인체 골격처럼 단단하면서도 부드럽게 움직이는 불가사리 로봇이 국내에서 개발됐다. 금속제 로봇의 단단한 구조와 소프트 로봇의 유연한 동작을 하나로 합쳐 로봇 개발에 새로운 길을 열었다는 평가를 받았다.
울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부의 김지윤 교수 연구진은 27일 국제 학술지 ‘사이언스 로보틱스’에 “텐세그리티(tensegrity) 구조로 다리 5개를 가진 불가사리 로봇을 만들어 다양한 동작을 구현하는 데 성공했다”고 밝혔다.
텐세그리티는 ‘인장(tension)’과 ‘구조적 안정(structure integrity)’을 뜻하는 영어 단어를 합친 말이다. 뼈에 인대가 달린 인체 골격처럼 원통형 구조체에 케이블이 매달려 서로 당기면서 안정적인 구조를 유지한다. 재료가 덜 드는 경제적인 구조여서 교량이나 행사장의 가설 구조물(파빌리온)에 많이 쓰인다. 한 번에 펴지는 텐트도 같은 구조이다.
◇3D 프린터로 한 번에 복합 구조 만들어
연구진은 먼저 3D 프린터로 단단한 원통형 압축재를 인쇄하면서 그 둘레에 인대가 될 부분이 비어 있는 주형을 만들었다. 다시 빈 부분에 인대 물질을 주입하고 주형을 녹여 없애면 압축재 사이를 유연한 인대들이 그물 형태로 연결된 구조물이 만들어진다. 바로 텐세그리티 구조이다.
김지윤 교수 연구진은 텐세그리티 기술을 이용해 정육면체, 삼각기둥, 원기둥, 원뿔 등 다양한 구조를 제작했다. 이들을 쌓아 소프트 로봇을 만들 수 있다. 인대는 자성 물질이 들어 있어 전류를 흘리면 모양이 변한다. 이에 따라 구조물도 상하좌우로 늘어나거나 기울고 뒤틀리는 등 다양한 형태로 변할 수 있다.
연구진은 다리 5개가 텐세그리티 구조로 이루어진 불가사리 로봇을 제작했다. 동작이 단순한 기존 로봇과 달리 텐세그리티 불가사리 로봇은 다리의 4가지 동작을 조합해 움츠리거나 앞으로 걸을 수 있고 방향도 바꿀 수 있다. 금속 재질의 기존 로봇처럼 단단하면서도 소프트 로봇의 장점인 유연 동작을 모두 구현하는 데 성공한 것이다.
◇금속 로봇과 소프트 로봇의 장점 합쳐
김 교수는 “금속 재질의 모터 등으로 이뤄진 기존 로봇은 사람과 같이 일하기에 위험하고 움직임에도 한계가 있다”고 말했다. 이에 비해 소프트 로봇은 유연 소재여서 재료비가 덜 들고 제작이 쉽지만, 역시 소재에 따라 만들 수 있는 형태나 크기가 제한되고 동작도 다양하게 구현하지 못한다.
텐세그리티 기술을 이용하면 소프트 로봇처럼 유연하게 움직여 사람과 협동 작업이 가능하면서도 금속 재질의 기존 로봇처럼 크고 단단한 형태를 모두 구현할 수 있다는 것이다. 김 교수는 “여러 물질을 동시에 층층이 쌓아 입체를 만드는 3D 프린터로 텐세그리티 구조의 소프트 로봇을 만들었다”며 “소프트 로봇이 유연한 재료에만 의존하지 않고 텐세그리티 구조를 갖추면 이전에 없던 새로운 특성을 부여할 수 있다” 고 밝혔다.
중국 베이징 항공우주대의 리 웬 교수는 이날 같은 저널에 실린 논평 논문에서 “부드러운 기능성 인대 물질을 별도의 단단한 원통들과 성공적으로 통합시켰다”며 “앞으로 빛이나 열에 반응하는 겔이나 살아있는 세포나 생체 조직과 같은 스마트 물질로도 텐세크리티 구조의 소프트 인대 네트워크를 만들 수 있을 것”이라고 기대했다.
