“바위 넘고 계단 오르는 ‘휠체어’ 가능할까”…세계 최초 ‘말랑한 바퀴’ 개발

한국기계연구원, 표면장력 원리 모사한 ‘모핑 휠’ 개발
장애물에 따라 실시간으로 바퀴 모양 변화
이동체 적용 기술 개발도…휠체어 등 활용 가능

장애물의 높낮이에 따라 강성이 바뀌는 모핑 휠이 바위를 넘고 있다. 한국기계연구원

실시간으로 모양을 변화시켜 계단이나 바위 등 다양한 장애물을 극복할 수 있는 바퀴가 국내에서 개발됐다.

한국기계연구원은 액체 방울의 표면장력 원리를 모사해 강성이 자유자재로 변하는 ‘모핑 휠(Morphing wheel)’을 세계 최초로 개발하고 실제 이동체에 적용하는 데 성공했다고 2일 밝혔다. 이번 연구는 로봇 분야 1위 저널인 ‘사이언스 로보틱스(Science Robotics)’ 8월호의 표지논문으로 게재됐다.

연구팀이 개발한 모핑 휠은 복잡한 기계 장치나 센서 없이 표면장력만 변화시켜 강성을 쉽게 바꿀 수 있는 바퀴와 모듈화 시스템이다. 강성은 외부 힘에도 모양이나 부피가 변하지 않는 단단한 성질을 말한다.

이 모핑 휠은 강성을 원하는 대로 조절할 수 있는 특징이 있다. 평지를 주행할 때는 일반적인 휠과 동일한 강성을 유지하다가, 장애물이 있는 경우에만 실시간으로 휠을 말랑하게 바꾼다. 장애물의 높낮이에 따라 휠을 자유롭게 변형시킬 수도 있다.

연구팀은 2023년 10월 모핑 휠의 변화 메커니즘에 대한 검증을 완료했고, 최근 다양한 이동체에 손쉽게 적용할 수 있는 모듈화 기술도 개발했다. 강성을 변화시키는 메커니즘을 소형화·경량화해 휠 내부 공간에 삽입하고 다양한 이동체 시스템에 적용하는 방식이다.

모핑 휠 기술을 적용한 투 휠 기반 휠체어가 장애물을 극복하고 있다. 한국기계연구원

일례로 이 기술을 적용한 투 휠 기반 휠체어를 실험한 결과, 휠의 강성을 실시간으로 변화시켜 제자리 방향 전환 등 좁은 공간에서의 이동이 용이했다. 바위와 18㎝ 높이의 계단을 오르내리는 것도 가능했다.

이번 연구에 대해 박동일 한국기계연구원 첨단로봇연구센터장은 “표면장력 모사 휠 기술은 기존 장애물 극복을 위한 족형 로봇 및 휠 클러스터 등 복잡한 기계 장치들의 한계를 극복할 수 있는 기술”이라며 “앞으로 장애인을 위한 휠체어와 이동 로봇, 탑승형 운송 수단 등으로 다양하게 활용할 수 있을 것”이라고 전했다.