봇의 기능을 확장할 수 있도록 개선할 계획이다.

 

연구팀이 시제품을 테스트한 결과, 이 압전 로봇은 전반적으로 치타의 걸음걸이를 매우 잘 따라하며, 경사가 다른 경사로를 성공적으로 오른 것으로 나타났다. 압전 로봇의 최대 속도는 320V의 인가 전압(excitation voltage)과 55g의 부하 용량에서 66.79mm/s였다.

 

향후 연구팀은 로봇의 성능을 개선해 극한의 온도, 혹독한 기후 또는 위험한 화학물질이 있는 환경에서도 효과적으로 작동할 수 있도록 해 산업 현장이나 수색 및 구조 임무에 쉽게 배치할 수 있도록 한다는 계획이다.

 

장길수 ksjang@irobotnews.com

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