한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 김정·박인규 교수 공동 연구팀이 접었다 폈다 자유자재로 가능한 ‘로봇 시트’(robotic folding sheet) 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
접힘(folding)은 면과 접힘선(hinge)의 배열에 기반한 단순한 디자인으로, 고차원의 형상 변화가 가능해 최근 로봇 설계에 많이 접목되고 있다. 기존 복잡한 구조 설계 대비 접힘 구조를 통해 적재 시 공간 효율을 높일 수 있고, 유연하게 구조를 설계할 수 있어 첨단 구조 재료, 우주 탑재 구조물 등에서 널리 활용되고 있다.
다만 기존의 기술은 접힘선 위치와 각도가 사전에 정의돼 있어 사용 도중 접힘 형태를 바꾸기 어렵다는 한계가 있고, 접힘선 구조를 재구성할 수 있는 리프로그래밍 소재 기술에 대한 연구가 시도되고 있지만, 별도의 공정이 필요하다.
연구팀은 현장에서 접힘 현상을 실시간으로 제어할 수 있는 2차원 평면 시트(종이) 형태의 로봇을 개발했다. 사용자가 접힘선을 현장에서 지정해 필요한 순간 원하는 위치가 접히도록 프로그래밍할 수 있다. 얇고 유연한 고분자 기판 안에 미세 금속 저항 네트워크가 내장된 구조로, 개별 금속 저항이 온도 센서 역할을 해 별도의 외부 장치 없이 시트의 접힘 상태를 실시간으로 감지·제어할 수 있다.
심층 신경망 등 소프트웨어를 통해 원하는 접힘 위치와 방향, 강도를 입력하면 스스로 가열·냉각을 반복하며 원하는 형상을 만들어낸다. 실시간 프로그래밍을 통해 복잡한 하드웨어 재설계 없이도 다양한 로봇 기능을 즉석에서 구현할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
실제 이를 적용해 자유자재로 파지(把指·손으로 쥠)가 가능한 로봇 손(그리퍼)을 구현했고, 로봇 시트를 바닥에서 보행하게 하는 등 생체 모방적 이동 기술도 선보였다.
김정 교수는 “자기 몸을 바꾸면서 똑똑하게 움직이는 ‘형상 지능’(morphological intelligence) 구현에 한 걸음 다가갔다”며 “앞으로 더 높은 하중 지지와 빠른 냉각을 위한 소재·구조 개선 등 후속 기술 개발을 통해 재난 현장 대응 로봇, 맞춤형 의료 보조기기, 우주 탐사 장비 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 차세대 피지컬 AI 플랫폼을 개발할 계획”이라고 말했다.
한편 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 지난 5일자 온라인판에 실렸다.
헬로티 이창현 기자 |
