[뉴테크] “차가 밟아도 거뜬”…공기로 작동하는 로봇 나왔다

독일 알베르트루트비히 프라이부르크대 연구진
공기로 작동하는 논리 회로로 반도체 대체
전자장치 없이도 컵 속 액체 부피 정확히 인식

독일 알베르트루트비히 프라이부르크대 연구진이 개발한 공압로봇이 차에 밟힌 후에도 정상적으로 작동하고 있다. 전자장치를 사용하지 않고 공기의 흐름을 신호로 사용해 외부 충격과 환경에 영향을 받지 않는다./독일 알베르트루트비히 프라이부르크대

독일 과학자들이 단단한 금속 재질을 전혀 사용하지 않고 공기 압력만으로 작동하는 로봇을 개발했다. 이 로봇은 차량에 밟혀도 정상적으로 작동한다. 기계나 전자기기에 치명적인 방사선이나 산성 환경에서도 정상적으로 활동할 수 있어 머지않아 사람을 대신해 위험한 작업에 투입될 수 있을 것으로 기대를 모은다. ‘부드러움이 강함을 이긴다’는 말은 사람뿐 아니라 로봇 세계에서도 통용되는 말이 됐다는 평가도 듣는다.

독일 알베르트루트비히 프라이부르크대 연구진은 1일 국제 학술지 ‘사이언스’에 전자 장치를 사용하지 않고 작동하는 공압 로봇 시스템을 개발했다”고 밝혔다.

모터를 사용해 작동하는 일반적인 로봇과 달리 공압 로봇은 공기의 압력을 동력원으로 삼는다. 이 기술은 주로 소프트 로봇에 활용한다. 소프트 로봇은 단단하지 않은 몸체를 갖고 있어 나무 타기, 산길, 좁은 통로처럼 일상적으로 활동하기 어려운 공간에서 활용도가 높다는 장점이 있다.

다만 소프트 로봇도 전자 장치를 이용해 동력을 얻는 만큼 다양한 전자장치가 사용된다. 전자장치는 반도체, 전선처럼 금속 재료가 필요해 외부의 강한 힘이나 환경에 영향을 받아 활동 범위가 제한된다.

연구진은 전자장치를 전혀 사용하지 않은 새로운 방식의 공압 로봇을 개발했다. 중력으로 주변 환경을 인식하고 자동으로 움직일 수 있어 외부 환경에 강한 것이 가장 큰 특징이다.

슈테판 콘라트 교수는 “방사선이나 산성 환경처럼 금속 전자장치와 사람에게 해로운 환경에서도 작동하는 데 전혀 문제가 없다”며 “극한 환경에서 원하는 작업이 가능하도록 설계할 수도 있다”고 말했다.

연구진은 3개의 공기통과 2개의 밸브로 구성된 ‘공압 빌딩 블록’으로 전자장치를 대신했다. 공기가 통할 때 나타나는 압력으로 신호를 만들고 간단한 연산을 하는 방식이다. 전자식 컴퓨터의 연산 능력의 기본 바탕인 ‘불 논리(Boolean logic)’를 적용해 반도체를 대체했다. 불 논리는 반도체에서 0과 1로 신호를 나타내는 이진법 신호체계의 기반이 되는 수학적 논리 회로다. 공압 빌딩 블록은 전기 신호가 아닌 공기 신호로 작동하는 반도체인 것이다.

공압 빌딩 블록 8개를 연결해 8비트 연산이 가능한 로봇 시스템도 개발했다. 메모리 반도체의 역할을 대신할 빌딩 블록도 1개 추가해 사용자가 원하는 동작이 무엇인지 저장할 수 있게 했다.

연구진은 로봇 시스템이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 액체 분사기와 연결해 시험했다. 액체가 자동으로 분사돼 컵에 따라지고, 충분한 액체가 따라지면 로봇이 스스로 감지해 분사를 멈추는 방식이다.

그 결과, 미리 설정한 액체 용량인 100㎖가 컵에 차자 로봇은 자동으로 작동을 멈췄다. 전자장치가 없이도 사용자가 필요한 행동을 하도록 외부 환경을 인식할 수 있다는 의미다.

모든 부품을 부드러운 소재로 3차원(3D) 프린팅해 외부 충격에도 강한 것으로 나타났다. 연구진은 보행 방식의 공압 로봇을 만들어 자동차로 밟고 지나간 이후에도 작동하는지 확인했다. 로봇은 1500㎏에 달하는 자동차에 깔린 이후에도 정상적으로 작동하는 것으로 나타났다.

콘라트 교수는 “소프트 로봇은 인간의 위험한 작업을 대체할 만큼 활용도가 크지만 점점 복잡해지는 전자장치로 인해 실제 활용 분야는 제한된다”며 “전자장치를 대체할 공압 논리 회로는 앞으로 로봇 분야의 활용 분야를 넓히는 데 유용하게 사용될 것”이라고 말했다.

참고자료

Science, DOI: https://doi.org/10.1126/scirobotics.adh4060

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