장애물 따라 모양 바뀌는 바퀴 개발… "액체방울 표면장력 원리 활용"

한국기계연구원 송성혁·박동일 연구팀

한국기계연구원 연구팀이 장애물에 따라 바퀴 모양이 달라지는 휠 시스템을 개발했다./한국기계연구원

장애물에 따라 바퀴 모양이 바뀌는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 액체방울의 표면장력 원리를 활용해 휠의 단단함을 실시간으로 변화시키는 기술이다.

한국기계연구원은 AI로봇연구소 첨단로봇연구센터 송성혁 책임연구원, 박동일 첨단로봇연구센터장 연구팀이 액체방울의 표면장력 원리를 모사해 강성이 자유자재로 바뀌는 모핑 휠을 세계 최초로 개발해 실제 이동체에 적용했다고 2일 밝혔다. 연구 결과는 로봇분야 1위 국제 학술지인 ‘사이언스 로보틱스’ 8월호 표지논문으로 실렸다.

모핑 휠은 복잡한 기계 장치나 센서 없이 체인 블록에 적용되는 표면장력만 변경시켜 강성을 바꾸는 바퀴 시스템이다. 일반적인 도로 주행 시에는 단단한 원형 바퀴로 작동하다가 장애물을 넘을 때는 바퀴가 말랑해져서 장애물의 높낮이나 모양에 따라 휠을 자유롭게 변형시키는 방식이다.

기존에도 비공기압 타이어처럼 휠 내부를 유연 구조체를 구성하는 기술은 있었다. 하지만 이 기술은 평지를 주행할 때도 휠에 계속 변형이 발생해 효율과 안정성이 떨어졌다. 반면 기계연 연구팀이 개발한 휠은 강성을 원하는 대로 조절할 수 있어서 고속의 평지 주행 시에는 일반적인 휠과 같은 강성을 유지하다가 장애물을 만날 때만 말랑하게 바뀌는 게 특징이다.

연구팀은 작년 10월 새로운 휠 시스템을 개발했고, 최근 다양한 이동체에 적용할 수 있는 모듈화 기술도 개발했다. 강성을 변화시키는 매커니즘을 소형화, 경량화해서 휠 내부에 삽입하고, 이를 모듈화하는 데 성공했다.

연구에 참여한 송성혁 책임연구원은 “장애물을 극복하기 위한 4족 및 2족 보행 로봇들의 경우 평지에서의 이동 효율이 낮고, 이동 시에도 필연적으로 흔들림이 발생한다는 문제가 있었다”며 “이번에 개발한 모핑 휠은 기존 휠의 장점인 높은 이동 효율은 유지하면서 휠의 한계점이었던 장애물 극복까지 구현 가능하다는 점에서 의의가 있다”고 설명했다.

참고 자료

Science Robotics(2024), DOI : https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adl2067

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