접었다 폈다 가능한 ‘로봇종이’…형상에 따라 실시간 변형

KAIST, 실시간 프로그래밍 종이시트 개발
필요한 순간, 원하는 위치에 구현..재난로봇 활용

다양한 형상 변형에 따른 로봇시트 활용모습. KAIST 제공

마치 전자종이처럼 3차원 형상에 따라 로봇을 접었다 폈다 자유자재로 변환할 수 있는 로봇시트가 개발됐다.

KAIST는 김정·박인규 기계공학과 교수 연구팀이 접힘 구조를 소재 형상에 따라 실시간으로 프로그래밍할 수 있는 ‘접이식 로봇 시트’ 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

접힘은 면과 접힘선(hinge)의 배열에 기반한 비교적 단순한 디자인으로, 고차원의 형상 변화가 가능해 최근 로봇 설계에 많이 접목되고 있다. 기존 복잡한 구조나 기계적 작동을 대비해 접힘 구조를 통해 적재 시 공간 효율을 높일 수 있고, 유연한 구조 설계에 유리해 로봇, 첨단구조 재료, 우주 탑재 구조물 등에 널리 쓰인다.

다만 기존 접힘 시스템은 접힘선 위치와 각도가 제한적이고, 사용 도중 접힘 형태를 바꾸기 어려워 기능 확장의 유연성이 떨어지는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 접힘선 구조를 재구성할 수 있는 리프로그래밍 소재 기술이 개발되고 있으나, 별도의 공정을 필요로 해 실시간 재구성에는 한계가 있다.

접힘 위치와 방향의 실시간 재설정을 통한 로봇 시트 기술 개념도. KAIST 제공

연구팀은 사용자 의도에 따라 현장에서 접힘 현상을 실시간으로 변형시킬 수 있는 2차원 평면 시트 형태의 로봇을 개발했다. 로봇 시트는 얇고 유연한 고분자 기판에 미세 금속 저항 네트워크가 내장된 구조로, 개별 금속 저항이 히터이자 온도 센서 역할을 동시에 수행해 별도의 외부 장치 없이 시트의 접힘 상태를 실시간 감지·제어할 수 있다.

또한 심층 신경망 등을 결합한 소프트웨어를 통해 원하는 접힘 위치와 방향, 강도를 입력하면 스스로 가열·냉각을 반복하며 원하는 형상을 만들어낸다. 이런 형상의 실시간 프로그래밍은 복잡한 하드웨어 재설계 없이도 다양한 로봇 기능을 즉석에서 구현할 수 있다.

연구팀은 다양한 물체 형상에 맞춰 어떻게 잡을지 결정하는 파지(손으로 쥠) 전략을 바꿔가며 적용할 수 있는 적응형 로봇 손을 구현했고, 로봇 시트를 바닥에 둬 보행하거나 기어가게 하는 등 생체 모방적 이동 기술도 선보였다. 환경 변화에 따라 스스로 형태를 바꾸는 환경 적응형 자율로봇으로 확장할 수 있음을 보여줬다고 연구팀은 설명했다.

김정 교수는 “자기 몸을 바꾸면서 똑똑하게 움직이는 ‘형상 지능’ 구현에 한 걸음 다가간 사례로 평가된다”며 “앞으로 더 높은 하중 지지와 빠른 냉각을 위한 소재·구조 개선 등 다양한 형태와 크기로의 확장을 통해 재난현장 대응 로봇, 맞춤형 의료 보조기기, 우주탐사 장비 등 차세대 피지컬 AI 플랫폼으로 발전시킬 계획”이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(지난 5일자)’ 온라인판에 실렸다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr