“전자 종이처럼 생겼는데” 트랜스포머 변신…신기한 이 ‘로봇’ 정체 뭐길래

- 기계공학과 김정·박인규 교수 공동연구팀
- 실시간 모양 바꾸는 로봇 소재 원천기술

박인규(왼쪽부터) KAIST 기계공학과 교수, 정용록 경북대 기계공학과 교수 박현규 KAIST 기계공학과 박사, 김정 KAIST 기계공학과 교수.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 접힘 구조는 로봇 설계에서 직관적이면서도 효율적인 형상 변형 메커니즘으로 활용되며, 우주·항공 로봇, 유연 로봇, 접이식 그리퍼(손) 등 다양한 응용이 시도되고 있다. 하지만 기존 접힘 메커니즘은 접는 위치(hinge)나 방향이 사전에 고정되어 있어, 환경과 작업이 바뀔 때마다 구조를 새로 설계·제작해야 하는 한계가 있었다.

KAIST 기계공학과 김정 교수, 박인규 교수 공동 연구팀은 형상을 실시간으로 프로그래밍할 수 있는 ‘접이식 로봇 시트 원천 기술’을 개발, 로봇의 형태 변화 능력을 획기적으로 향상시켰다고 6일 밝혔다.

이 기술은 ‘필드 프로그래밍’이라는 개념을 접이식 구조에 성공적으로 도입한 사례다. “접힘을 어디서, 어느 방향으로, 얼마나 크게 할지”라는 사용자의 명령을 소재 형상에 실시간으로 반영할 수 있는 소재 기술 및 프로그래밍 방법론을 통합적으로 제안했다.

해당 ‘로봇 시트’는 얇고 유연한 고분자 기판 내에 미세 금속 저항 네트워크가 내장된 구조로, 각 금속 저항들이 히터이자 온도 센서 역할을 동시에 수행해, 별도의 외부 장치 없이도 시트의 접힘 상태를 실시간으로 감지하고 제어한다.

또한 유전 알고리즘 및 심층 신경망을 결합한 소프트웨어를 통해 사용자가 원하는 접힘 위치와 방향, 강도를 소프트웨어적으로 입력하면, 스스로 가열·냉각을 반복하며 정확한 형상을 만들어낸다.

이러한 형상의 실시간 프로그래밍은 복잡한 하드웨어 재설계 없이도 다양한 로봇의 기능성을 즉석에서 구현할 수 있게 했다는 데에 의미가 있다.

단일 로봇 종이로부터 유도되는 다양한 형상 변형 및 이의 활용 예시.[KAIST 제공]

실제 연구팀은 단일 소재로 다양한 물체 형상에 맞춰 어떻게 잡을지 결정하는 파지(grasping) 전략을 바꿔가며 적용할 수 있는 적응형 로봇 손(그리퍼)를 구현했고, 동일한 ‘로봇 시트(얇고 유연한 형태의 로봇)’를 바닥에 두어 보행하거나 기어가게 하는 등 생체 모방적 이동 전략을 선보였다. 이를 통해 환경 변화에 따라 스스로 형태를 바꾸는 환경 적응형 자율 로봇으로의 확장 가능성도 제시했다.

김정 교수는 “이번 연구는 자기 몸을 바꾸면서 똑똑하게 움직이는 기술 즉, 형상 자체가 지능이 되는 ‘형상 지능’ 구현에 한 걸음 다가간 사례로 평가된다”면서 “향후 더 높은 하중 지지와 빠른 냉각을 위한 소재·구조 개선, 배선 없는 일체형 전극에도 다양한 형태·크기로의 확장 등을 통해 재난 현장 대응 로봇, 맞춤형 의료 보조기기, 우주 탐사 장비 등 다양한 분야에 응용될 수 있는 차세대 피지컬 AI 플랫폼으로 발전시킬 계획”이라고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 8월 온라인판에 출판됐다.