MIT 연구팀, 곤충 크기 점핑 로봇 개발..."험난한 지형도 넘고 무거운 짐도 운반"

 

 

 

▲ 점핑 로봇(사진=MIT)

 

곤충 크기의 로봇은 지진 발생 후 생존자를 찾기 위해 무너진 건물 깊숙한 곳 등 큰 로봇이 들어갈 수 없는 곳까지 진입할 수 있다. 하지만 이 로봇은 잔해 속을 이동할 때 높은 장애물이나 경사진 표면을 만나면 미끄러져 내려갈 수 있다. 공중 로봇은 이같은 위험을 피할 수 있지만, 비행에 필요한 에너지의 양 때문에 멀리까지 가지못하고 중간에 충전 기지로 돌아와 재충전을 해야한다.

 

MIT 연구팀은 공중 로봇보다 훨씬 적은 에너지를 사용하면서, 높은 장애물을 극복하고, 경사면이나 고르지 않은 표면을 뛰어넘을 수 있는 점핑 로봇을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 전문 학술지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.(논문 제목:Hybrid locomotion at the insect scale: Combined flying and jumping for enhanced efficiency and versatility)

 

 

 

▲ 점핑 로봇이 공중으로 튀어오르고 있다.

 

사람의 엄지손가락보다 작고 무게가 클립보다 가벼운 이 점핑 로봇(호핑 로봇)은 스프링이 달린 다리를 통해 지면에서 추진력을 얻고, 4개의 날개를 펄럭이는 모듈을 통해 양력을 얻고 방향을 제어할 수 있다. 이 로봇은 초당 약 30센티미터의 속도로 공중으로 약 20센티미터, 즉 자기 키의 4배를 점프할 수 있으며 얼음, 젖은 표면, 고르지 않은 땅 위를 횡당하거나 호버링 중인 드론 위에서도 뛰어오를 수 있다.

 

그 과정에서 점핑 로봇은 비행 로봇보다 약 60% 적은 에너지를 소비한다. 가벼운 무게와 내구성, 점핑 과정의 에너지 효율 덕분에 이 로봇은 비슷한 크기의 공중 로봇보다 약 10배 더 많은 하중을 운반할 수 있어 다양한 애플리케이션에 활용될 수 있다.

 

연구팀은 "배터리, 회로, 센서를 탑재하는 것은 비행 로봇보다 점핑 로봇에서 훨씬 더 실현 가능성이 높다“며 ”언젠가 이 로봇이 실험실을 벗어나 실제 상황에서 유용하게 사용될 수 있기를 바란다"고 말했다.

 

연구팀에 따르면, 점핑 로봇은 뛸 때 지면으로부터의 높이에서 발생하는 위치 에너지를 낙하하면서 운동 에너지로 변환한다. 이 운동 에너지는 지면에 닿으면 다시 위치 에너지로 변환되고, 상승하면 다시 운동 에너지로 변환된다. 연구팀은 이같은 과정의 효율성을 극대화하기 위해 압축 스프링으로 만든 탄성 다리를 장착했다. 이 스프링은 로봇이 지면에 닿을 때 로봇의 하강 속도를 상승 속도로 변환한다.

 

스프링이 이상적이라면 로봇은 에너지 손실 없이 그냥 뛰어다닐 수 있다. 하지만 스프링이 그 정도로 이상적이지 않기 때문에 연구팀은 '펄럭이는 모듈(flapping modules)' 날개를 사용해 로봇이 지면과 접촉할 때 손실되는 소량의 에너지를 보정하도록 했다. 로봇이 다시 공중으로 튀어 오를 때 펄럭이는 날개가 양력을 제공하며, 동시에 다음 점프를 위해 올바른 방향을 유지하도록 한다. 4개의 플랩핑 날개 메커니즘은 소프트 액추에이터(또는 인공근육)로 구동되며, 내구성이 뛰어나 반복적인 지면과의 충격에도 손상되지 않고 견딜 수 있다.

 

연구팀은 점핑 로봇과 제어 메커니즘을 잔디, 얼음, 젖은 유리, 고르지 않은 토양 등 다양한 지면에서 테스트했으며, 모든 지면 상황에서 성공적으로 횡단했다고 밝혔다.

 

장길수 ksjang@irobotnews.com

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