美 하버드대, 형태 변형 기능 내장한 소프트 로봇 3D 프린팅 기술 개발

▲ 하버드대 연구팀이 3D 프린팅 기술을 적용해 소프트 로봇을 만들수 있는 기술을 개발했다(이미지=하버드대)

美하버드대 연구팀이 공기 주입만으로 원하는 방향으로 구부러지고 변형되는 소프트 로봇을 3D 프린팅 제작할 수 있는 기술을 개발했다.

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제니퍼 루이스(Jennifer Lewis) 하버드대 교수팀은 자체 개발한 '회전식 다중소재 3D 프린팅(rotational multimaterial 3D printing)' 방식을 적용해 하나의 노즐로 두 가지 이상의 상이한 소재를 출력하며, 소프트 로봇을 제작할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다.

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새로운 제작 방법은 속이 빈 채널이 정밀하게 배치된 긴 필라멘트를 출력하며, 채널에 공기를 주입하면 장치가 미리 설정된 방식으로 구부러지고 변형된다.

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연구팀은 이번 연구 성과를 전문 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 발표했다.(논문 제목:Rotational Multimaterial 3D Printing of Soft Robotic Matter With Embedded Asymmetrical Pneumatics)

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연구팀은 폴리우레탄과 젤(gel) 성분의 고분자로 내부 채널을 구성한 필라멘트를 제작한 뒤, 외피가 굳으면 젤 성분의 내부 채널 소재를 씻어내 속이 빈 관형 구조물을 완성했다. 빈 공간에 공기를 불어넣으면 내장된 행태가 만들어진다. 연구팀은 프린터 노즐의 설계, 회전 속도, 소재 흐름 속도를 정밀하게 제어함으로써 각 내부 채널의 방향, 형태, 크기를 프로그래밍했다. 이를 통해 팽창, 수축, 파지(grasp) 기능을 갖춘 소프트 장치의 기반을 마련했다.

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이번 연구에 참여한 잭슨 윌트 연구원은 "단일 출구에서 두 가지 소재를 사용하며, 이를 회전시켜 공기 주입 시 로봇이 구부러지는 방향을 설정할 수 있다"고 설명했다.

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이번 기술은 기존 소프트 로봇 제작 방식인 몰드 주형 공정을 대체할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 기존 방식은 소프트 소재를 몰드에 주입하고, 표면에 공압 채널을 패터닝한 뒤 다른 레이어로 봉합하는 복잡한 과정을 거쳐야 했다. 윌트 연구원은 "이번 연구에서는 몰드가 없다. 구조물을 출력하고 빠르게 프로그래밍하며, 구동 방식을 신속하게 맞춤화할 수 있다"고 밝혔다.

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연구팀은 꽃 패턴을 연속적으로 나선형 처럼 출력하고, 손가락 관절처럼 구부러지는 5개의 손가락을 갖춘 핸드도 제작해 기술력을 검증했다.

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연구팀은 이번 기술이 수술 로봇, 인간용 보조 장치 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 유연하고 생체적합성 소재로 만든 소프트 로봇은 의료부터 제조업까지 다양한 분야에서 수요가 높지만, 특정 목적에 맞게 정밀하게 설계·제어하는 것이 오랜 난제였다.

 

 

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