로못의 새로운 메커니즘

로봇의 응용분야를 넓히는 새로운 메커니즘들 『Techno Leaders' Digest (TLD)』 제 177호 2007/11/06

공학자들은 새로운 응용분야에 적용하거나 기존의 로봇 메커니즘이 가진 한계를 극복하고자 새로운 메커니즘을 찾고 있다. 예를 들어 미국 메사추세츠공대(MIT)의 스티븐 두보우스키(Steven Dubowsky) 교수와 그의 연구팀은 행성의 울퉁불퉁한 지형을 깡충깡충 뛰어다닐 수 있는 소형의 구형 로봇(Small spherical robot)인 마이크로봇(Microbot)을 개발하고 있다. 또한, 틀에 박히지 않고 우아한 보행을 하는 3개의 다리를 가진 로봇이 미국 버지니아공대(Virginia Tech)의 데니스 홍(Dennis Hong) 연구팀에 의해 개발되고 있다. 한편, 데니스 홍 연구팀은 단세포인 아메바(Amoeba)가 움직이는 방법에 기초하는 새로운 이동 형태를 가진 로봇도 개발하고 있다. ▶ 외계 동굴 탐사를 가능하게 하는 소형 구형 로봇인 마이크로봇(microbot)  크기가 테니스공보다 약간 큰 이 마이크로봇은 구의 바닥으로부터 이완과 수축이 가능한 소형 발에 의해 뛰어오르며, 자세를 바로 유지할 수 있게 하는 안정화 시스템(Stability system)과 결합하여 에너지를 저장 및 방출하도록 설계되어있다.          마이크로봇은 한 번의 뛰어오름으로 약 1.5m를 이동하고, 시간당 평균 6번의 뛰어오름을 수행하게 될 것이며, 한 무리의 마이크로봇은 특정 지역에서 하루에 50제곱마일(129.5제곱킬로미터)에 대한 조사를 수행할 수 있다. 마이크로봇의 주된 장점은 기존의 다른 로봇으로는 도달할 수 없는 달이나 화성과 같은 행성의 갈라진 틈, 균열부, 동굴 등을 탐사할 수 있다는 것이다. ▶ 최소의 에너지를 이용하여 스윙으로 이동하는 3족 로봇 스트라이더(STriDER)  인간과 마찬가지로 이 로봇은 각각의 걸음마다 에너지를 절약하고자 중력을 이용한다. 그러나 이 로봇은 각각의 걸음마다 전체 몸통을 뒤집는다. 스트라이더(STriDER : Selfexcited Tripedal Dynamic Experimental Robot)라 명명된 이 로봇은 각각의 걸음마다 몸통을 180도로 뒤집는 우아하고 곡예와 같은 걸음걸이를 선보이고 있다(http://www.youtube.com/watch?v=3w3X8u9oCPY 동영상 참조). 이 프로젝트에 대한 자세한 설명과 초기 시제품에 대한 모습은 http://www.youtube.com/watch?v=7XsaJwKKBYo에서 볼 수 있다.  스트라이더는 한 걸음 앞으로 내딛으려면 자신의 무게를 3개의 다리 가운데 2개가 있는 쪽으로 이동시키고, 몸통이 나머지 하나인 제3의 다리로부터 앞으로 거꾸러진다. 그 후 몸통이 뒤집히고, 제3의 다리는 두 다리 사이로 제시간에 스윙(Swing)하여 다시 안정된 3각대 자세로 복귀한다. 방향을 바꾸려면 단지 스윙하는 다리를 변경하면 된다.  비록 스트라이더는 그 형상이 자연계의 것을 닮진 않았지만, 그 걸음걸이는 생물 조직이 걷는 방법과 매우 유사하다. 이 프로젝트의 목적은 각각의 다리를 제어하는 복잡도를 최소화하고, 전체 에너지 사용을 줄이는 것이다. 최초의 시제품은 신장이 1.8m이었으며, 최신의 시제품은 0.9m 정도로 줄어들었다.  스트라이더의 걸음걸이는 오늘날 우리가 보는 대부분의 2족 보행 인간형 로봇들보다도 인간의 보행을 더 근접하게 모사하고 있다고 이 프로젝트를 이끄는 데니스 홍은 전했다. 스트라이더가 걷는 방식은 인간이 걷는 방식과 같다. 인간은 보행할 때 능동적으로 무릎을 제어하지 않고 단지 스윙만을 사용한다.  스트라이더는 짐을 운반하기 위해 설계되지 않았다. 이 로봇의 목적은 접근하기 어려운 지역에 센서를 전개하는 것이다. 스트라이더는 본래 신장이 크기 때문에 카메라를 전개하는 데 적합하다.  영국의 애버리스트위스대(Aberystwyth University)에서 행성 로버(Planetary rover)의 이동을 주제로 연구하고 있는 데이브 반즈(Dave Barnes)는 3개의 다리를 가진 로봇 설계를 들어본 적은 없었지만, 스트라이더를 보면서 그 장점을 알게 되었다고 전했다. 그는 스트라이더를 마치 지팡이를 가진 2족 로봇과 같다고 비유했다.  비록 2족을 가진 인간이나 로봇이 빠르게 움직일 수 있지만, 이동하지 않을 때에는 직립을 유지하기 위해 에너지를 소비해야 한다. 그러나 3족 로봇인 스트라이더에서 삼각대 자세는 매우 안정적이어서 직립을 위해 단지 관절만 움직이지 않도록 잠그면 된다.         ▶ 탐색 및 구조용으로 적합한 아메바 운동을 모사하는 새로운 메커니즘  도넛 형태의 이 새로운 종류의 로봇은 지속적으로 자신을 뒤집어서 움직인다는 점에서 바퀴, 무한궤도, 다리 등으로 움직이는 기존의 로봇과 다르다. 움직이는 원리는 아메바와 같은 단세포 원생동물 등에서 볼 수 있듯이 세포 내에서 액체 상태의 내질(Endoplasm)이 반고체 상태의 관 형상 외형질 외피(Eectoplasmic tubular shell) 내에서 전방으로 유동하게 되는 세포질 유동(Cytoplasmic streaming)과 유사하다. 그리하여 로봇 몸통의 길이 방향을 따라 액추에이터 링들을 팽창 및 수축시켜 움직임이 생성된다. 몸통 뒤쪽의 링을 수축하고 이를 앞쪽으로 팽창시켜 움직이게 된다.          이 새로운 이동 형태는 특히 탐색과 구조 활동에 적합하다. 이 로봇은 무너진 천장이나 장애물 사이를 손쉽게 헤치고 나갈 수 있다. 예비 실험에서 부드럽고 수축하는 몸통을 가진 이 로봇은 평상시에 자신이 가진 몸통 너비보다 훨씬 작은 지름을 가진 구멍을 밀어서 통과할 수 있었다. 이 로봇이 견인력을 발휘하려면 전체 접촉면을 이용할 수 있기 때문에 매우 거친 지형에서도 쉽게 이동할 수 있다.  이 기사에서 소개된 마이크로봇, 스트라이더, 아메바를 닮은 로봇 등과 같은 새로운 형태를 가진 로봇들은 각각의 형태에 적합한 다양한 응용분야에 사용될 수 있기 때문에 기존 로봇의 대체물이라기보다는 보완하는 역할을 할 것으로 기대된다. 그리하여 기존의 로봇 형태로 접근이 어렵거나 불가능한 우주 탐사, 무너진 건물이나 자연재해 등에서의 탐색 및 구조 활동, 수리나 정비 활동과 같이 높은 이동성을 요구하는 작업에 활용 가능하며, 접근하기 어려운 장소에서의 센서 전개 등으로 이용될 수 있을 것이다. 지식코디네이터 wokk

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