바이오닉 기술 캥거루 로봇으로 구현되다
과학과 산업계의 화두인 기술 간 융합, 특히 생체 모방 공학 등이 창조 경제의 원동력으로 주목받고 있는 가운데, 산업자동화 전문업체 훼스토가 캥거루의 움직임을 기술적으로 구현한 ‘바이오닉 캥거루’를 선보여 화제다. 바이오닉 캥거루는 최대 80cm의 거리와 40cm의 높이로 도약과 점프를 할 수 있다.
이 로봇은 조작자의 팔에 장착된 근육의 움직임과 위치를 인식할 수 있는 조정 장치를 통해 동작된다.
임근난 기자 (fa@hellot.net)
동작 중 자체 에너지와 전원 공급
캥거루는 유대목과의 동물로서 독특한 긴 뒷다리의 도움을 받아 대지 위를 빠르고 효율적으로 이동할 수 있다. 역학적인 측면에서 캥거루의 이러한 점핑 구조는 에너지를 추가적으로 사용하지 않고도 속도를 높일 수 있다.
훼스토 연구팀은 이러한 원리에 착안해 작동 중인 바이오닉 캥거루에 에너지를 공급하는 방법을 연구했다. 그 결과 훼스토 연구팀은 두 가지의 콘셉트를 고안했다. 몸체 내에 소형 압축 공기 발생기와 고압 탱크 장착을 통해 바이오닉 캥거루가 점프하는 데 필요한 충분한 양의 압축 공기를 제공할 수 있었다. 또한, 훼스토의 고속 스위칭 밸브인 MHE2를 내장하여 정확한 양의 압축 공기를 동작 중에 드라이브로 공급이 가능해졌다.
리튬-폴리머 이차전지는 전기에너지 저장장치의 역할을 하며, 고속 스위칭 밸브 및 전동 드라이브와 함께 내장된 훼스토의 CECC 컨트롤 시스템에도 적정 수준의 전원을 공급한다.
몸짓 컨트롤 시스템 이용한 직관적인 작동 원리
바이오닉 캥거루는 조작자가 특수한 암 밴드형 컨트롤러를 장착한 상태에서 몸짓만으로 제어가 가능하다. 이 컨트롤러는 팔 근육의 움직임을 감지하며, 내장된 위치 센서는 팔의 움직임을 기록한다.
또한, 블루투스를 이용하여 이러한 신호를 바이오닉 캥거루의 소형 컨트롤 시스템에 전송해 기동을 준비하며, 조정자가 간편하게 조정을 할 수 있다.
정밀한 동작을 위한 전동 드라이브
바이오닉 캥거루가 서 있는 경우 두 다리와 꼬리가 바닥 면에 위치해 안정적으로 3점에 지지하도록 하며 꼬리는 점핑 동작 중에 필요한 몸체의 균형을 유지할 수 있게 한다. 특히 몸체에 내장된 서보 모터는 점프의 진행 방향에 따라 꼬리의 각도와 이에 상응하는 동작을 제어하도록 프로그래밍이 되어 있다.
캥거루가 가진 아킬레스건의 기능은 고무소재의 탄성 스프링으로 구현했으며, 캥거루의 발뒤꿈치와 무릎의 관절에 해당하는 부위에 고정되어 있다. 이 인공 힘줄은 점프 시 쿠션작용을 하며 동시에 (역학)에너지를 흡수하고 다음 점프 시 이를 방출하는 역할을 한다.
통합된 컨트롤과 실시간 진단
상태 모니터링과 정확하고 정밀한 제어 기술을 통해 점프와 착지 시 안정성이 확보된다. 이 때문에 바이오닉 캥거루의 에너지 상태, 내부적으로 조정되는 값과 점프의 진행 방향을 지속적으로 모니터링하고 이상 상태가 없는지 평가 및진단한다. 이와 동시에 컨트롤 시스템은 다중의 센서값을 처리한다. 이러한 값들은 높은 수준의 고도화된 제어 알고리즘으로 전달 및 처리되어 실린더와 드라이브를 구동하는 값으로 조정된다.
경량의 하중을 구현하기 위해서 모든 부품과 요소는 최소화된 공간에 최적으로 배치 및 연결되어 있다. 몸체는 경량의 발포 수지 폼을 절단해서 제작됐으며, 동작 기구 구조는 강화 카본을 레이저 소결 방식으로 형성했다.
그 결과, 바이오닉 캥거루의 무게는 7kg, 몸길이는 1m에 지나지 않으며, 높이 40cm, 거리 80cm까지 점프가 가능해졌다.
미래 생산 방식을 앞당길 촉진제
바이오닉 캥거루는 독특한 점프 운동역학의 기술적인 구현 이외에 전체적으로 최소화된 공간에 다양한 부품을 내장하고 있다.
또한, 점프 시 안정적인 비행과 착지를 위해 많은 기능이 고도화된 제어 기술로 상호작용하도록 구성됐다. 바이오닉 캥거루는 다양한 기능을 한 곳에 통합하는 통합 자동화적인 측면에서 미래의 공장과 산업 현장에 활용할 수 있는 여러 가능성을 보여주었다.
<자료 제공 : 한국훼스토>
